2結(jié)果與討論

2.1原油/CO2/表面活性劑水溶液體系油滴體積與油水界面張力的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程

圖2為50℃下，CO2存在與CO2不存在時(shí)，DeTAB水溶液/原油體系中，油滴的體積與初始體積比隨時(shí)間的變化。由圖2可知，對(duì)于原油/CO2/DeTAB水溶液體系，在初始階段，油滴體積增加較快，在油滴體積增加到平衡值附近后，體積增加變緩慢。油滴體積達(dá)到穩(wěn)定所需時(shí)間在3 500～6 500 s范圍內(nèi)。同時(shí)，隨著壓力的升高，油滴的平衡體積與初始體積比逐漸增大，這與原油體積膨脹系數(shù)隨著CO2壓力增大而增大相吻合。不含CO2的DeTAB水溶液/原油體系中，油滴體積達(dá)到平衡值所需時(shí)間在1 300 s左右，遠(yuǎn)小于CO2存在時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)所需的時(shí)間；同時(shí)，油滴體積的增加幅度明顯低于CO2存在時(shí)的情況。CO2存在時(shí)，DeTAB水溶液/原油體系中，油滴體積的明顯增大，說(shuō)明水中溶解的CO2可以有效地?cái)U(kuò)散進(jìn)入油相中，實(shí)現(xiàn)其對(duì)原油的溶脹效果，這將利于將油藏孔隙中的一部分殘余油排出，從而提高油田采收率。

圖2 CO2存在與CO2不存在時(shí)50℃不同壓力下DeTAB水溶液中油滴體積比隨時(shí)間的變化

圖3為50℃、不含CO2條件下，DeTAB水溶液與原油的動(dòng)態(tài)界面張力。由圖3可知，在DeTAB水溶液/原油體系中，油水兩相界面張力在初始階段有較大的變化，在接近平衡界面張力時(shí)，變化幅度趨于平緩，油水兩相界面張力穩(wěn)定所需時(shí)間在1 500 s左右。

圖3 50℃不含CO2條件下DeTAB水溶液與原油的動(dòng)態(tài)界面張力

圖4為50℃、飽和CO2的DeTAB水溶液與原油的動(dòng)態(tài)界面張力。由圖4可知，在DeTAB水溶液/CO2/原油體系中，初始階段，油水兩相的動(dòng)態(tài)界面張力下降較快，當(dāng)動(dòng)態(tài)界面張力接近平衡界面張力時(shí)，變化趨于平緩，壓力越高界面張力達(dá)到穩(wěn)定所需時(shí)間越長(zhǎng)。在壓力大于4.7 MPa時(shí)，界面張力穩(wěn)定所需時(shí)間在4 500 s以上，遠(yuǎn)大于CO2不存在時(shí)所需的穩(wěn)定時(shí)間。原因是表面活性劑水溶液中的CO2通過(guò)緩慢的擴(kuò)散作用溶解到原油中，造成油水兩相動(dòng)態(tài)界面張力不斷變化。

圖4 50℃飽和CO2的DeTAB水溶液與原油的動(dòng)態(tài)界面張力

2.2原油/CO2/表面活性劑水溶液體系油水平衡界面張力

高壓下，隨著CO2向油水兩相的擴(kuò)散，體系內(nèi)油水兩相的界面張力也在不斷發(fā)生變化，為了研究高壓CO2對(duì)表面活性劑水溶液與原油的平衡界面張力的影響，在CO2存在與CO2不存在的條件下，分別對(duì)表面活性劑水溶液/原油的平衡界面張力進(jìn)行了測(cè)量。不存在CO2時(shí)，在向DTAC水溶液注油的過(guò)程中，原油以絲狀從針口流出，不能形成油滴，說(shuō)明該體系的界面張力遠(yuǎn)小于0.1 mN/m，超出了裝置的測(cè)量范圍。圖5為CO2存在與CO2不存在條件下，SDS水溶液/DTAC水溶液與原油的平衡界面張力隨溫度與壓力的變化，圖6為CO2存在與CO2不存在條件下，純水/DeTAB水溶液與原油的平衡界面張力隨溫度與壓力的變化。從圖5和圖6可看出，隨著壓力的增大，油水兩相界面張力逐漸增大。在低壓下，溫度升高，油水界面張力增大，其原因是溫度升高，離子型表面活性劑親水性增強(qiáng)，油水界面上表面活性劑的吸附量下降，導(dǎo)致油水兩相的界面張力增大。而在高壓下，溫度升高，CO2在油水兩相中的溶解度下降，油滴與飽和溶液的密度差減小，因而界面張力隨溫度升高而下降。

壓力低于2.5 MPa時(shí)，飽和CO2的DeTAB水溶液與原油的界面張力隨著壓力的增加而明顯增大；壓力高于2.5 MPa時(shí)，隨著壓力的增大，油水兩相界面張力雖增大，但變化不明顯。在其他表面活性劑水溶液/CO2/原油體系中，也存在類似的規(guī)律。說(shuō)明CO2壓力較高時(shí)，表面活性劑降低油水界面張力的作用占主導(dǎo)，使得壓力升高導(dǎo)致的油水界面張力增大的作用不顯著。

圖5 CO2存在與CO2不存在條件下SDS水溶液/DTAC水溶液與原油平衡界面張力隨溫度與壓力的變化

圖6 CO2存在與CO2不存在條件下純水/DeTAB水溶液與原油平衡界面張力隨溫度與壓力的變化

高壓CO2使純水/原油平衡界面張力與SDS水溶液/原油平衡界面張力均減小，體現(xiàn)了CO2降低油/水界面張力的作用效果。在DeTAB水溶液/原油體系與DTAC水溶液/原油體系中，高壓CO2存在情況下，表面活性劑水溶液/原油平衡界面張力反而增大了，這在之前的研究中未被發(fā)現(xiàn)，其原因是原油組成、表面活性劑種類、溶液的離子強(qiáng)度和pH都會(huì)影響油水兩相界面張力，這幾個(gè)因素處于最佳組合時(shí)，油水界面上表面活性劑分子的吸附量達(dá)到最大值，油水界面張力才能達(dá)到最低值。高壓CO2形成的碳酸水環(huán)境使得表面活性劑分子在油水兩相的平衡分布發(fā)生了變化，這種變化有利于SDS在油水界面吸附，卻不利于DeTAB與DTAC在油水界面的吸附。

2.3原油/CO2/表面活性劑水溶液體系中原油的乳化情況

實(shí)驗(yàn)中觀察到DTAC與SDS都可以將油水兩相的界面張力值降低到1.00 mN/m以下，在這種條件下，易發(fā)生表面活性劑水溶液乳化原油的現(xiàn)象，此時(shí)，乳化的原油被分散并且逐步溶解到表面活性劑水溶液中，原本無(wú)色透明的表面活性劑水溶液轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色渾濁狀態(tài)。圖7是50℃、CO2壓力為4.0 MPa時(shí)，飽和CO2的DTAC水溶液中，原油被拉絲，乳化的過(guò)程。

實(shí)驗(yàn)中觀察到原油的乳化情況與體系壓力及CO2存在與否的相關(guān)性，表2是CO2存在與CO2不存在條件下，1.0～10.0 MPa范圍內(nèi)，表面活性劑水溶液中原油的乳化壓力。50℃時(shí)，在DTAC水溶液/原油體系中，CO2不存在時(shí)，水靜壓在1.0～10.0 MPa范圍內(nèi)，始終存在原油的乳化現(xiàn)象。CO2存在時(shí)，體系壓力低于4.0 MPa時(shí)，存在原油的乳化現(xiàn)象，隨著CO2壓力升高，油水界面張力增大，原油乳化現(xiàn)象消失。說(shuō)明在DTAC水溶液/原油體系中，CO2的存在不利于原油的乳化。50℃時(shí)，在SDS水溶液/原油體系中，CO2不存在時(shí)，水靜壓從1.0 MPa升高至10.0 MPa過(guò)程中，始終未出現(xiàn)原油的乳化現(xiàn)象。CO2存在時(shí)，體系壓力升高到5.8 MPa以上，原油開(kāi)始出現(xiàn)乳化、拉絲的現(xiàn)象。這說(shuō)明CO2的存在有利于SDS水溶液乳化原油。其原因如下：一方面CO2的存在降低了SDS水溶液與原油的界面張力；另一方面，CO2通過(guò)水相擴(kuò)散進(jìn)入原油中，降低了原油的黏度，增強(qiáng)了原油的流動(dòng)性，同時(shí)CO2對(duì)原油中輕質(zhì)組分的萃取，也有助于原油中的輕質(zhì)組分?jǐn)U散進(jìn)入水相。因此高壓CO2增強(qiáng)了SDS水溶液對(duì)原油的乳化作用。在DeTAB水溶液/原油體系中，油水界面張力較大，無(wú)論CO2存在與否，始終沒(méi)有原油乳化現(xiàn)象的發(fā)生。

圖7原油的乳化現(xiàn)象

表2表面活性劑水溶液中原油的乳化壓力

3結(jié)論

1）高壓CO2的存在有效降低了SDS水溶液與原油間的平衡界面張力，同時(shí)有利于SDS水溶液乳化原油。高壓CO2的存在增大了DeTAB水溶液/原油體系與DTAC水溶液/原油體系的油水兩相平衡界面張力，不利于DTAC水溶液將原油乳化。

2）原油/CO2/表面活性劑水溶液體系的油水平衡界面張力隨著CO2壓力的增大而增大，當(dāng)CO2壓力增大到一定程度，繼續(xù)增加CO2壓力對(duì)表面活性劑水溶液與原油的平衡界面張力沒(méi)有顯著影響。

高壓CO2對(duì)表面活性劑水溶液與原油界面張力、原油乳化的影響——摘要、實(shí)驗(yàn)部分

高壓CO2對(duì)表面活性劑水溶液與原油界面張力、原油乳化的影響——結(jié)果與討論、結(jié)論