固体颗粒对O／W乳状液稳定性的影响研究

第２７卷　第４期　大庆石油地质与开发Ｐ．Ｇ．０．Ｄ．Ｄ．　２００８年８月　·１０３·　文章编号：１０００—３７５４（２００８）０４－０１０３－０３　固体颗粒对Ｏ／Ｗ乳状液稳定性的影响研究　张　维　，李明远　，姚春　，林梅钦　，董朝霞　（１．中国石油大学提高采收率中心，北京１０２２４９；２．香港联合技术亚太有限公司北京代表处，北京１０００２７）　摘要：采用界面张力仪、表面粘弹性仪和Ｚｅｔａ电位仪研究了部分水解聚丙烯酰胺（ＨＰＡＭ）溶液与大　庆原油模拟油之间界面性质以及固体颗粒对这些界面性质的影响。结果表明，合１００　ｍｇ／Ｌ的ＨＰＡＭ　溶液中加入固体颗粒后，聚合物溶液与原油模拟油之间的界面张力上升，界面剪切粘度下降，但随着　固体颗粒浓度的增加，聚合物溶液与原油模拟油间的界面张力和界面剪切粘度基本保持不变。在聚合　物溶液中加入固体颗粒后，其与原油模拟油形成的Ｏ／Ｗ乳状液稳定性变差，乳状液内部油珠表面　Ｚｅｔａ电位负值增加。Ｏ／Ｗ乳状液的稳定性取决于油水界面剪切粘度和Ｚｅｔａ电位的双重影响。　关键词：固体颗粒；界面张力；界面剪切粘度；Ｚｅｔａ电位；稳定性　中图分类号：ＴＥ３５７　文献标识码：Ａ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｓｏｌｉｄ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｏｎ　Ｏ／ｗ　ｅｍｕｌｓｉｏｎ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｉ　，ＬＩ　Ｍｉｎｇ—ｙｕａｎ　，ＹＡＯ　Ｃｈｕｎ　，ＬＩＮ　Ｍｅｉ—ｑｉｎ　，ＤＯＮＧ　Ｚｈａｏ—ｘｉａ　（１．Ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｏｉｌ　Ｒｅｃｏｖｅｒｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｒｅ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１　０２２４９，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ　Ｏｆｆｉｃｅ　ｏｆ　Ｈｏｎｇｋｏｎｇ　Ｙａｔａｉ　Ａｓｏｏｃｉａｔｅｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１　０００２７，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ　ｉｎｔｅｒｒａｃｉａｌ　ｔｅｎｓｉｏｍｅｔｅｒ，ｓｕｒｆａｃｅ　ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ　ｍｅｔｅｒ　ａｎｄ　Ｚｅｔａ　ｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｆｅａ－　ｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｐａｒｔｉａｌｌｙ　ｈｙｄｒｏｌｙｚｅｄ　ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ（ＨＰＡＭ）ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｏｉｌ　ｏｆ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ｉｎ　Ｄａｑｉｎｇ　Ｏｉｌｆｉｅｌｄ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｓｏｌｉｄ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ａｄｄｉｎｇ　ｓｏｌｉｄ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｉｎｔｏ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｃｏｎｔａｉ—　ｎｉｎｇ　１００ｍｇ／Ｌ　ＨＰＡＭ，ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｒａｃｉａｌ　ｔｅｎｓｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｆｌｏｏｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ｗｏｕｌｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｓｈｅａｒ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｗｏｕｌｄ　ｄｅｃｒｅａｓｅ，ｗｈｅｒｅａｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｌｉｄ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｉｎ—　ｔｅｒｆａｃｉａｌ　ｔｅｎｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｓｈｅａｒ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｒｅｍａｉｎ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ．Ａｆｔｅｒ　ａｄｄｉｎｇ　ｓｏｌｉｄ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｏ／Ｗ　ｅｍｕｌｓｉｏｎ　ｆｏｒｍｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ｂｅｃｏｍｅ　ｗｏｒｓｅ，ｔｈｅ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｚｅｔａ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｉｌ　ｄｒｏｐｌｅｔ　ｓｕｒｆａｅｅ　ｗｉｔｈｉｎ　ｔｈｅ　ｅｍｕｌｓｉｏｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅ．Ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｏ／Ｗ　ｅｍｕｌｓｉｏｎ　ｉｓ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｂｙ　ｂｏｔｈ　ｏｉｌ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｓｈｅａｒ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ａｎｄ　Ｚｅｔａ　ｐｏｔｅｎｔｉａ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｏｌｉｄ　ｐａｒｔｉｃｌｅ；ｉｎｔｅｒｆａｅｉａｌ　ｔｅｎｓｉｏｎ；ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｓｈｅａｒ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ；Ｚｅｔａ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　随着聚合物驱及三元复合驱的广泛应用，大量含　聚合物的采出液产出地面，由此增加了乳状液的稳定　性及污水处理难度。在聚合物驱及三元复合驱中除含　聚合物外，还含有一定的固体颗粒，而固体颗粒是使　原油乳状液稳定的另一个重要因素　。虽然国内外　学者在含聚合物油田采出液油水分离方面进行了大量　研究　，但目前在固体颗粒对乳状液稳定性及油水　界面性质的影响方面研究较少。因此，研究固体颗粒　对Ｏ／Ｗ乳状液的界面性质和稳定性的影响很有意　义　１　实验部分　１．１试剂与仪器配置　原油由大庆油田提供，酸值为每克原油消耗　０．０５　ｍｇ的ＫＯＨ，大庆地层模拟水组成如表１所示。　部分水解聚丙烯酰胺由大庆油田提供，其粘均相对分　子质量为１．７×１０　，水解度为２６％；固体颗粒为５３～　９０　ｍ的蒙脱石；煤油由北京燕山石油化工有限公司　提供，用活化后的硅胶吸附将其中界面活性物质脱出，　处理后与二次蒸馏水界面张力达到４６　ｍＮ／ｍ以上。　基金项目：国家重点基础研究发展计划项目（２００５ＣＢ２２１３０５）资助。　收稿日期：２００７－０３－０４　作者简介：张维（１９７８一），女，在读博士，从事提高采收率及油田采出水处理研究。

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界面张力仪为德国Ｄａｔａｐｈｙｓｉｃｓ公司的ＤＣＡＴ一２１型，　界面剪切粘弹性仪为日本协和株式会社的ＳＶＲ·Ｓ　型，纳米粒度及Ｚｅｔａ电位分析仪为英国马尔文仪器有　限公司的Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ—Ｎａｎｏ—ＺＳ型。　１．２实验方法　１．２．１模拟油的配制　将一定质量比的大庆原油和处理过的煤油搅拌均　匀，配制大庆原油模拟油待用。　１．２．２界面张力测定　将不同质量的固体颗粒溶液分别加入模拟水中，　在１８　０００　ｒ／ｍｉｎ下高速剪切１０　ｍｉｎ，加入一定质量的　ＨＰＡＭ溶液，配制成含不同浓度固体颗粒和１００　ｍｇ／Ｌ的　ＨＰＡＭ溶液。采用ＤＣＡＴ－２１界面张力仪测定其与５０％　大庆原油模拟油之间的界面张力，测定温度为３０℃。　１．２．３界面剪切粘度测定　将不同质量的固体颗粒溶液分别加入模拟水中，　在１８　０００　ｒ／ｍｉｎ下高速剪切１０　ｍｉｎ，加入一定质量的　ＨＰＡＭ溶液，配制成含不同浓度固体颗粒和１００　ｍｇ／Ｌ　的ＨＰＡＭ溶液。采用ＳＶＲ·Ｓ型界面剪切粘弹性仪测　定其与５０％大庆原油模拟油之间的界面剪切粘度，测　定温度为３０℃。　１．２．４　Ｚｅｔａ电位测定　先将不同质量的固体颗粒溶液分别加入模拟水　中，在１８　０００　ｒ／ｍｉｎ下高速剪切１０　ｍｉｎ，接着加入一　定质量的ＨＰＡＭ溶液，配制成含不同浓度固体颗粒和　１００　ｍｇ／Ｌ的ＨＰＡＭ溶液。按体积为水相１／１００的比　例加入１％的大庆原油模拟油，在６　０００　ｒ／ｒａｉｎ下剪　切１　ｍｉｎ，室温下放置２４ｈ。采用Ｚｅｔａ电位分析仪测　定乳状液中油滴表面Ｚｅｔａ电位，测定温度为３０　ｏ【＝。　１．２．５乳状液稳定性测定　将不同质量的固体颗粒溶液分别加入模拟水中，　在１８　０００　ｒ／ｍｉｎ下高速剪切１０　ｍｉｎ，加入一定质量的　ＨＰＡＭ溶液，配制成含不同浓度固体颗粒和１００，￣ｇ／Ｌ　的ＨＰＡＭ溶液。按水相溶液的１／４加入５０％的大庆原　油模拟油，手摇２００次，放置于４５℃水浴，测定第　时刻　油相体积与最初加入的油相体积比随时间的变化情况。　２结果与讨论　２．１　固体颗粒对油水界面张力的影响　图１为１００，￣ｇ／Ｌ的聚合物溶液中加入不同浓度　固体颗粒体系与５０％原油模拟油的油水界面张力，从　中可以看出，在１００　ｍｇ／Ｌ的ＨＰＡＭ溶液中加入固体　颗粒后，含固体颗粒的聚合物溶液与原油模拟油的界　面张力上升，含不同浓度固体颗粒的聚合物溶液与原　油模拟油的界面张力值相差不大。在聚合物溶液中加　入固体颗粒以后，固体颗粒会吸附原油模拟油中通过　油水界面分配到水相一侧的界面活性物质，使得油水　界面处吸附的原油模拟油中的界面活性物质浓度降　低，使实验测得的加入固体颗粒的聚合物溶液与原油　模拟油的界面张力高于不含固体颗粒的聚合物溶液与　原油模拟油的界面张力。因此，加入固体颗粒的聚合　物溶液与原油模拟油的界面张力高于不含固体颗粒的　聚合物溶液与原油模拟油的界面张力。由于固体颗粒　自身没有界面活性，因此不同浓度之间的固体颗粒、　聚合物溶液与原油模拟油的界面张力没有明显变化。　２８　２６　备　。４　耋２２　星２０　ｌ８　０　２０００　４０００　６０００　８０００　１００００　时间／ｍｉｎ　图Ｉ固体颗粒对界面张力的影响　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｓｏｌｉｄ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｏｎ　ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ　ｔｅｎｓｉｏｎ　从图１中还可以看出，加入固体颗粒的聚合物溶　液与原油模拟油的界面张力达到平衡值所需的时间比　不含固体颗粒的聚合物溶液与原油模拟油的界面张力　达到平衡值所需的时间短，这是由于聚合物溶液与原油　模拟油间的界面张力达到平衡所需时间的长短取决于　原油中界面活性组分的吸附快慢，加入固体颗粒以后，　由于界面处界面活性组分的减少导致界面活性组分在　界面上吸附速度变快，因此在短时间内可以达到平衡。　２．２　固体颗粒对油水界面剪切粘度的影响　图２为１００　ｍｇ／Ｌ的聚合物溶液中加入不同浓度　固体颗粒的体系与５０％原油模拟油的油、水界面剪切　粘度，从中可以看出，加入固体颗粒的体系与不含固　体颗粒的聚合物溶液和５０％原油模拟油的界面剪切粘　度相比，其界面剪切粘度值略有下降，含不同浓度固体　颗粒的聚合物溶液与原油模拟油的界面剪切粘度值相　

差不大。这是由于界面处的部分水解聚丙烯酰胺可以　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年８月　张　维等：固体颗粒对Ｏ／Ｗ乳状液稳定性的影响研究　·１０５·　被固体颗粒通过分子间力和范德华力吸附到水相，使　得界面处的部分水解聚丙烯酰胺浓度降低。同时，聚　合物溶液中的固体颗粒也可能会吸附原油模拟油中通　过油水界面分配到水相一侧的界面活性物质，使得油　水界面处吸附的原油模拟油中的界面活性物质浓度降　低。而部分水解聚丙烯酰胺和界面活性组分是使界面　膜具有一定强度的主要因素，部分水解聚丙烯酰胺可　在油水界面发生吸附，并且亲水的一ＣＯＯＨ伸向水相　与水形成氢键，在界面上形成一定强度的结构，界面处　聚合物浓度的减少会导致界面膜强度越低，界面剪切　粘度值越小。由于聚合物在固体颗粒的表面达到饱和　吸附，因此界面处聚合物浓度的减少不再随固体颗粒　浓度的增加而发生变化，导致不同浓度固体颗粒的聚　合物溶液与原油模拟油的界面剪切粘度值相差不大。