CN109696424B - 一种表面活性剂乳化性能的测定及评价方法 - Google Patents

一种表面活性剂乳化性能的测定及评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种表面活性剂乳化性能的测定及评价方法：(1)将模拟原油与表面活性剂溶液混合混匀；(2)测定多重光散射图谱；(3)确定评价参考时间点T0、对应波峰宽度L0及对应平均光强度△BS0；(4)计算油相体积Vo1及乳化油率αo；(5)计算波峰区域宽度L，及其相对平均光强度△BS；(6)确定无因次波峰宽度关于无因次时间导数关系
Figure DDA0001967617620000011
求取不同时间点导数的均值
Figure DDA0001967617620000012
(7)确定无因次背散射平均光强度关于无因次时间的导数，求取不同时间点导数的均值
Figure DDA0001967617620000013
(8)计算得到综合指数η，作为乳化性能综合评定的指标。本发明的方法综合考虑了乳化油量、乳液聚集能力、聚并能力，对油田化学驱用表面活性剂的测定、评价筛选具有指导意义。

Description

一种表面活性剂乳化性能的测定及评价方法
技术领域
本发明涉及一种表面活性剂乳化性能的测定及评价方法，涉及化学驱提高采收率领域。
背景技术
化学驱是一种重要的提高采收率的方法，能够实现大幅度提高油藏采收率的目标。化学驱用表面活性剂是化学驱油体系的重要组成部分。化学驱用表面活性剂除了有效降低油水界面张力外，其乳化性能也是影响驱油效果的重要因素。
表面活性剂乳化性能传统评价方法主要利用“析水率”参数开展相关分析，这种方法主要针对乳状液聚并稳定性开展测试。虽然在一定程度上能够反映表面活性剂的乳化性能，但仍然存在部分问题：表面活性剂乳化性能评价应该不仅包括乳液稳定性，还需要考虑乳化油量等因素；同时，乳液稳定性既与乳液聚集稳定性有关，又与乳液聚并稳定性相关，需要综合考虑这两方面影响因素；但由于油相与乳液相界面模糊，以目测方式难以准确计量乳化油量；再有，现有评价指标无法反映乳液聚集稳定性。因此，有必要设计一种表面活性剂乳化性能的测定方法及评价方法，以更好地测定、评价表面活性剂的乳化性能。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种表面活性剂乳化性能的测定及评价方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种表面活性剂乳化性能的测定及评价方法，包括以下步骤：
(1)将模拟原油与待测表面活性剂溶液混合混匀，得待测样品；模拟原油的体积记为Vo，表面活性剂溶液的体积记为Vw；
所述模拟原油为实验室条件下常规配制得到；
(2)测定待测样品的多重光散射图谱，确定背散射光强度、透射光强度随测量高度及时间的变化规律；
(3)根据实验需要及乳液性能变化速率确定评价参考时间点T0、对应波峰宽度L0及对应平均光强度△BS0；乳化性能评价将针对0～T0时间范围的实验结果开展研究，并以T0、L0、△BS0作为参考参数；
(4)在背散射光及透射光图谱上确定参考时间点T0时的油相与气相界面、油相与乳液相界面，计算0～T0时间段内形成的油相体积Vo1及乳化油率αo；
(5)在背散射光图谱上确定0～T0时间段内不同时间点T＝i扫描形成背散射光强度较高的波峰区域，计算背散射光强度较高的波峰区域宽度L(简称波峰宽度)，及其相对平均光强度△BS(简称平均光强度)；
(6)确定不同时间T＝i波峰宽度L随时间T的平均变化速率：利用参考时间T0及对应波峰宽度L0，无因次化处理各时间点波峰宽度L/L0及时间T/T0，拟合建立无因次波峰宽度与无因次时间函数关系，确定无因次波峰宽度关于无因次时间导数关系
Figure BDA0001967617600000021
求取不同时间点导数的均值
Figure BDA0001967617600000022
(7)确定背散射光强度较高波峰区域相对平均光强度△BS随时间T的平均变化速率：利用参考时间T0及对应平均光强度△BS0，无因次化处理各时间点背散射光强度平均值及时间，拟合建立无因次背散射平均光强度与无因次时间函数关系，确定无因次背散射平均光强度关于无因次时间的导数，求取不同时间点导数的均值
Figure BDA0001967617600000023
(8)计算得到表面活性剂的乳化性能的综合指数η：基于上述测定结果，计算得到表面活性剂的乳化性能综合指数η，以该综合指数作为乳化性能综合评定的指标；
计算公式为：
Figure BDA0001967617600000024
进一步地，所述步骤(1)的具体方式为：将模拟原油与待测表面活性剂溶液混合，在一定温度(比如70℃)下静置0.5h，然后置于乳化设备(如旋转培养器、胶体磨等)中，乳化(旋转速率常规，乳化时间常规)，使油水充分混合，或采用人工手摇方式混匀。
进一步地，所述步骤(2)中，利用多重光散射仪以1次/2min的扫描频率测定背散射光强度、透射光强度随测量高度及时间变化规律。
进一步地，所述步骤(3)中，确定评价参考时间点的参考标准为：乳液各项指标趋于稳定时的时间点。
进一步地，所述步骤(4)中，针对t＝T0背散射光图谱，以样品池中部背散射光强度开始急剧下降的拐点作为油相与乳液相界面，记录测量高度Hoe；以样品池顶部透射光强度开始急剧上升的拐点作为油相顶界面，记录测量高度Hog；由于样品池截面积S为定值，利用油相上下界面高度，计算油相厚度Ho、油相体积Vo1＝Ho×S，及乳化油率αo＝1-Vo1/Vo。
进一步地，所述步骤(8)中，表面活性剂的乳化性能综合指数η越小，表面活性剂的乳化性能越好。
进一步地，还包括以下步骤：
(9)测量并计算得到多种表面活性剂的乳化性能综合指数η，或同种/多种表面活性剂在不同条件(比如不同温度、不同浓度)下的乳化性能综合指数η，并进行比较，根据比较的结果判断多种表面活性剂的乳化性能的优劣，或同种/多种表面活性剂在不同条件下乳化性能的优劣。
进一步地，所述步骤(9)具体为：测量并计算得到表面活性剂的乳化性能综合指数η，比较不同储藏时间的表面活性剂的乳化性能综合指数η，比较结果可以用于判断、预测表面活性剂的有效储藏期，帮助择定有效的储藏条件等，在表面活性剂储藏过程中起到重要作用；
或：测量并计算得到表面活性剂的乳化性能综合指数η，比较在油藏温度下工作不同时间的表面活性剂的乳化性能综合指数η(油藏条件驱替过程中，由于油藏温度高于室内温度，长期处于油藏温度下某些表面活性剂乳化性能可能会发生变化)，比较结果可以用于判断表面活性剂对油藏温度的适应性、预测表面活性剂在油藏温度条件下的有效期，在表面活性剂驱替过程中起到重要作用；
或：测量并计算得到表面活性剂的乳化性能综合指数η，比较不同批次生产的表面活性剂的乳化性能综合指数η(由于环境、工艺、原料含量及成分等因素影响，不同批次生产的表面活性剂乳化性能很可能有变化)，用以判断不同批次产品乳化性能的稳定性，对保证矿场生产质量非常重要。
本发明的表面活性剂乳化性能的测定方法及评价方法，综合考虑了乳化油量、乳液聚集能力
Figure BDA0001967617600000031
聚并能力
Figure BDA0001967617600000032
改变过去以单一因素层或评价乳液稳定性的思路，有利于进一步明确乳液稳定性的主控因素，克服了以往油相与乳液相界面模糊导致乳化油体积难以定量的问题，同时避免了目测方式造成的人为误差干扰，丰富了表面活性剂乳化性能的测定及评价方法，对油田化学驱用表面活性剂的测定、评价筛选具有指导意义。本发明的表面活性剂乳化性能测定方法、评价方法，创造性提出了表面活性剂的乳化性能综合指数η，适用于表面活性剂乳化性能的测定、评价，方法实施过程简单、误差小、重复性好，具有良好的可操作性和实用性，可快速有效地比较不同表面活性剂的性能差别，特别适于生产企业对于原材料的质量监控。
本发明使用的各种术语和短语具有本领域技术人员公知的一般含义。
附图说明
图1：实施例1中背散射光参比谱图和透射光参比谱图。
图2：实施例1中无因次波峰宽度与无因次时间关系曲线。
图3：实施例1中无因次背散射光参比强度与无因次时间关系曲线。
图4：实施例2中第一批次样品油水混合物背散射光参比谱图和透射光参比谱图。
图5：实施例2中第一批次样品无因次波峰宽度与无因次时间关系曲线。
图6：实施例2中第一批次样品无因次背散射光参比强度与无因次时间关系曲线。
图7：实施例2中第二批次样品油水混合物背散射光参比谱图和透射光参比谱图。
图8：实施例2中第二批次样品无因次波峰宽度与无因次时间关系曲线。
图9：实施例2中第二批次样品无因次背散射光参比强度与无因次时间关系曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。然而，本发明的范围并不限于下述实施例。本领域的专业人员能够理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行各种变化和修饰。
下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
实施例1表面活性剂乳化性能的测定及评价
步骤如下：
(1)将5mL模拟油与5mL浓度0.4％待测表面活性剂溶液(主要成分是脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠)分别倒入样品池，在实验温度(70℃)下静置0.5h后，置于旋转培养器，以80rad/min的速率旋转混合1h，充分混合模拟油和表面活性剂溶液。
本实施例所用的模拟油是胜利油田脱水原油，饱和分6％，芳香分72％，胶质14％，沥青质8％。
(2)利用多重光散射仪以1次/2min的扫描频率测定背散射光强度随测量高度及时间变化规律，得到背散射光参比谱图和透射光参比谱图，如图1所示。
(3)根据实验需要及乳液性能变化速率确定评价参考时间点T0、对应波峰宽度L0及对应平均光强度△BS0；由于1h后乳液各项指标趋于稳定，确定评价参考时间点为1h，对应波峰宽度7.57mm，对应平均光强度6.9％。
(4)分析t＝0～1h系列背散射光图谱，由于扫描高度35mm处背散射光参比强度急剧下降，因此以样品池Hoe＝35mm处作为油相与乳液相界面。同时可以看到，扫描高度38mm处，样品池透射光参比强度开始急剧上升，因此以样品池Hog＝38mm油相顶界面。样品池截面积为491mm2，利用油相上下界面高度，计算油相厚度3mm，油相体积为1.47mL，乳化油率0.71。
(5)确定测量时间t＝0～1h范围内系列背散射光参比图谱上不同时间点扫描形成背散射光参比强度较高的波峰区域宽度。
(6)利用参考时间t＝1h及对应波峰宽度7.57mm，无因次化处理各时间点波峰宽度及时间(如图2所示)，拟合建立确定无因次波峰宽度与无因次时间函数关系L/7.57＝0.266ln(t/1)+1.041，确定无因次波峰宽度关于无因次时间导数关系
Figure BDA0001967617600000051
计算不同时间点导数的均值0.15。
(7)在背散射光参比图谱上确定1h内不同时间点形成背散射光强度较高区域的背散射光强度平均值。利用参考时间t＝1h及对应平均光强度6.9％，无因次化处理各时间点背散射光强度平均值及时间(如图3所示)，拟合建立无因次背散射光参比强度与无因次时间函数关系△BS/6.9＝0.235ln(t/1)+1.081，求取无因次背散射光参比强度关于无因次时间的导数
Figure BDA0001967617600000052
计算各时间点导数的均值0.14。
(8)基于上述测定结果，计算表面活性剂的乳化性能综合参数η＝0.41。
(9)利用上述方法测定烷基酚聚氧乙烯醚OP-10的乳化性能综合参数η＝0.54(参考时间点T0＝1.2h、波峰宽度L0＝10mm、平均光强度△BS0＝3.4％、乳化油率α＝0.58，聚集能力参数0.19,、聚并能力参数0.12)(注：不同的表面活性剂，其参考时间点不同)。烷基酚聚氧乙烯醚OP-10是行业内公认的乳化效果较佳的一种乳化剂。
比较脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚OP-10二者的乳化性能综合参数η，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的乳化性能综合参数η数值更小，这表明：在处理本实施例所用的模拟油时，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的乳化性能优于烷基酚聚氧乙烯醚OP-10。
需要注意的是，上述判断结果只能说明在处理本实施例所用的模拟油时，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的乳化性能优于烷基酚聚氧乙烯醚OP-10，并非代表在处理其它原油或模拟油时也有相同的判断结果。
实施例2表面活性剂产品乳化性能质量检测
步骤如下：
第一批次样品抽检
(1)将5mL模拟油与5mL浓度0.4％待测表面活性剂溶液(烷基醇聚氧乙烯醚羧酸盐)分别倒入样品池，在实验温度70℃下静置0.5h后，置于旋转培养器，以80rad/min的速率旋转混合1h，充分混合模拟油和表面活性剂溶液。
(2)利用多重光散射仪以1次/2min的扫描频率测定背散射光强度随测量高度及时间变化规律，得到背散射光参比谱图和透射光参比谱图，如图4所示。
(3)根据实验需要及乳液性能变化速率确定评价参考时间点T0＝1.3h、对应波峰宽度L0＝11.1mm及对应平均光强度△BS0＝3.3％。
(4)利用油相上下界面高度，确定油相厚度4mm，油相体积为3.04mL，乳化油率0.61。
(5)确定测量时间t＝0～1.3h范围内系列背散射光参比图谱上不同时间点扫描形成背散射光参比强度较高的波峰区域宽度。
(6)利用参考时间及对应波峰宽度，无因次化处理各时间点波峰宽度及时间(如图5所示)，拟合建立确定无因次波峰宽度与无因次时间函数关系，确定不同时间点导数的均值0.1。
(7)在背散射光参比图谱上确定1.3h内不同时间点形成背散射光强度较高区域的背散射光强度平均值。无因次化处理各时间点背散射光强度平均值及时间(如图6所示)，拟合建立无因次背散射光参比强度与无因次时间函数关系，确定各时间点导数的均值0.3。
(8)基于上述测定结果，计算表面活性剂的乳化性能综合参数η＝0.66。
(9)第二批次样品抽检：利用上述方法测定第二批次样品乳化性能综合参数η＝1.1(参考时间点T0＝1.3h、波峰宽度L0＝10.7mm、平均光强度△BS0＝2.6％、乳化油率α＝0.55，聚集能力参数0.39,、聚并能力参数0.21，如图7～9所示)。
比较两批次样品，第一批次样品乳化性能综合参数小于第二批次样品，表明第一批次样品乳化性能优于第二批次。由于两批次乳化性能综合参数变化幅度较大，说明不同批次产品乳化性能稳定性欠佳。
给本领域技术人员提供上述实施例，以完全公开和描述如何实施和使用所主张的实施方案，而不是用于限制本文公开的范围。对于本领域技术人员而言显而易见的修饰将在所附权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种表面活性剂乳化性能的测定及评价方法，包括以下步骤：
(1)将模拟原油与待测表面活性剂溶液混合混匀，得待测样品；模拟原油的体积记为Vo，表面活性剂溶液的体积记为Vw；
(2)测定待测样品的多重光散射图谱，确定背散射光强度、透射光强度随测量高度及时间的变化规律；
(3)根据乳液性能变化速率确定评价参考时间点T0、对应波峰宽度L0及对应平均光强度△BS0；乳化性能评价将针对0～T0时间范围的实验结果开展研究，并以T0、L0、△BS0作为参考参数；
(4)在背散射光及透射光图谱上确定参考时间点T0时的油相与气相界面、油相与乳液相界面，计算0～T0时间段内形成的油相体积Vo1及乳化油率α；
(5)在背散射光图谱上确定0～T0时间段内不同时间点T＝i扫描形成背散射光强度较高的波峰区域，计算背散射光强度较高的波峰区域宽度L，及其相对平均光强度△BS0；
(6)确定不同时间T＝i波峰宽度L随时间T的平均变化速率：利用参考时间T0及对应波峰宽度L0，无因次化处理各时间点波峰宽度L/L0及时间T/T0，拟合建立无因次波峰宽度与无因次时间函数关系，确定无因次波峰宽度关于无因次时间导数关系
Figure FDA0002950033170000011
求取不同时间点导数的均值
Figure FDA0002950033170000012
(7)确定背散射光强度较高波峰区域相对平均光强度△BS0随时间T的平均变化速率：利用参考时间T0及对应平均光强度△BS0，无因次化处理各时间点背散射光强度平均值及时间，拟合建立无因次背散射平均光强度与无因次时间函数关系，确定无因次背散射平均光强度关于无因次时间的导数，求取不同时间点导数的均值
Figure FDA0002950033170000021
(8)计算得到表面活性剂的乳化性能的综合指数η：基于上述测定结果，计算得到表面活性剂的乳化性能综合指数η，以该综合指数作为乳化性能综合评定的指标；
计算公式为：
Figure FDA0002950033170000022
所述步骤(4)中，针对t＝T0背散射光图谱，以样品池中部背散射光强度开始急剧下降的拐点作为油相与乳液相界面，记录测量高度Hoe；以样品池顶部透射光强度开始急剧上升的拐点作为油相顶界面，记录测量高度Hog；由于样品池截面积S为定值，利用油相上下界面高度，计算油相厚度Ho、油相体积Vo1＝Ho×S，及乳化油率α＝1-Vo1/Vo。
2.根据权利要求1所述的表面活性剂乳化性能的测定及评价方法，其特征在于：所述步骤(1)的具体方式为：将模拟原油与待测表面活性剂溶液混合，静置0.5h，然后置于乳化设备中乳化，使油水充分混合，或采用人工手摇方式混匀。
3.根据权利要求1所述的表面活性剂乳化性能的测定及评价方法，其特征在于：所述步骤(2)中，利用多重光散射仪以1次/2min的扫描频率测定背散射光强度、透射光强度随测量高度及时间变化规律。
4.根据权利要求1所述的表面活性剂乳化性能的测定及评价方法，其特征在于：所述步骤(3)中，确定评价参考时间点的参考标准为：乳液各项指标趋于稳定时的时间点。
5.根据权利要求1所述的表面活性剂乳化性能的测定及评价方法，其特征在于：所述步骤(8)中，表面活性剂的乳化性能综合指数η越小，表面活性剂的乳化性能越好。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的表面活性剂乳化性能的测定及评价方法，其特征在于：还包括以下步骤：(9)测量并计算得到多种表面活性剂的乳化性能综合指数η，或同种/多种表面活性剂在不同条件下的乳化性能综合指数η，并进行比较，根据比较的结果判断多种表面活性剂的乳化性能的优劣，或同种/多种表面活性剂在不同条件下乳化性能的优劣。
7.根据权利要求6所述的表面活性剂乳化性能的测定及评价方法，其特征在于：所述步骤(9)具体为：测量并计算得到表面活性剂的乳化性能综合指数η，比较不同储藏时间的表面活性剂的乳化性能综合指数η，比较结果用于判断、预测表面活性剂的有效储藏期，帮助择定有效的储藏条件；
或：测量并计算得到表面活性剂的乳化性能综合指数η，比较在油藏温度下工作不同时间的表面活性剂的乳化性能综合指数η，比较结果用于判断表面活性剂对油藏温度的适应性、预测表面活性剂在油藏温度条件下的有效期；
或：测量并计算得到表面活性剂的乳化性能综合指数η，比较不同批次生产的表面活性剂的乳化性能综合指数η，用以判断不同批次产品乳化性能的稳定性。
8.权利要求1～5、7中任一项所述的表面活性剂乳化性能的测定及评价方法在表面活性剂的筛选或评价或预测中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述表面活性剂的筛选或评价或预测具体为：判断、预测表面活性剂的有效储藏期，帮助择定有效的储藏条件；或：判断表面活性剂对油藏温度的适应性、预测表面活性剂在油藏温度条件下的有效期；或：判断不同批次产品乳化性能的稳定性。
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