油砂的ζ电位对MD-1膜驱剂吸附的影响及吸附动力学和热力学研究

采用静态吸附法研究了不同pH值下MD 1膜驱剂在大庆主力油藏洗油油砂上的吸附特性。实验结果表明油砂悬浮液的pH值明显影响油砂粒子表面的带电性,大庆主力油藏油砂的pHzpc=2.58,pH<2.58时油砂的表面带正电,pH>2.58时,油砂的表面带负电,且pH值越高,表面负电荷越多。油砂对MD 1膜驱剂的饱和吸附量As随ζ电位的降低很快增加,电位是决定吸附的主要因素。当ζ电位降到一定值(约为-60mV)以下时,饱和吸附量As几乎不再随ζ电位的降低而变化。吸附动力学研究表明,油砂颗粒表面电位越低,对MD 1膜驱剂的吸附活化能越小,要克服的吸附势能垒越低,吸附MD 1膜驱剂的速度越快,吸附MD 1膜驱剂的静电作用越强。温度对吸附速率影响不大。吸附热力学研究表明,吸附过程是自发且放热的,而且放热很大,pH=10.03时ΔH=-79.33kJ/mol,pH=4.04时ΔH=-38.84kJ/mol。pH值越高,放出的热越多,吸附后体系越稳定。pH越高,油砂表面电荷量越大,越有利于MD 1膜驱剂的吸附。图5表2参14。

MD-1膜驱剂在石英砂和蒙脱土颗粒上吸附的光谱学表征

采用FT IR和XRD方法,与阳离子表面活性剂CTAB对比,研究了MD 1膜驱剂(一种单分子双季铵盐)在石英和蒙脱石表面的吸附。给出了吸附前后两种矿物的FT IR和XRD谱图,分析指认了各红外特征吸收峰,由X射线衍射峰强度计算了晶层间距d(100)。在石英上CTAB有微量吸附,而IR检测不出MD 1的吸附,CTAB和MD 1基本上不引起石英d(100)的改变。在蒙脱石上MD 1只发生单层吸附,其吸附量较CTAB小,MD 1的吸附使蒙脱石吸附水减少,d(100)从1.545nm减小至1.399nm,CTAB的吸附也使蒙脱石的吸附水减少,但使d(100)增大到1.952nm。因此,MD 1抑制粘土膨胀的能力比CTAB强。图6表1参7。

膜驱剂MD-1在大庆原油界面的吸附特性

为了考察MD膜驱油过程中MD 1膜驱剂(一种单分子双季铵盐)与原油之间的相互作用,研究了MD 1水溶液与大庆原油之间界面上MD 1的静态平衡吸附及吸附动力学和热力学。实验结果表明,MD 1在大庆原油界面的平衡吸附量很小,45℃时小于15μg/g原油,水溶液pH值较高时吸附量较大;吸附动力学遵循一级吸附动力学方程,pH=5.84时的吸附速率常数和吸附活化能均高于pH=10.07时的相应值,即低pH值时吸附速率较高,达到平衡所需时间较短,要克服的势能垒较低;吸附量随MD 1溶液浓度增大而增大,在浓度约75mg/L时达到平衡;在45～56℃温度范围平衡吸附量和覆盖度均随温度升高而减小;吸附过程的ΔG和ΔH均<0,是自发放热过程,吸附热达-50kJ/mol。提出了MD膜驱油的"能量场"机理。图3表2参18。

辽河油田杜124井区双北29-37井组MD膜驱矿场试验

辽河油田杜家台124井区油藏埋深～3000m,地层温度110℃,平均渗透率0.029μm3,原油50℃粘度31mPa·s,凝点28.5℃,井区采出程度仅6.17%。该井区双北29 37井组包括1口注水井和3口采油井,驱油试验前注水困难,日注水量降至60m3,注水压力升至19.8MPa,井组日产油7.6t(单井0.9～4.3t),含水82.0%(单井73.0%～85.5%)。根据设计试验方案,从2001 09 30开始,每天从注水井注入有效浓度25%的MD 1工业膜驱剂100kg,15天共注入1.5t,截止2001 12 27,井组累计增产原油157t,注入1t化学剂增产原油105t,驱油试验在经济上是成功的。产油、含水、产液曲线表明,膜驱剂注入开始后10天左右,井组日产油量明显上升,最高达12.4t(37.3t/3d),15天左右井组含水明显下降,最低达73%;注入膜驱剂后井组日产液量增加,最高达53.4t(160.3t/3d),较试验前平均值增加30%。认为油井产液量增加是低渗透油藏MD膜驱见效的现场判据。图5表1参6。

MD膜驱剂对水包油乳状液的破乳作用

MD膜驱油现场试验中发现采出的含油污水有逐渐变清的趋势。实验考察了MD 1膜驱剂 (一种单分子双季铵盐 )对油田采出水的zeta电位、脱油率和水包油乳状液的脱水率的影响 ,结果表明 ,MD 1在水中电离生成的阳离子压缩双电层 ,zeta电位随着MD 1浓度的增加而增加 ,压缩双电层是渐进过程 ;MD 1对油田采出水的破乳作用随MD 1浓度增加而增加并且与采出水的含油量有关 ,含油量低时破乳脱油效果不佳 ;由阴离子表面活性剂ORS 4 1和非离子表面活性剂OP 10为乳化剂形成的水包油乳状液 (油相为含 1%胶质和沥青质的煤油 ) ,其脱水率均随MD 1浓度的增加而增加 ,但在乳化剂为OP 10时脱水率较低 ;MD 1膜驱剂与油相中的胶质及沥青质作用 ,破坏油水界面致使油滴聚并、破乳。图 7表 2参

沥青质模型油/MD膜驱剂溶液的ζ电势

从分子沉积(MD)膜驱剂与原油活性组分沥青质模型油的ζ电势出发,考察了水相pH、MD膜驱剂质量浓度、盐浓度、沥青质质量浓度、芳香度等对水包模型油乳状液的ζ电势的影响,并进一步探讨了水包油乳状液的稳定性。结果表明,模型油/MD膜驱剂溶液与模型油/水的ζ电势均随pH增加而降低,等电点由2 8变为3 1;模型油/MD膜驱剂溶液的ζ电势随MD膜驱剂质量浓度的增加而增加,MD膜驱剂具有压缩双电层的作用;盐浓度越大,模型油/MD膜驱剂溶液与模型油/水的ζ电势越高;随沥青质质量浓度的增加,ζ电势均有所降低,但质量浓度达到400mg/L后,ζ电势增加;随对二甲苯体积分数增加,模型油/MD膜驱剂溶液与模型油/水的ζ电势均有增大趋势;从总体看,MD膜驱剂的加入能降低沥青质模型油在水中的分散稳定性。

沥青质模型油/MD膜驱剂溶液的界面张力

从MD膜驱剂与原油界面活性组分沥青质模型油的界面张力出发,考察了作用时间、水相pH、MD膜驱剂质量浓度、盐浓度、沥青质含量、芳香度、温度等对模型油/水界面张力的影响,并根据扩散控制机理解释了动态界面张力初期过程,进一步揭示了MD膜驱油技术的机理。结果表明,沥青质模型油/MD膜驱剂溶液的界面张力先随时间增加而降低,约15min后达到平衡,达到平衡之前的过程基本上符合扩散控制过程;MD膜驱剂的加入并不能改变pH对模型油/水界面张力的影响趋势;在所考察的条件范围内,沥青质模型油/水溶液的界面张力不随MD膜驱剂质量浓度增加而改变,其值约为19 65mN/m;NaCl对界面张力的影响不明显;沥青质质量浓度从0增加到1000mg/L时,模型油/水和模型油/MD膜驱剂溶液的界面张力分别从23 4mN/m和22 0mN/m逐渐下降至20 0mN/m和18 8mN/m;温度从25℃升高到45℃时,模型油/水溶液的界面张力降低;但芳香度从0增加到100%时,其界面张力均从21 0mN/m增加至31 5mN/m。MD膜驱剂是表面非活性物质,在驱油时不存在低界面张力提高采收率的机理。