2結果與討論

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態(tài)變化過程

圖2為50℃下，CO2存在與CO2不存在時，DeTAB水溶液/原油體系中，油滴的體積與初始體積比隨時間的變化。由圖2可知，對于原油/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。油滴體積達到穩(wěn)定所需時間在3 500～6 500 s范圍內。同時，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，油滴體積達到平衡值所需時間在1 300 s左右，遠小于CO2存在時達到平衡狀態(tài)所需的時間；同時，油滴體積的增加幅度明顯低于CO2存在時的情況。CO2存在時，DeTAB水溶液/原油體系中，油滴體積的明顯增大，說明水中溶解的CO2可以有效地擴散進入油相中，實現(xiàn)其對原油的溶脹效果，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50℃不同壓力下DeTAB水溶液中油滴體積比隨時間的變化

圖3為50℃、不含CO2條件下，DeTAB水溶液與原油的動態(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，變化幅度趨于平緩，油水兩相界面張力穩(wěn)定所需時間在1 500 s左右。

圖3 50℃不含CO2條件下DeTAB水溶液與原油的動態(tài)界面張力

圖4為50℃、飽和CO2的DeTAB水溶液與原油的動態(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，油水兩相的動態(tài)界面張力下降較快，當動態(tài)界面張力接近平衡界面張力時，變化趨于平緩，壓力越高界面張力達到穩(wěn)定所需時間越長。在壓力大于4.7 MPa時，界面張力穩(wěn)定所需時間在4 500 s以上，遠大于CO2不存在時所需的穩(wěn)定時間。原因是表面活性劑水溶液中的CO2通過緩慢的擴散作用溶解到原油中，造成油水兩相動態(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向油水兩相的擴散，體系內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，分別對表面活性劑水溶液/原油的平衡界面張力進行了測量。不存在CO2時，在向DTAC水溶液注油的過程中，原油以絲狀從針口流出，不能形成油滴，說明該體系的界面張力遠小于0.1 mN/m，超出了裝置的測量范圍。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，油水界面上表面活性劑的吸附量下降，導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，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，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。說明CO2壓力較高時，表面活性劑降低油水界面張力的作用占主導，使得壓力升高導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、溶液的離子強度和pH都會影響油水兩相界面張力，這幾個因素處于最佳組合時，油水界面上表面活性劑分子的吸附量達到最大值，油水界面張力才能達到最低值。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

實驗中觀察到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，乳化的原油被分散并且逐步溶解到表面活性劑水溶液中，原本無色透明的表面活性劑水溶液轉變?yōu)辄S色渾濁狀態(tài)。圖7是50℃、CO2壓力為4.0 MPa時，飽和CO2的DTAC水溶液中，原油被拉絲，乳化的過程。

實驗中觀察到原油的乳化情況與體系壓力及CO2存在與否的相關性，表2是CO2存在與CO2不存在條件下，1.0～10.0 MPa范圍內，表面活性劑水溶液中原油的乳化壓力。50℃時，在DTAC水溶液/原油體系中，CO2不存在時，水靜壓在1.0～10.0 MPa范圍內，始終存在原油的乳化現(xiàn)象。CO2存在時，體系壓力低于4.0 MPa時，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，在SDS水溶液/原油體系中，CO2不存在時，水靜壓從1.0 MPa升高至10.0 MPa過程中，始終未出現(xiàn)原油的乳化現(xiàn)象。CO2存在時，體系壓力升高到5.8 MPa以上，原油開始出現(xiàn)乳化、拉絲的現(xiàn)象。這說明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通過水相擴散進入原油中，降低了原油的黏度，增強了原油的流動性，同時CO2對原油中輕質組分的萃取，也有助于原油中的輕質組分擴散進入水相。因此高壓CO2增強了SDS水溶液對原油的乳化作用。在DeTAB水溶液/原油體系中，油水界面張力較大，無論CO2存在與否，始終沒有原油乳化現(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CO2壓力增大到一定程度，繼續(xù)增加CO2壓力對表面活性劑水溶液與原油的平衡界面張力沒有顯著影響。

高壓CO2對表面活性劑水溶液與原油界面張力、原油乳化的影響——摘要、實驗部分

高壓CO2對表面活性劑水溶液與原油界面張力、原油乳化的影響——結果與討論、結論