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界面張力

圖4為50℃、飽和CO2的DeTAB水溶液與原油的動態界面張力。由圖4可知，在DeTAB水溶液/CO2/原油體系中，初始階段，油水兩相的動態界面張力下降較快，當動態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定所需時間越長。在壓力大于4.7 MPa時，界面張力穩定所需時間在4 500 s以上，遠大于CO2不存在時所需的穩定時間。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現，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形成的碳酸水環境使得表面活性劑分子在油水兩相的平衡分布發生了變化，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，易發生表面活性劑水溶液乳化原油的現象，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為黃色渾濁狀態。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象。CO2存在時，體系壓力低于4.0 MPa時，存在原油的乳化現象，隨著CO2壓力升高，油水界面張力增大，原油乳化現象消失。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，始終未出現原油的乳化現象。CO2存在時，體系壓力升高到5.8 MPa以上，原油開始出現乳化、拉絲的現象。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象的發生。

圖7原油的乳化現象

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