Page 217 - 《精细化工》2022年第2期

第 2 期 郑 苗，等: 吉木萨尔页岩油乳化原因及对策 ·421·

形成的乳状液中，静置 30 min 后，NaOH 分水率最 绝对值可知，胍胶压裂液破胶液与原油形成的乳状
低（87%），其次为胍胶基液（92%），表明在胍胶 液稳定性强于聚合物滑溜水压裂液与原油形成的乳
基液、助排剂、防乳化剂、NaOH、交联剂和破胶剂 状液稳定性，主要是胍胶压裂液破胶液组分中的
这些胍胶压裂液破胶液组分中，NaOH 对原油乳化 NaOH 与原油中的酸性组分作用，产生了具有界面
程度高于其他组分，主要是由于 NaOH 与原油中的 活性的皂类，增强了油水界面膜强度，使乳状液稳
酸性组分作用，产生具有界面活性的皂类。如图 3b 定性增强。针对吉木萨尔页岩油开采，建议采用不
所示，胍胶压裂液破胶液组分中界面张力由小到大 含碱的压裂液体系进行压裂开发。
的顺序为：防乳化剂<助排剂<NaOH<胍胶基液<破 2.3 不同条件对原油乳状液稳定性的影响
胶剂<交联剂<去离子水。防乳化剂与助排剂是压裂 2.3.1 pH 对原油乳状液稳定性的影响
液用的表面活性剂，虽在一定程度下能够有效降低 用 1 mol/L NaOH 溶液和 1 mol/L 盐酸溶液调节
油水界面张力，但其分子中的亲水基和亲油基促进 去离子水的 pH，使水的 pH＝2、4、6、8、10、12，
了液滴之间的聚并作用，故具有一定的破乳和助排 按照油水体积比 5∶5 形成乳状液后，读取不同时间
[7]
作用 。破胶剂和交联剂在水相中电离出的阴阳离 的分水率，并测量油水界面张力，结果见图 4。
子可以影响油水界面的电荷分布，使界面活性物质
易于在界面层吸附，界面张力低于去离子水。如图
3c 所示，油水界面剪切黏度由大到小的顺序为：
NaOH>胍胶压裂液破胶液>胍胶基液>聚合物滑溜
水压裂液>聚合物基液>去离子水。NaOH 与原油的
界面剪切黏度最大，乳状液稳定性最强，主要是由
于 NaOH 与原油中的酸性组分反应，生成界面活性
更强的皂类，扩散到油水界面，界面膜的强度增强，
使界面剪切黏度升高，表明 NaOH 是影响乳化的主
要原因。
2.2.3 破胶压裂液组分对 Zeta 电位的影响
Zeta 电位可从双电层的角度判断乳状液稳定性。
Zeta 电位绝对值越大，液滴之间静电斥力越大，液滴
之间不易聚并，乳状液不易分水。按照 1.8 节 Zeta 电
位的测定方法，测定其 Zeta 电位，结果如表 2 所示。

表 2 破胶压裂液及压裂液组分对 Zeta 电位的影响
Table 2 Effects of gel breaking fracturing fluid and
fracturing fluid components on zeta potential

胍胶压裂液 聚合物滑溜水
水相组成 NaOH 图 4 pH 对原油乳状液稳定性（a）、油水界面张力（b）
破胶液 压裂液
Zeta 电位/mV –60.09 –54.46 –33.50 的影响
Fig. 4 Effect of pH on stability of crude oil emulsion (a)
and oil-water interfacial tension (b)
如表 2 所示，Zeta 电位绝对值由大到小顺序为：
NaOH>胍胶压裂液破胶液>聚合物滑溜水压裂液。 如图 4a 所示，当水相 pH=2 时，原油乳状液分
原油与碱形成乳状液体系的 Zeta 电位绝对值最大， 水率最低，其次是 pH=12。这是因为，原油中有一
这是由于 NaOH 既可以与原油反应生成界面活性物 定含量的极性物质，而这些物质含有酸性或碱性基
+
质，又可以提供大量的 Na 影响油水界面电荷分布， 团 [22] ，这两种官能团在碱性或酸性条件下，均会产
增加油珠表面负电荷密度。胍胶压裂液破胶液中破 生新的界面活性物质，因此会增强乳状液的稳定性。
胶剂、交联剂和盐类物质带电离子多，会使 Zeta 电 如图 4b 所示，pH=2 界面张力最低，其次为 pH=12、
位向负值移动，在水相中电离出的阴阳离子可以影 pH=10 和 pH=4 时界面张力较低，酸性条件下，pH
响油水界面的电荷分布，使液滴之间静电斥力增加， 越低界面张力越小，碱性条件下，pH 越高界面张力
影响乳液中液滴的聚并 [20-21] 。而聚合物滑溜水压裂 越小，主要是由于碱或酸与原油中相对分子质量较
液中添加剂相对较少，Zeta 电位绝对值相对较小。 小的酸性或碱性组分反应，生成具有较强界面活性
通过比较乳化性质、界面剪切黏度和 Zeta 电位 的物质，可扩散到油水界面上，使界面张力降低，