一般地讲,原油本身的电导率约为(1~2)×10-4Sm-1。石蜡基原油的电导率只有胶质、沥青质原油的一半。酸值较高的原油,其电导率往往超过2×10-4Sm-1,是各类原油中最高的。若是乳状液中水的含量大于或等于原油的含量则电导率由水的电导率所决定。
水油比例越大,电导率就越大。但是含水量(体积分数)在一定范围内的乳状液,若放置一定时间,则其电导不随水油比例而改变。乳状液的电导随温度的升高而增大,这是由于在高温下原油中的分子热运动加剧的结果。含水为50%(体积分数)的原油乳状液的电导率比纯原油的电导率高2~3倍,温度自25℃升到90℃电导率可增加10~20倍。在1×105~2×105V/m的电场下,用显微镜观察乳状液可以发现水珠像一串珠子似的排列成行,最后聚结成大滴。
(2)原油乳状液的介电常数。
原油及其乳状液的介电常数是指在电容器的极板间充满原油或原油乳状液时测得的电容量Cx与极板间为真空时的电容量C0之比。实验表明:纯原油的介电常数为2.0~2.7;而纯水的介电常数为80。如果原油与水形成乳状液,介电常数就将发生明显的变化。原油乳状液的介电常数与含水率、烃类组成、压力、密度、含气量及温度等因素有关。
(3)原油乳状液的电泳。
由于原油乳状液中的水珠大多带电,故在电场作用下会发生电泳。水珠在电场中的移动速度叫电泳速度,其数值大小可按下式计算:
式中:V——电泳速度,m/s, ξ——Zeta电位,V
E——电极间的电位梯度,V/m;
ε——原油的介电常数;
η——原油的粘度,m2/s。 7.2.3影响原油乳状液稳定性的因素
由7.1.3我们知道:界面张力、界面膜强度、扩散双电层及固体粉末是影响原油乳状液的主要因素。此外,温度、电解质以及PH值也同样会影响原油乳状液的稳定。 7.2.3.1温度对原油乳状液的影响
一般原油乳状液的粘度随着温度的升高而下降,降低粘度可以减少水珠在原油中运动时的摩擦力,对水珠的聚结和油水的重力沉降分离很有利。
由于原油与水的体积膨胀系数不同,温度升高时二者的密度虽然都趋于降低,但降低的幅度不同,所以,温度升高二者的密度差会发生变化。当密度差增加时,油水的沉降分离速度将会提高,但并非所有的原油和水都是如此。
原油乳状液中的水珠经过与原油一起被加热后,密度变小,体积膨胀,会使油水界面膜受内压而变簿,机械强度相应降低,这对乳状液的稳定是不利的。同时起乳化作用的石蜡、胶质、沥青质在原油中的溶解度相应提高,也会进一步改变油水界面膜的机械强度。 7.2.3.2无机盐对原油乳状液的影响
原油乳状液大多数情况下是W/O型的,根据Coehn规则,相互接触的两物质中介电常数较高的带正电荷,因此原油乳状液的内相即水相带正荷。又根据Schulze–Hardy规则,与分散相电性相反的离子起破乳作用,其价数越高,破乳能力越大。对原油乳状液,起破乳作用的应是负离子,正离子的作用主要是使水滴发生变形而促进乳状液的破坏。低价金属离子与原油中的RCOO-生成的金属皂能促使水滴
变形,而高价金属离子与RCOO-生成的金属皂对原油乳状液却起稳定作用。
研究表明:同一种盐浓度越高,使乳状液稳定性降低的程度越大。同价次的金属离子半径越大,对原油乳状液稳定性影响越小,如在45℃和Cl-浓度相同的条件下,正离子使原油乳状液稳定性降低程度的大小次序为:Na+>K+>Mg2+>Ca2+>A13+;在45℃和Na+浓度相同的条件下,负离子使乳状液稳定性降低程度的排列次序为:C1->Br->CNS->SO42-;但当温度变为65℃时,该次序变为:SO42->C1->Br->CNS-。
7.2.3.3PH值对原油乳状液稳定性的影响
PH值能改变油水界面张力,因此对原油乳状掖有一定的影响,这对酸化、压裂以及化学驱油等施工后乳状液的形成或稳定性增加有明显的作用。
7.3乳状液在油井施工中的应用
近年来,关于乳状液涂料、农用乳状液、食品乳状液、医用乳状液和沥青乳状液等的应用发展的报道屡见不鲜。众所周知,乳状液在工农业生产及日常生活中都有着广泛的运用。同时,在油气田开发和油田生产过程中,乳状液也起着相当重要的作用,主要有乳化钻井完井液、乳化酸、乳化压裂液、稠油乳化降粘开采以及三次采油中微乳液的应用。
7.3.1乳化钻井完井液
在钻复杂地层及深井时,一般的水基钻井液,在某些性能方面已经不能满足要求。此时就需要具有特殊性能的钻井液,乳化钻井液就是其中的一种。在钻井工程中,若在钻井液中加入一定量的油,配制成O/W型乳化钻井液,可以提高钻井液的润滑性,减少摩擦阻力,
防止粘附卡钻。由于内相油珠能润湿或堵塞井壁的毛细孔,避免了大量的水向地层渗透,所以用此种钻井液可以达到降低失水,降低相对密度,保护油气层的作用。同时能耐高温、稳定性强,此钻井液在钻深井和斜井中效果会更为明显。乳化钻井液的油相一般在5%~20%,所用的油多为原油或柴油等;常用的乳化剂有:烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠、烷基醇聚氧乙烯醚和烷基苯酚聚氧乙烯醚等。
在钻超深井和复杂地层时,尤其是对水敏地层也用油包水乳化钻井液(W/O型),国外称之为可逆的逆乳化钻井液,主要有以下优点:
①由于油外相,对低压油层的渗透性不产生损坏作用,有利于保护油层,可作为完井液和修井液使用;
②能防止泥页岩水化膨胀,有防塌作用; ③具有良好的润滑性,有防卡的作用;
④对H2S,CO2,以及矿化度高的盐水具有防腐作用。所以,使用油包水乳化钻井液可使钻井优质、快速和降低成本。
文献[11]和[13]等报道了乳化钻井完井液的应用实例。 7.3.2乳化酸
乳化酸是国外在20世纪70年代开发应用的一种酸化工作液,尤其适用于低渗透碳酸盐岩油气藏的深度酸化改造和强化增产作业。在乳化剂及其助剂作用下,用酸(盐酸、氢氟酸或它们的混合酸)和油(原油或原油馏分)按一定比例配制,就可以得到乳化酸。它依靠油对酸的包裹作用,有效地阻挡H+的扩散和运移,从而减缓酸与岩层的反应速度,实现酸的深度穿透。与普通酸液相比,乳化酸具有反应速率小、有效作用时间和距离长、腐蚀速率小的特点。
目前国外已有Dowell公司开发的Super X乳化酸,Halliburton公司研制的HV60乳化酸和Nowsco公司开发的LAD乳化酸;国内已
有华北油田、大港油田、江汉油田、四川油田等油田开展过乳化酸的研究与应用,并取得了较高的施工成功率。其中四川石油管理局天然气研究院在20世纪90年代初研制出以有机酸、有机胺及表面活性剂为原料的复合型乳化剂CTl–11,它在柴油和酸液体系中具有强乳化性,在残酸和原油体系中具有防乳破乳性,用其配制乳化酸克服了以往乳化酸泵注难、配制难、乳液稳定性不好、残液返排难的问题。该酸在60~80℃的井温下施工,缓速率是空白酸的4~6倍,已在川中大安寨低渗透碳酸盐岩油田进行了100余次酸化施工作业,有很高的施工成功率和有效率。
20世纪90年代中期,国外通过在酸相中加人酸液胶凝剂或在乳化酸中加入油溶性树脂,开发出增能乳化酸系列,如Super k–frac with acid, Super k–l–x Acidk–frac等,进一步提高了酸化效果。近些年来,在新疆塔河油田开展了柴油包28%HCl乳化酸的研究工作和现场施工,取得了显著效果。
乳化酸作为多种施工的后置液或清洗液也有广泛的应用,如选择性堵水、防砂等作业,用乳化酸作后置液不仅对有些树脂有增强作用,也有清理污染、恢复渗透率的功能。 7.3.3乳化压裂液
7.3.3.1乳化压裂液的发展及其作用
乳化压裂液是20世纪70年代发展起来的压裂液体系,分为水包油乳化压裂液和油包水乳化压裂液两种类型。乳化体系具有良好的增粘能力,粘度调节方便,滤失量低等特点。在20世纪70年代中期到80年代有较快的发展,并作为经济有效的压裂液应用于低压油气藏。水包油乳化压裂液具有比油包水乳化压裂液摩阻小、流变性便于调节、易返排的优点,在我国新疆(见文献[10])、吐哈等油田多次施工