基于核磁共振测定高温高压下微乳液油水界面张力的方法

1.本发明属于油气田开发工程领域，具体涉及一种基于核磁共振测定高温高压条件下微乳液油水界面张力的方法。


背景技术：

2.在微乳液驱油提高采收率的过程中，油水界面张力是一个重要的特性，超低油水界面张力的形成是微乳液能大幅提高采收率的机理之一，同时这也是衡量所用表面活性剂亲水亲油性的一个重要指标，界面张力越低，亲油性越好。因此，在筛选微乳液体系时，需要测定微乳液驱油过程中的油水界面张力。
3.目前，测试油水界面张力的方法主要有：旋转液滴法、悬滴法、杜努伊环法等。悬滴法可以测试高温高压条件下的油水界面张力，如发明专利“一种co2驱油过程中测定油水界面张力变化规律的装置及方法”(cn103048247b)，将原油压入悬滴室，在探针处形成油滴后保持一段时间，由放大摄像系统拍下油滴照片，再通过油滴形状参数经相应公式计算得到平衡界面张力。但悬滴法无法测定表面活性剂驱油过程中的超低油水界面张力。适用于测量超低界面张力的旋转液滴法，如实用新型专利“旋转液滴法液体界面张力测定仪”(cn2237848y)，通过转轴高速转动拉长液滴，测量其尺寸参数后经计算得到界面张力。但此方法只适用于常温常压条件。能够测试高温高压条件的旋转液滴界面张力测试装置，造价昂贵，操作复杂，如发明专利“一种旋转液滴法超低界面张力测量装置及测量方法”(cn102213668b)。
4.本发明提出一种在适应高温高压条件的同时，又能够测定超低油水界面张力，操作方便且成本低的方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种利用核磁共振技术测定高温高压条件下微乳液油水界面张力的方法，该方法通过高温循环、加压饱和使微乳液处于高温高压条件，在线监测其t2谱，得到微乳液中的含油体积，再做出含油体积和注入量的特征识别曲线从而判断微乳液在地层条件下的类型，识别到中相后将参数代入chun huh公式(chun huh,interfacial tensions and solubilizing ability of a microemulsion phase that coexists with oil and brine[j].journal of colloid and interface science,1979,71(2):408-426)，计算得到油水界面张力。本发明测试结果准确可靠，能够为微乳液驱油提高采收率技术提供重要支持。
[0006]
为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。
[0007]
基于核磁共振测定高温高压下微乳液油水界面张力的方法，依次包括以下步骤：
[0008]
(1)将容积为v0的中空陶瓷管放入夹持器，置于核磁共振仪中，夹持器入口端分别连接微乳液中间容器、地层油中间容器，出口端连接回压阀、量筒，核磁共振仪连接数据采集器，夹持器连接循环加热系统；
[0009]
(2)用地层油和表面活性剂盐溶液配制微乳液，表面活性剂盐溶液中，溶剂为重水，nacl浓度、表面活性剂浓度已知，表面活性剂总体积为v1，将配置好的微乳液转到中间容器中，搅拌静置；
[0010]
(3)通过循环加热系统将夹持器升温到所需温度；
[0011]
(4)将地层油中间容器加热到所需温度后，通过驱替泵用地层油将陶瓷管加压饱和；
[0012]
(5)测试陶瓷管中地层油的t2谱图，用信号峰总面积a0表示核磁信号强度；
[0013]
(6)将微乳液中间容器加热到所需温度后，再升到所需压力，静置平衡24h后，用微乳液驱替陶瓷管中的地层油，每注入一定体积的微乳液测试一次陶瓷管中流体的t2谱图，其信号峰总面积为ai，陶瓷管含油体积可通过下式计算：
[0014][0015]
式中：
[0016]
a0——陶瓷管饱和地层油时的核磁信号强度；
[0017]ai
——注入微乳液后陶瓷管中流体的核磁信号强度；
[0018]v0
——陶瓷管容积，ml；
[0019]
——陶瓷管含油体积，ml；
[0020]
(7)以陶瓷管含油体积为纵坐标，以微乳液注入体积v
x
为横坐标，做出关系曲线，根据曲线识别所配制的微乳液在高温高压条件下的类型：
[0021]
如果是winsoriii型，直接进入步骤(8)；
[0022]
如果不是winsoriii型，重复步骤(2)～(7)，改变表面活性剂盐溶液中nacl的浓度，直至在关系曲线中识别到所配制的微乳液在高温高压条件下的类型为winsoriii型，再进入步骤(8)；
[0023]
(8)计算winsoriii型微乳液的油水界面张力γ
ow
，过程如下：
[0024]
1)当中相体积大于陶瓷管容积时：
[0025]
通过曲线读出中相体积vm和陶瓷管被微乳液中相饱和时的含油体积根据chun huh公式，通过下式计算winsoriii型微乳液的油水界面张力γ
ow
：
[0026][0027]
式中：
[0028]
γ
ow
——winsoriii型微乳液的油水界面张力，mn/m；
[0029]
c——相界面特征值，大小为0.3；
[0030]
spo——中相中油的增溶参数；
[0031]
spo通过下式计算：
[0032][0033]
式中：
[0034]vm
——中相体积，ml；
[0035]
——陶瓷管被微乳液中相饱和时的含油体积，ml；
[0036]v0
——陶瓷管容积，ml；
[0037]v1
——表面活性剂总体积，ml；
[0038]
将(3)式带入(2)式，油水界面张力γ
ow
的计算式为：
[0039][0040]
2)当中相体积小于陶瓷管容积时：
[0041]
通过曲线读出陶瓷管被微乳液上相饱和时的含油体积中相全部进入陶瓷管时的含油体积以及中相体积vm，则上相体积vu为：
[0042]vu
＝v
0-vmꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0043]
上相的油体积分数s
uo
为：
[0044][0045]
上相含油体积v
uo
为：
[0046]vuo
＝vu×suo
ꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0047]
中相含油体积v
mo
为：
[0048][0049]
中相中油的增溶参数spo为：
[0050][0051]
将式(5)～(8)代入式(9)，spo的计算式为：
[0052][0053]
式中：
[0054]vn
——中相体积，ml；
[0055]
——微乳液中相全部进入陶瓷管时的含油体积，ml；
[0056]
——陶瓷管被微乳液上相饱和时的含油体积，ml；
[0057]
将(10)式代入(2)式，油水界面张力γ
ow
的计算式为：
[0058][0059]
进一步地，所述步骤(1)中，陶瓷管的润湿性为水湿。
[0060]
进一步地，所述步骤(6)中，忽略表面活性剂的核磁信号。
[0061]
与现有方法相比，本发明具有以下有益效果：
[0062]
(1)本发明能够在高温高压条件下测量微乳液中超低油水界面张力，使得微乳液油水界面张力的测定范围更广；
[0063]
(2)本发明在已有的核磁设备基础上进行测定，流程简单，成本更低；
[0064]
(3)测试结果准确可靠。
附图说明
[0065]
图1为陶瓷管饱和地层油时的t2谱图。
[0066]
图2为微乳液是winsor i型时，陶瓷管内含油体积与微乳液注入体积关系曲线。
[0067]
图3为微乳液是winsoriii型且中相体积小于陶瓷管容积时，陶瓷管含油体积与微乳液注入体积的关系曲线。
[0068]
图4为微乳液是winsoriii型且中相体积大于陶瓷管容积时，陶瓷管含油体积与微乳液注入体积的关系曲线。
[0069]
图5为微乳液是winsorii型时，陶瓷管内含油体积与微乳液注入体积的关系曲线。
具体实施方式
[0070]
下面根据附图和实例进一步说明本发明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。
[0071]
实施例(地层温度为46.7℃，地层压力为27mpa)
[0072]
基于核磁共振测定高温高压条件下微乳液油水界面张力的方法，具体包括以下步骤：
[0073]
(1)将内径为1.8mm、长度为10cm(容积v0为1.018ml)、内壁为水湿的陶瓷管放到夹持器内，然后置于核磁共振仪的磁体箱中；
[0074]
(2)用10ml油和10ml表面活性剂盐溶液配制winsoriii型微乳液，表面活性剂盐溶液中，溶剂为重水，nacl浓度为6.8wt％，表面活性剂123-4s(烷氧基化醇醚硫酸盐)浓度为1wt％，根据其密度1.38g/cm3换算成总体积v1为0.08ml。搅拌静置24h后，测得上相体积为8.68ml，下相体积为8.62ml，中相体积为2.70ml。将配置好的微乳液转入到中间容器中；
[0075]
(3)开启循环加热系统，使夹持器的温度升到46.7℃；
[0076]
(4)将微乳液中间容器同样升到46.7℃后，再将微乳液中间容器的压力升到27mpa，静置24h等待微乳液平衡；
[0077]
(5)用地层油对陶瓷管加压饱和，压力升至27mpa；
[0078]
(6)出口端稳定出油时，测试陶瓷管内流体的t2谱图如图1所示，信号峰的总面积为952；
[0079]
(7)打开注入泵，用微乳液驱替陶瓷管的地层油，管线内的体积为1.2ml，注入量为1.2ml时微乳液开始进入陶瓷管，停泵后测试陶瓷管内流体的t2谱图，之后每注入0.5ml微乳液测试一次陶瓷管内流体的t2谱图，当累计注入量超过9.2ml后，每注入0.1ml测试一次t2谱图，记录每次信号峰的面积，根据式(1)计算每次测试后陶瓷管含油体积；
[0080]
(8)当微乳液全部注入后，关闭注入泵，再将注入泵开启并退至大气压力，以重水驱替管线中剩余的微乳液；
[0081]
(9)做出陶瓷管含油体积和微乳液注入体积的关系曲线如图2所示，可以看出高温高压条件下微乳液从winsoriii型变为winsor i型，拐点1表示油样被微乳液上相完全驱替，拐点2表示微乳液下相开始进入陶瓷管，出现在微乳液注入一半体积(10ml)之前，拐点3表示微乳液上相被完全驱替，此时陶瓷管中仅剩下相；
[0082]
(10)改变nacl浓度以获得高温高压条件下的winsoriii型微乳液，即每次增加
0.2wt％浓度的nacl，保持表面活性剂浓度不变，配置新的微乳液置于中间容器中，重复步骤(2)—(9)，具体过程如下：
[0083]
1)当nacl浓度为7.6wt％时，配置的微乳液为winsorii型，下相体积为9.10ml，上相体积为10.90ml，在高温高压条件下陶瓷管内含油体积和微乳液注入体积的关系曲线如图3所示，通过曲线判断配置的微乳液在高温高压下为winsoriii型且中相体积小于陶瓷管容积。拐点1表示油样被微乳液上相完全驱替，拐点2表示微乳液中相开始进入陶瓷管，拐点3表示微乳液下相开始进入陶瓷管，此时陶瓷管中三相共存，拐点4表示微乳液上相完全被驱替，陶瓷管中剩微乳液中相和下相，拐点5表示微乳液中相被完全驱替，陶瓷管内只剩微乳液下相。从图中读出vm为0.62ml，为0.63ml，为0.95ml，代入式(11)计算得出此时微乳液油水界面张力γ
ow
为0.0896mn/m：
[0084]
2)当nacl浓度为7.8wt％时，配置的微乳液为winsorii型，下相体积为8.68ml，上相体积为11.32ml，在高温高压条件下陶瓷管内含油体积和微乳液注入体积的关系曲线如图4所示，通过曲线判断配置的微乳液在高温高压下为winsoriii型且中相体积大于陶瓷管容积。拐点1表示油样被微乳液上相完全驱替，拐点2表示中相开始进入陶瓷管，拐点3表示此时陶瓷管中全部为微乳液中相，拐点4表示微乳液下相开始进入陶瓷管，拐点5表示此时陶瓷管内只有微乳液下相。与图3相比，由于微乳液中相大于陶瓷管容积，图4的曲线中段存在“阶梯”。从图中读出vm为1.20ml，为0.62ml，代入式(4)计算得出此时微乳液油水界面张力γow为0.0322mn/m；
[0085]
3)当nacl浓度为8.4wt％时，配置的微乳液为winsorii型，下相体积为7.85ml，上相体积为12.15ml，在高温高压条件下陶瓷管内含油体积和微乳液注入体积的关系曲线如图5所示，通过曲线判断配置的微乳液在高温高压下为winsorii型。与图2类似，但图5的拐点2出现在微乳液注入一半体积(10ml)之后。

技术特征：
1.基于核磁共振测定高温高压下微乳液油水界面张力的方法，依次包括以下步骤：(1)将容积为v0的中空陶瓷管放入夹持器，置于核磁共振仪中，夹持器入口端分别连接微乳液中间容器、地层油中间容器，出口端连接回压阀、量筒，核磁共振仪连接数据采集器，夹持器连接循环加热系统；(2)用地层油和表面活性剂盐溶液配制微乳液，表面活性剂盐溶液中，溶剂为重水，nacl浓度、表面活性剂浓度已知，表面活性剂总体积为v1，将配置好的微乳液转到中间容器中，搅拌静置；(3)通过循环加热系统将夹持器升温到所需温度；(4)将地层油中间容器加热到所需温度后，通过驱替泵用地层油将陶瓷管加压饱和；(5)测试陶瓷管中地层油的t2谱图，用信号峰总面积a0表示核磁信号强度；(6)将微乳液中间容器加热到所需温度后，再升到所需压力，静置平衡24h后，用微乳液驱替陶瓷管中的地层油，每注入一定体积的微乳液测试一次陶瓷管中流体的t2谱图，其信号峰总面积为a
i
，陶瓷管含油体积通过下式计算：式中：a0——陶瓷管饱和地层油时的核磁信号强度；a
i
——注入微乳液后陶瓷管中流体的核磁信号强度；v0——陶瓷管容积，ml；——陶瓷管含油体积，ml；(7)以陶瓷管含油体积为纵坐标，以微乳液注入体积v
x
为横坐标，做出关系曲线，根据曲线识别所配制的微乳液在高温高压条件下的类型：如果是winsoriii型，直接进入步骤(8)；如果不是winsoriii型，重复步骤(2)～(7)，改变表面活性剂盐溶液中nacl的浓度，直至在关系曲线中识别到所配制的微乳液在高温高压条件下的类型为winsorlii型，再进入步骤(8)；(8)计算winsoriii型微乳液的油水界面张力γ
ow
，过程如下：1)当中相体积大于陶瓷管容积时，通过曲线读出中相体积vm和陶瓷管被微乳液中相饱和时的含油体积通过下式计算winsoriii型微乳液的油水界面张力γ
ow
：式中：γ
ow
——winsoriii型微乳液的油水界面张力，mn/m；c——相界面特征值，大小为0.3；v
m
——中相体积，ml；——陶瓷管被微乳液中相饱和时的含油体积，ml；v0——陶瓷管容积，ml；v1——表面活性剂总体积，ml；2)当中相体积小于陶瓷管容积时，通过曲线读出陶瓷管被微乳液上相饱和时的含油体
积中相全部进入陶瓷管时的含油体积以及中相体积v
m
，通过下式计算winsorlii型微乳液的油水界面张力γ
ow
：式中：v
m
——中相体积，ml；——微乳液中相全部进入陶瓷管时的含油体积，ml；——陶瓷管被微乳液上相饱和时的含油体积，ml。2.如权利要求1所述的基于核磁共振测定高温高压下微乳液油水界面张力的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，陶瓷管的润湿性为水湿。3.如权利要求1所述的基于核磁共振测定高温高压下微乳液油水界面张力的方法，其特征在于，所述步骤(6)中，忽略表面活性剂的核磁信号。

技术总结
本发明涉及基于核磁共振测定高温高压下微乳液油水界面张力的方法，包括：将中空陶瓷管放入夹持器，置于核磁共振仪；用地层油和表面活性剂盐溶液配制微乳液；将夹持器升温到所需温度；用地层油将陶瓷管加压饱和，测试陶瓷管中地层油的T2谱图；用微乳液驱替陶瓷管中的地层油，每注入一定体积的微乳液测试一次陶瓷管中流体的T2谱图；作陶瓷管含油体积与微乳液注入体积关系曲线，识别所配制的微乳液在高温高压下的类型，如果不是WinsorⅢ型，改变表面活性剂盐溶液中NaCl浓度，直至曲线中识别到微乳液在高温高压下为WinsorⅢ型；计算微乳液油水界面张力。本发明测试结果准确可靠，能够为微乳液驱油提高采收率技术提供重要支持。微乳液驱油提高采收率技术提供重要支持。微乳液驱油提高采收率技术提供重要支持。


技术研发人员：王烁石 徐锐锋 郭平 汪周华 杜建芬 胡义升 刘煌 涂汉敏
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/9/23