一種新型梳狀聚醚破乳劑的合成、改性及性能評價

張成玥，耿孝恒

(濱州學(xué)院化工與安全學(xué)院，山東 濱州 256600)

隨著我國大部分油田已經(jīng)進(jìn)入高含水期，三次采油技術(shù)[1]的廣泛應(yīng)用，開采中大量表面活性劑與驅(qū)油劑的投入，使得原油采出液為乳狀液[2-3]，并伴隨著綜合含水率高，穩(wěn)定性強等特點，對原油的運輸、應(yīng)用以及加工產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因此在生產(chǎn)運行中對原油乳狀液進(jìn)行破乳脫水極其重要[4-5]。但是在原油脫水過程中[6]，隨著大量化學(xué)藥劑的使用，油水中間過渡層[7]越來越厚，對原油的破乳脫水造成嚴(yán)重影響，可能導(dǎo)致脫水設(shè)備的損壞，原油脫水后含水率超標(biāo)，導(dǎo)致一系列油田生產(chǎn)事故的發(fā)生。因此需要研發(fā)一種新型高效的能夠有效抑制或破壞油水中間過渡層破乳劑。本文研究的是異戊烯醇與環(huán)氧乙烷(EO)、環(huán)氧丙烷(PO) 進(jìn)行聚合反應(yīng)而成的聚醚先自聚再改性后的效果。

1 實 驗

1.1 儀器與試劑

實驗用油取自于遼河油田。實驗用改性破乳劑共計 18種。本實驗所用破乳劑是通過對異戊烯醇與環(huán)氧乙烷(EO)、環(huán)氧丙烷(PO) 進(jìn)行聚合反應(yīng)而成的聚醚先自聚合成再改性的。

JJ-1 型恒溫攪拌器，山東鄄城華魯電熱儀器有限公司; 德國 IKA T18 digital ULTRA-TURRAX 數(shù)顯分散機; SYD-260A 型石油產(chǎn)品水分實驗器，上海昌吉地質(zhì)有限公司; HH-6 型數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州市國旺儀器制造有限公司。

1.2 實驗原理

將原料通過反應(yīng)釜合成聚醚，利用引發(fā)劑讓聚醚發(fā)生自聚反應(yīng)合成梳狀聚醚，通過改性劑鏈接梳狀聚醚破乳劑支鏈結(jié)構(gòu)上的分子團，令其具有改性劑相關(guān)特性。

具體反應(yīng)式如下：

1.3 實驗步驟

1.3.1 破乳劑的合成及改性

(1)聚醚的合成

首先將異戊烯醇投入反應(yīng)釜中并以氫氧化鉀為催化劑，通入與異戊烯醇質(zhì)量比為30:1的環(huán)氧丙烷(PO)進(jìn)行聚合反應(yīng)生成中間產(chǎn)物1；然后通入與中間產(chǎn)物1質(zhì)量比為1:1.5和1:2的環(huán)氧乙烷(EO)進(jìn)行聚合反應(yīng)生成聚醚。通過控制環(huán)氧乙烷與中間產(chǎn)物1質(zhì)量比為1:1.5和1:2兩種比例合成兩種新型聚醚樣品。

(2)聚醚的自聚

取定量聚醚投入三口瓶中，以等量二甲苯為溶劑，進(jìn)行水浴加熱并攪拌。待升溫至60～80 ℃時，取與聚醚質(zhì)量比為0.005:1～0.02:1過氧化苯甲酰作為引發(fā)劑加入三口瓶中，等反應(yīng)完畢得到自聚產(chǎn)物。通過控制溫度分別為60 ℃、70 ℃、80 ℃，和引發(fā)劑用量分別為聚醚質(zhì)量的0.5%、1%、2%，共計合成樣品18種。

(3)聚醚的改性

將定量自聚產(chǎn)物投入三口瓶中攪拌并進(jìn)行水浴加熱，以氫氧化鉀作為催化劑，緩慢滴加與自聚產(chǎn)物質(zhì)量比為0.02:1的環(huán)氧氯丙烷，待反應(yīng)結(jié)束制得改性破乳劑共計18種。

1.3.2 破乳劑的篩選

(1)破乳劑的篩選

將原油放入65 ℃的恒溫水浴箱中加熱，完全融化后通過乳化機在溫度為65 ℃的情況下配置成含水量為30%的乳狀液，將準(zhǔn)備好的乳狀液倒入量程為100 mL的尖底刻度離心管中 50 mL，65 ℃恒溫水浴15 min；用移液器向尖底刻度離心管中加入若干事先配好的1%濃度的破乳劑溶液，蓋上玻璃塞，上下震蕩100次; 使破乳劑充分混合均勻后，重新將尖底刻度離心管置于恒溫水浴中加熱; 記錄不同時刻的脫水情況。

(2)最佳加藥濃度的確定

選取最優(yōu)改性破乳劑進(jìn)行獨立實驗，通過改變加藥濃度分別為 100 mg/kg，150 mg/kg，200 mg/kg，250 mg/kg，從而進(jìn)行分組實驗。實驗過程中應(yīng)控制原油含水率為 30%。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性后的破乳劑性能

本實驗用新型改性破乳劑為改變通入環(huán)氧乙烷質(zhì)量份數(shù)以及自聚反應(yīng)時的反應(yīng)溫度與引發(fā)劑添加量得到不同型號破乳劑。

本實驗所選原油為遼河油田產(chǎn)出原油，并通過乳化機配成含水率為30%的乳狀液進(jìn)行脫水實驗，得出原油脫水率結(jié)果如表1所示。

表1 新型破乳劑脫水效果

通過表 1 可以看出p-14(2:1，70 ℃，1%)破乳劑對遼河油田原油的脫水率為80%，其效果最佳。同時p-8、p-13、p-16等部分破乳劑脫水效果也相對較好，而且通過實驗對比發(fā)現(xiàn)新型破乳劑可有效抑制油水中間過渡層的出現(xiàn)。

2.2 改性后的破乳劑最佳加藥濃度

選取p-14(2:1，70 ℃，1%)破乳劑進(jìn)行獨立實驗，通過改變加藥濃度分別為50 mg/kg，100 mg/kg，150 mg/kg，200 mg/kg，250 mg/kg從而進(jìn)行分組實驗。實驗過程中所選原油為遼河油田產(chǎn)出原油，并通過乳化機配成含水率為30%的乳狀液。

實驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 新型破乳劑在不同加藥濃度下的脫水效果

圖1 新型破乳劑在不同加藥濃度下的脫水效果對比圖

由表 2 可以看出，隨著實驗的進(jìn)行，脫水量先上升后下降。當(dāng)加藥濃度為 150 mg/kg 時脫水率達(dá)到 93.3%，效果最好。故可確定破乳劑的最佳濃度為 150 mg/kg。隨后又對不同改性破乳劑分別進(jìn)行稠油和稀油的確定最佳加藥量實驗，所得結(jié)果與上述表格所得結(jié)論相符合。

3 結(jié) 論

(1)針對遼河油田原油，對18種破乳劑進(jìn)行篩選，最終選出p-14(2:1，70 ℃，1%)破乳劑的效果最好，同時p-8(1.5:1,80 ℃,1%)、p-13(2:1,70 ℃,0.5%)、p-16(2:1,80 ℃,0.5%)等部分破乳劑也有相對較好的脫水效果;

(2)當(dāng)溫度為65 ℃，加藥量為 150 mg/kg 時，p-14(2:1，70 ℃，1%)破乳劑對遼河油田原油的脫水效果最好。

(3)本文所研發(fā)的新型梳狀聚醚破乳劑能夠有效抑制加入破乳劑后油水中間過渡層的出現(xiàn)。