熱化學(xué)破乳對(duì)弱堿三元復(fù)合驅(qū)乳狀液破乳效果影響研究*

張和悅，王 鑒，張 麗，黃 金，李麗敏，高清河,

（1.東北石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江 大慶 163318；2.黑龍江省油田應(yīng)用化學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（大慶師范學(xué)院）,黑龍江 大慶 163712）

隨著各個(gè)油田的不斷開發(fā)，水可以被認(rèn)為是原油的“伴生者”，開采出的原油的含水率逐年升高，在驅(qū)油過(guò)程中添加的各類化學(xué)劑使得采出液出現(xiàn)乳化程度高、破乳脫水困難以及油水分離后的水含油量較高，污水處理難度高等問(wèn)題[1,2]，化學(xué)破乳法[3]是目前最常用的破乳方法，但單一地使用化學(xué)劑很難做到有效的破乳[4]，而且每個(gè)區(qū)塊的乳狀液類型繁多，體系黏度及提高采收率的能力均不同[5,6]，需要根據(jù)具體情況選擇不同的破乳劑，再利用熱化學(xué)破乳等方法來(lái)提高化學(xué)破乳劑的破乳效果，為原油脫水提供技術(shù)[7-9]。本文針對(duì)大慶油田的某弱堿三元驅(qū)塊，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)出3 種破乳效果較好的破乳劑，結(jié)合熱化學(xué)破乳方法研究了不同類型破乳劑對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響，優(yōu)選了更適合弱堿三元復(fù)合驅(qū)的破乳劑及其濃度、使用溫度。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

T25DS25 型實(shí)驗(yàn)室高速分散乳化機(jī)（艾卡儀器設(shè)備有限公司）；Turbiscan TOWER 型多重光散射儀（北京朗迪森科技有限公司）；SYHS-12 型快速磁化蒸餾儀（大慶師范學(xué)院油田結(jié)垢與腐蝕研究所）；TU1901 型雙光束紫外可見光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）。

部分水解聚丙烯酰胺（相對(duì)分子質(zhì)量為1900萬(wàn)，有效含量為90%，大慶煉化公司）；石油磺酸鹽（有效含量為40%，大慶煉化公司）；Na2CO3（AR 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）；03#（清水型）破乳劑、100#（聚醚型）破乳劑；105#（多乙烯多胺型）破乳劑，均為自制；原油（經(jīng)電脫處理）、污水取自大慶油田某弱堿三元驅(qū)區(qū)塊。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 模擬乳狀液的制備 稱取一定量的部分水解聚丙烯酰胺（分子量為1900 萬(wàn)）及污水（抽濾后）配制聚合物溶液（濃度為5000mg·L-1），與石油磺酸鹽、Na2CO3混合并攪拌均勻，配制成弱堿三元液，將脫水原油與弱堿三元液按照油水體積比為1∶1 進(jìn)行混合，置于45℃恒溫水浴鍋中恒溫30min，使用T25DS25型高速分散乳化機(jī)在11000r·min-1條件下乳化1min 制備成模擬乳狀液。

1.2.2 穩(wěn)定性測(cè)定與分析

恒溫靜沉分離實(shí)驗(yàn) 將模擬乳狀液裝入精密刻度脫水瓶中，在恒溫45℃條件下記錄不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)（2、5、7、10、15、20、30、40、50、60min）析出水相的體積并觀察現(xiàn)象。靜沉60min 后，按照《GB/T8929-2006 原油水含量的測(cè)定 蒸餾法》檢測(cè)油相含水率，按照《SY/T0530-2011 油田采出水中含油量測(cè)定方法 分光光度法》檢測(cè)水相含油量。

模擬體系不穩(wěn)定系數(shù)（TSI）的測(cè)定 利用多重光散射儀的近紅外光源、透射光傳感器和背散射光檢測(cè)器進(jìn)行掃描測(cè)試1h，每1min 掃描1 次得出隨時(shí)間變化的曲線。不穩(wěn)定系數(shù)TSI 是通過(guò)透射光和背散射光信號(hào)計(jì)算而得。TSI 反映了溶液的不穩(wěn)定的程度，TSI 越大，溶液越不穩(wěn)定。

脫水率測(cè)定 采用脫水率來(lái)衡量弱堿三元乳狀液熱化學(xué)破乳分離效果的好壞，脫水率越高，破乳效果越好。脫水率以式（1）來(lái)計(jì)算[10]：

式中 mw1：脫出水質(zhì)量；mw2：乳狀液中水的質(zhì)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 破乳劑類型對(duì)破乳效果的影響

向模擬乳狀液中分別加入濃度為50mg·L-1的03#、100#、105#破乳劑，進(jìn)行恒溫靜沉分離實(shí)驗(yàn)和多重光穩(wěn)定性測(cè)定，探究破乳劑類型對(duì)弱堿三元體系乳狀液的破乳效果，結(jié)果見圖1～3。

圖1 不同類型破乳劑乳狀液脫水率隨靜沉?xí)r間變化規(guī)律Fig.1 Dewatering rate of emulsions of different types of demulsifiers varies with the static settling time

由圖1 可知，加入不同類型破乳劑后，弱堿三元體系均有明顯的破乳脫水效果。100#破乳劑在前5min 破乳脫水速率較高，高于其他類型的破乳劑的脫水率，其值為78%。靜沉10min 時(shí)，脫水基本達(dá)到平衡。3 種破乳劑中100#破乳劑的破乳效果最好。

由圖2 可知，隨著靜沉?xí)r間的延長(zhǎng)，不穩(wěn)定性系數(shù)TSI 呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，前10min 脫水速率較高，之后脫水速率變慢，趨于達(dá)到脫水穩(wěn)定狀態(tài)。體系中加入100#破乳劑，TSI 變化最大，乳狀液極不穩(wěn)定，說(shuō)明100#破乳效果最好。

圖2 不同類型破乳劑對(duì)乳狀液不穩(wěn)定性變化規(guī)律Fig.2 Different types of demulsifier to emulsion instability change rule

由圖3 可知，在加入不同類型破乳劑之后油相含水率及水相含油量均降低，破乳劑加速了體系破乳效果，03#、100#破乳劑均達(dá)到了油相外輸標(biāo)準(zhǔn)（含水率小于0.3%），水相含油量也有很大程度符合現(xiàn)場(chǎng)水相含油量的較低標(biāo)準(zhǔn)。破乳后，油相含水率大小依次為空白＞105#＞03#＞100#，水相含油量大小依次為空白＞03#＞105#＞100#。

圖3 不同類型破乳劑乳狀液含水量及含油率Fig.3 Comparison of water content and oil content of emulsion of different types of demulsifier

因此，03#、100#破乳劑能夠滿足大慶油田某區(qū)塊弱堿三元復(fù)合驅(qū)破乳需要，且100#聚醚型破乳劑破乳效果最好。

2.2 破乳劑濃度對(duì)破乳效果的影響

向制備好的模擬乳狀液中分別加入濃度為0、5、10、20、30、50mg·L-1的03#、100#、105#破乳劑，進(jìn)行恒溫靜沉分離實(shí)驗(yàn)，探究各類型破乳劑濃度對(duì)弱堿三元體系乳狀液穩(wěn)定性影響，結(jié)果見圖4、5。

圖4 乳狀液油相含水率隨破乳劑濃度變化規(guī)律Fig.4 Water content of oil phase of emulsion varies with the concentration of demulsifier

由圖4 可知，100#破乳劑在濃度為5mg·L-1時(shí)油相含水率出現(xiàn)最大值4.85%，比空白體系油中含水率3.05%高出1.8%，說(shuō)明此濃度促進(jìn)乳狀液的乳化，隨著100#破乳劑濃度的增加，油中含水率顯著降低，但此后無(wú)明顯變化，說(shuō)明100#破乳劑存在最佳使用濃度；03#破乳劑隨著其濃度的升高，破乳效果增加；105#破乳劑濃度低于10mg·L-1時(shí)均是促進(jìn)乳狀液的乳化，在20mg·L-1時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，隨著濃度的增加無(wú)明顯變化。

由圖5 可知，100#、03#、105#破乳劑對(duì)水相的分離均有明顯的效果，促進(jìn)了水相的破乳，具有明顯的凈水效果，03#、100#破乳劑在10mg·L-1時(shí)達(dá)到了用量及破乳效果最佳結(jié)合點(diǎn)，105#破乳劑在50mg·L-1出現(xiàn)最小值。因此，在熱化學(xué)破乳下100#、03#破乳劑適用于弱堿三元油相破乳，使用濃度10mg·L-1，100#、105#適用于水相破乳，破乳劑濃度分別為10、50mg·L-1。綜合最佳的油相、水相破乳效果及經(jīng)濟(jì)性，100#聚醚型破乳劑適用于弱堿三元復(fù)合驅(qū)破乳，可以工業(yè)化應(yīng)用。

圖5 乳狀液水相含油量隨不同類型破乳劑濃度變化規(guī)律Fig.5 Oil content in water phase of emulsion varies with the concentration of different types of demulsifier

2.3 溫度對(duì)弱堿三元采出液穩(wěn)定性的影響

向制備好的乳狀液中加入濃度為10mg·L-1的100#破乳劑，并分別放入37、45、55、60℃水浴鍋中進(jìn)行恒溫靜沉分離實(shí)驗(yàn)，探究溫度對(duì)弱堿三元體系乳狀液穩(wěn)定性影響，結(jié)果見圖6、7。

圖6 不同溫度下乳化體系脫水率隨靜沉?xí)r間變化規(guī)律Fig.6 Dewatering rate of emulsifying system varies with the static settling time at different temperatures

由圖6 可知，隨著溫度的增加，乳狀液的破乳速率增加，脫水率增加，出現(xiàn)明顯油水分離現(xiàn)象，在15min 后，37、45℃時(shí)的乳狀液的脫水率基本達(dá)到穩(wěn)定，55 和60℃時(shí)的乳狀液在20min 后乳狀液的脫水率基本達(dá)到穩(wěn)定，乳狀液幾乎不再發(fā)生破乳。

由圖7 可知，隨著溫度的升高，體系的油相含水率及水相含油量均呈現(xiàn)升高后降低的狀態(tài)，4 個(gè)溫度中37℃時(shí)的油相含水率及水相含油量均為最高值，其值為1.01%和725.31mg·L-1，55℃時(shí)油相含水率達(dá)到最低值為0.35%，水相含油量達(dá)到最低值為540.95mg·L-1，而在60℃時(shí)乳狀液的油相含水率和水相含油量反而增加，說(shuō)明當(dāng)體系的溫度達(dá)到某一極值溫度時(shí)，乳狀液反而發(fā)生了乳化現(xiàn)象，破乳效果降低。所以對(duì)于加入10mg·L-1的100#破乳劑最佳使用溫度為55℃，因此，100#破乳劑適用于弱堿三元復(fù)合驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)工況條件。

圖7 乳化體系油相含水率及水相含油量隨溫度變化規(guī)律Fig.7 Water content and oil content of oil phase of emulsion system change with temperature

3 結(jié)論

（1）在熱化學(xué)破乳下，3 類破乳劑對(duì)弱堿三元復(fù)合驅(qū)均有不同程度的破乳效果，三類破乳劑中100#（聚醚型）破乳劑的破乳脫水速率較快、破乳效果最強(qiáng)。綜合乳狀液的破乳效果及經(jīng)濟(jì)利益等方面考慮，在進(jìn)行弱堿三元復(fù)合驅(qū)的熱化學(xué)破乳時(shí)添加濃度為10mg·L-1的100#破乳劑分離效果最好。

（2）溫度越高，破乳速率越高，乳狀液的分離效果越好，溫度升高至55℃時(shí)，出現(xiàn)極值溫度點(diǎn)，乳狀液的破乳效果最好，溫度繼續(xù)升高乳狀液反而出現(xiàn)乳化現(xiàn)象。加入10mg·L-1的100#破乳劑最佳使用溫度為55℃。

（3）100#聚醚性破乳劑適合大慶油田某區(qū)塊弱堿三元復(fù)合驅(qū)采出液破乳。