双河油田三元复合驱采出液灰色关联分析及破乳研究

2018-04-02安云飞于洪江

精细石油化工进展 2018年1期

拓　丹，安云飞，魏　君，于洪江

西安石油大学化学化工学院，西安 710065

三元复合驱作为重要的三次采油技术，具有驱油效率高的特点，在各油田得到迅速发展。然而三元复合驱采出液中残留的碱、表面活性剂、聚合物，使油水乳化严重，油水分离难度增大[1-3]。为了解决此问题，在乳状液的稳定性[4-5]、破乳剂的筛选与合成[6-7]等进行了一系列研究，取得了一定的成果。笔者结合双河油田三元复合驱采出液特点，通过灰色关联分析研究了影响采出液含油量的主要因素，筛选合适的破乳体系进行破乳实验。

1　实验

1.1　原料及仪器

原油，河南油田第一采油厂双河矿区；石油磺酸盐、聚丙烯酰胺，河南油田第一采油厂；AE非离子型反相破乳剂、阳离子型季铵盐反相破乳剂，茂名华粤云龙石化有限公司；氯化镁、氯化铝，西安化学试剂厂。

UV-2600型紫外分光光度计，岛津(香港)有限公司；马尔文Zeta Sizer Nano zs-90电位仪，英国马尔文仪器有限公司；电热恒温水浴锅，金坛市大地自动化仪器厂。

1.2　样品采集与分析方法

三元复合驱采出液，来自河南油田第一采油厂双河矿区，采集分离器出口样品。采出液样品的采集与分析参照石油天然气行业标准：SY/T 5523—2006《油田水分析方法》、SY/T 5329—2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》、SY/T 5862—2008《驱油用聚合物技术要求》。

1.3　灰色关联分析

三元复合驱采出液是O/W乳状液体系，影响该体系乳状液稳定性的机理较明确，而不同油田在进行复合驱时所用驱油剂(表面活性剂、聚合物、碱)不同，原油成分差异，乳状液稳定性的机理与影响因素之间关系是不明确的灰色体系。对于此体系，无法用传统方法分析处理。而灰色理论则可对有限的、表面上无规律的数据进行分析处理, 找到体系本身具有的特征和基本规律。对体系进行灰色关联分析，首先要找准描述体系行为特征的数据系列，一般将反映体系主要行为的数列作为母数列，对主要行为有一定影响的各数列作为子数列[8]。对于复合驱采出液体系，选取水相含油量为母因数，选取驱油剂成分等因素作为子因数，通过此方法可得到影响采出液稳定性主要因素的顺序，为采出液的破乳和破乳剂选择提供依据。

2　结果与讨论

2.1　双河矿区采出液含油量影响因素的确定

连续10 d采集三元复合驱采出液样品，测定聚丙烯酰胺含量、表面活性剂含量、含油量、体系pH、Zeta电位，结果见表1。

生产中使用的阳离子型聚丙烯酰胺对三元复合驱采出液的油水分离具有不利和有利作用。有利作用是聚合物能促使分散的油珠絮凝聚结；不利作用是聚合物增加水相黏度，降低油珠上浮速度，影响破乳速度。聚合物含量较小(<1 000 mg/L)时，有利作用大于不利作用，有利于油水分离破乳[3]。

表1　三元复合驱采出液分析结果

由于驱油用表面活性剂为石油磺酸盐，因此采出液是阴离子稳定的O/W型乳状液。阴离子表面活性剂在界面上吸附时，亲水极性基团因电离而使液滴带负电荷，Zeta电位为负值，阻止油珠聚并，使乳状液更加稳定，不利于破乳。

以含油量为母因素，采用Matlab程序，进行灰色关联分析，考察聚丙烯酰胺含量、表面活性剂含量、体系pH、Zeta电位对含油量的影响，对影响因素的关联度排序，结果见表2。

表2　含油量的灰色关联分析结果

从表2看出，由灰色关联度可知，因素对含油量的影响顺序为：体系pH>Zeta电位>表面活性剂含量>聚丙烯酰胺含量，体系pH和Zeta电位对含油量的影响较明显。因此，任何调节体系pH以中和电荷的变化均可能导致乳状液的絮凝和聚结。同理，添加电解质如Mg2+、Al3+于乳状液体系可减少原来胶粒所带电荷，导致絮凝和聚结。选用破乳剂时，如采用阳离子型破乳剂，可中和油-水界面膜上电荷，破坏受电荷保护的界面膜，有利于采出液的油水分离和破乳。

2.2　破乳体系的筛选和复配实验

根据灰色关联分析的结果，选用4种类型的破乳体系进行破乳实验。将三元复合驱采出液在50 ℃水浴中恒温，分别加入破乳体系，按照标准SY/T 5281—2000《原油破乳剂使用性能检测方法(瓶试法)》中的方法进行破乳实验，测定破乳1 h水相含油量，结果见表3。其中反相破乳剂(AE非离子聚醚型、阳离子季铵盐型)浓度均为40.0 mg/L，MgCl2、AlCl3浓度均为400 mg/L。

表3　不同破乳体系的破乳效果比较

三元复合驱采出液的Zeta电位值为负，加入阳离子型反相破乳剂能中和油水界面上的负电荷，Zeta电位增大，破坏油珠的水化膜，压缩双电层，使油珠聚集变大，与水分开。因此，季铵盐型反相破乳剂比聚醚型反相破乳剂除油率更高。从表3看出，在季铵盐型反相破乳剂中分别加入MgCl2、AlCl3，Zeta电位进一步增大，除油率也随之提高。Al3+的电荷比Mg2+的高，影响也显著，这和灰色关联分析的结果一致。