一种新型梳状聚醚破乳剂的合成、改性及性能评价
2020-07-09张成玥耿孝恒
张成玥，耿孝恒
(滨州学院化工与安全学院，山东 滨州 256600)
随着我国大部分油田已经进入高含水期，三次采油技术[1]的广泛应用，开采中大量表面活性剂与驱油剂的投入，使得原油采出液为乳状液[2-3]，并伴随着综合含水率高，稳定性强等特点，对原油的运输、应用以及加工产生严重的影响，因此在生产运行中对原油乳状液进行破乳脱水极其重要[4-5]。但是在原油脱水过程中[6]，随着大量化学药剂的使用，油水中间过渡层[7]越来越厚，对原油的破乳脱水造成严重影响，可能导致脱水设备的损坏，原油脱水后含水率超标，导致一系列油田生产事故的发生。因此需要研发一种新型高效的能够有效抑制或破坏油水中间过渡层破乳剂。本文研究的是异戊烯醇与环氧乙烷(EO)、环氧丙烷(PO) 进行聚合反应而成的聚醚先自聚再改性后的效果。
1 实 验
1.1 仪器与试剂
实验用油取自于辽河油田。实验用改性破乳剂共计 18种。本实验所用破乳剂是通过对异戊烯醇与环氧乙烷(EO)、环氧丙烷(PO) 进行聚合反应而成的聚醚先自聚合成再改性的。
JJ-1 型恒温搅拌器，山东鄄城华鲁电热仪器有限公司; 德国 IKA T18 digital ULTRA-TURRAX 数显分散机; SYD-260A 型石油产品水分实验器，上海昌吉地质有限公司; HH-6 型数显恒温水浴锅，常州市国旺仪器制造有限公司。
1.2 实验原理
将原料通过反应釜合成聚醚，利用引发剂让聚醚发生自聚反应合成梳状聚醚，通过改性剂链接梳状聚醚破乳剂支链结构上的分子团，令其具有改性剂相关特性。
具体反应式如下：
1.3 实验步骤
1.3.1 破乳剂的合成及改性
(1)聚醚的合成
首先将异戊烯醇投入反应釜中并以氢氧化钾为催化剂，通入与异戊烯醇质量比为30:1的环氧丙烷(PO)进行聚合反应生成中间产物1；然后通入与中间产物1质量比为1:1.5和1:2的环氧乙烷(EO)进行聚合反应生成聚醚。通过控制环氧乙烷与中间产物1质量比为1:1.5和1:2两种比例合成两种新型聚醚样品。
(2)聚醚的自聚
取定量聚醚投入三口瓶中，以等量二甲苯为溶剂，进行水浴加热并搅拌。待升温至60～80 ℃时，取与聚醚质量比为0.005:1～0.02:1过氧化苯甲酰作为引发剂加入三口瓶中，等反应完毕得到自聚产物。通过控制温度分别为60 ℃、70 ℃、80 ℃，和引发剂用量分别为聚醚质量的0.5%、1%、2%，共计合成样品18种。
(3)聚醚的改性
将定量自聚产物投入三口瓶中搅拌并进行水浴加热，以氢氧化钾作为催化剂，缓慢滴加与自聚产物质量比为0.02:1的环氧氯丙烷，待反应结束制得改性破乳剂共计18种。
1.3.2 破乳剂的筛选
(1)破乳剂的筛选
将原油放入65 ℃的恒温水浴箱中加热，完全融化后通过乳化机在温度为65 ℃的情况下配置成含水量为30%的乳状液，将准备好的乳状液倒入量程为100 mL的尖底刻度离心管中 50 mL，65 ℃恒温水浴15 min；用移液器向尖底刻度离心管中加入若干事先配好的1%浓度的破乳剂溶液，盖上玻璃塞，上下震荡100次; 使破乳剂充分混合均匀后，重新将尖底刻度离心管置于恒温水浴中加热; 记录不同时刻的脱水情况。
(2)最佳加药浓度的确定
选取最优改性破乳剂进行独立实验，通过改变加药浓度分别为 100 mg/kg，150 mg/kg，200 mg/kg，250 mg/kg，从而进行分组实验。实验过程中应控制原油含水率为 30%。
2 结果与讨论
2.1 改性后的破乳剂性能
本实验用新型改性破乳剂为改变通入环氧乙烷质量份数以及自聚反应时的反应温度与引发剂添加量得到不同型号破乳剂。
本实验所选原油为辽河油田产出原油，并通过乳化机配成含水率为30%的乳状液进行脱水实验，得出原油脱水率结果如表1所示。
表1 新型破乳剂脱水效果
通过表 1 可以看出p-14(2:1，70 ℃，1%)破乳剂对辽河油田原油的脱水率为80%，其效果最佳。同时p-8、p-13、p-16等部分破乳剂脱水效果也相对较好，而且通过实验对比发现新型破乳剂可有效抑制油水中间过渡层的出现。
2.2 改性后的破乳剂最佳加药浓度
选取p-14(2:1，70 ℃，1%)破乳剂进行独立实验，通过改变加药浓度分别为50 mg/kg，100 mg/kg，150 mg/kg，200 mg/kg，250 mg/kg从而进行分组实验。实验过程中所选原油为辽河油田产出原油，并通过乳化机配成含水率为30%的乳状液。
实验数据如表2所示。
表2 新型破乳剂在不同加药浓度下的脱水效果
图1 新型破乳剂在不同加药浓度下的脱水效果对比图
由表 2 可以看出，随着实验的进行，脱水量先上升后下降。当加药浓度为 150 mg/kg 时脱水率达到 93.3%，效果最好。故可确定破乳剂的最佳浓度为 150 mg/kg。随后又对不同改性破乳剂分别进行稠油和稀油的确定最佳加药量实验，所得结果与上述表格所得结论相符合。
3 结 论
(1)针对辽河油田原油，对18种破乳剂进行筛选，最终选出p-14(2:1，70 ℃，1%)破乳剂的效果最好，同时p-8(1.5:1,80 ℃,1%)、p-13(2:1,70 ℃,0.5%)、p-16(2:1,80 ℃,0.5%)等部分破乳剂也有相对较好的脱水效果;
(2)当温度为65 ℃，加药量为 150 mg/kg 时，p-14(2:1，70 ℃，1%)破乳剂对辽河油田原油的脱水效果最好。
(3)本文所研发的新型梳状聚醚破乳剂能够有效抑制加入破乳剂后油水中间过渡层的出现。
