热化学破乳对弱碱三元复合驱乳状液破乳效果影响研究*

2021-02-26张和悦李丽敏高清河

化学工程师 2021年12期

张和悦，王鉴，张丽，黄金，李丽敏，高清河,

（1.东北石油大学化学化工学院，黑龙江大庆 163318；2.黑龙江省油田应用化学与技术重点实验室（大庆师范学院）,黑龙江大庆 163712）

随着各个油田的不断开发，水可以被认为是原油的“伴生者”，开采出的原油的含水率逐年升高，在驱油过程中添加的各类化学剂使得采出液出现乳化程度高、破乳脱水困难以及油水分离后的水含油量较高，污水处理难度高等问题[1,2]，化学破乳法[3]是目前最常用的破乳方法，但单一地使用化学剂很难做到有效的破乳[4]，而且每个区块的乳状液类型繁多，体系黏度及提高采收率的能力均不同[5,6]，需要根据具体情况选择不同的破乳剂，再利用热化学破乳等方法来提高化学破乳剂的破乳效果，为原油脱水提供技术[7-9]。本文针对大庆油田的某弱碱三元驱块，通过室内实验室评价出3 种破乳效果较好的破乳剂，结合热化学破乳方法研究了不同类型破乳剂对乳状液稳定性的影响，优选了更适合弱碱三元复合驱的破乳剂及其浓度、使用温度。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

T25DS25 型实验室高速分散乳化机（艾卡仪器设备有限公司）；Turbiscan TOWER 型多重光散射仪（北京朗迪森科技有限公司）；SYHS-12 型快速磁化蒸馏仪（大庆师范学院油田结垢与腐蚀研究所）；TU1901 型双光束紫外可见光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）。

部分水解聚丙烯酰胺（相对分子质量为1900万，有效含量为90%，大庆炼化公司）；石油磺酸盐（有效含量为40%，大庆炼化公司）；Na2CO3（AR 天津市科密欧化学试剂有限公司）；03#（清水型）破乳剂、100#（聚醚型）破乳剂；105#（多乙烯多胺型）破乳剂，均为自制；原油（经电脱处理）、污水取自大庆油田某弱碱三元驱区块。

1.2 实验方法

1.2.1 模拟乳状液的制备称取一定量的部分水解聚丙烯酰胺（分子量为1900 万）及污水（抽滤后）配制聚合物溶液（浓度为5000mg·L-1），与石油磺酸盐、Na2CO3混合并搅拌均匀，配制成弱碱三元液，将脱水原油与弱碱三元液按照油水体积比为1∶1 进行混合，置于45℃恒温水浴锅中恒温30min，使用T25DS25型高速分散乳化机在11000r·min-1条件下乳化1min 制备成模拟乳状液。

1.2.2 稳定性测定与分析

恒温静沉分离实验将模拟乳状液装入精密刻度脱水瓶中，在恒温45℃条件下记录不同时间节点（2、5、7、10、15、20、30、40、50、60min）析出水相的体积并观察现象。静沉60min 后，按照《GB/T8929-2006 原油水含量的测定蒸馏法》检测油相含水率，按照《SY/T0530-2011 油田采出水中含油量测定方法分光光度法》检测水相含油量。

模拟体系不稳定系数（TSI）的测定利用多重光散射仪的近红外光源、透射光传感器和背散射光检测器进行扫描测试1h，每1min 扫描1 次得出随时间变化的曲线。不稳定系数TSI 是通过透射光和背散射光信号计算而得。TSI 反映了溶液的不稳定的程度，TSI 越大，溶液越不稳定。

脱水率测定采用脱水率来衡量弱碱三元乳状液热化学破乳分离效果的好坏，脱水率越高，破乳效果越好。脱水率以式（1）来计算[10]：

式中 mw1：脱出水质量；mw2：乳状液中水的质量。

2 结果与讨论

2.1 破乳剂类型对破乳效果的影响

向模拟乳状液中分别加入浓度为50mg·L-1的03#、100#、105#破乳剂，进行恒温静沉分离实验和多重光稳定性测定，探究破乳剂类型对弱碱三元体系乳状液的破乳效果，结果见图1～3。

图1 不同类型破乳剂乳状液脱水率随静沉时间变化规律Fig.1 Dewatering rate of emulsions of different types of demulsifiers varies with the static settling time

由图1 可知，加入不同类型破乳剂后，弱碱三元体系均有明显的破乳脱水效果。100#破乳剂在前5min 破乳脱水速率较高，高于其他类型的破乳剂的脱水率，其值为78%。静沉10min 时，脱水基本达到平衡。3 种破乳剂中100#破乳剂的破乳效果最好。

由图2 可知，随着静沉时间的延长，不稳定性系数TSI 呈现增加趋势，前10min 脱水速率较高，之后脱水速率变慢，趋于达到脱水稳定状态。体系中加入100#破乳剂，TSI 变化最大，乳状液极不稳定，说明100#破乳效果最好。

图2 不同类型破乳剂对乳状液不稳定性变化规律Fig.2 Different types of demulsifier to emulsion instability change rule

由图3 可知，在加入不同类型破乳剂之后油相含水率及水相含油量均降低，破乳剂加速了体系破乳效果，03#、100#破乳剂均达到了油相外输标准（含水率小于0.3%），水相含油量也有很大程度符合现场水相含油量的较低标准。破乳后，油相含水率大小依次为空白＞105#＞03#＞100#，水相含油量大小依次为空白＞03#＞105#＞100#。

图3 不同类型破乳剂乳状液含水量及含油率Fig.3 Comparison of water content and oil content of emulsion of different types of demulsifier

因此，03#、100#破乳剂能够满足大庆油田某区块弱碱三元复合驱破乳需要，且100#聚醚型破乳剂破乳效果最好。

2.2 破乳剂浓度对破乳效果的影响

向制备好的模拟乳状液中分别加入浓度为0、5、10、20、30、50mg·L-1的03#、100#、105#破乳剂，进行恒温静沉分离实验，探究各类型破乳剂浓度对弱碱三元体系乳状液稳定性影响，结果见图4、5。

图4 乳状液油相含水率随破乳剂浓度变化规律Fig.4 Water content of oil phase of emulsion varies with the concentration of demulsifier

由图4 可知，100#破乳剂在浓度为5mg·L-1时油相含水率出现最大值4.85%，比空白体系油中含水率3.05%高出1.8%，说明此浓度促进乳状液的乳化，随着100#破乳剂浓度的增加，油中含水率显著降低，但此后无明显变化，说明100#破乳剂存在最佳使用浓度；03#破乳剂随着其浓度的升高，破乳效果增加；105#破乳剂浓度低于10mg·L-1时均是促进乳状液的乳化，在20mg·L-1时出现拐点，随着浓度的增加无明显变化。

由图5 可知，100#、03#、105#破乳剂对水相的分离均有明显的效果，促进了水相的破乳，具有明显的净水效果，03#、100#破乳剂在10mg·L-1时达到了用量及破乳效果最佳结合点，105#破乳剂在50mg·L-1出现最小值。因此，在热化学破乳下100#、03#破乳剂适用于弱碱三元油相破乳，使用浓度10mg·L-1，100#、105#适用于水相破乳，破乳剂浓度分别为10、50mg·L-1。综合最佳的油相、水相破乳效果及经济性，100#聚醚型破乳剂适用于弱碱三元复合驱破乳，可以工业化应用。

图5 乳状液水相含油量随不同类型破乳剂浓度变化规律Fig.5 Oil content in water phase of emulsion varies with the concentration of different types of demulsifier

2.3 温度对弱碱三元采出液稳定性的影响

向制备好的乳状液中加入浓度为10mg·L-1的100#破乳剂，并分别放入37、45、55、60℃水浴锅中进行恒温静沉分离实验，探究温度对弱碱三元体系乳状液稳定性影响，结果见图6、7。

图6 不同温度下乳化体系脱水率随静沉时间变化规律Fig.6 Dewatering rate of emulsifying system varies with the static settling time at different temperatures

由图6 可知，随着温度的增加，乳状液的破乳速率增加，脱水率增加，出现明显油水分离现象，在15min 后，37、45℃时的乳状液的脱水率基本达到稳定，55 和60℃时的乳状液在20min 后乳状液的脱水率基本达到稳定，乳状液几乎不再发生破乳。

由图7 可知，随着温度的升高，体系的油相含水率及水相含油量均呈现升高后降低的状态，4 个温度中37℃时的油相含水率及水相含油量均为最高值，其值为1.01%和725.31mg·L-1，55℃时油相含水率达到最低值为0.35%，水相含油量达到最低值为540.95mg·L-1，而在60℃时乳状液的油相含水率和水相含油量反而增加，说明当体系的温度达到某一极值温度时，乳状液反而发生了乳化现象，破乳效果降低。所以对于加入10mg·L-1的100#破乳剂最佳使用温度为55℃，因此，100#破乳剂适用于弱碱三元复合驱现场工况条件。