原油乳化层组成分析及破乳试验研究

李 欢 任志鹏 丁雅勤 罗丽荣 胡志杰

(长庆油田分公司勘探开发研究院，西安 710003)

酸化压裂技术经多年研究，在油田开发实践中取得了显著的成果，大规模压裂一直是超低渗油田难采储量动用的重要技术措施。近些年，油井前期压裂措施后，30%左右的压裂液能正常返排，70%左右的压裂液随油井进入生产期后流入生产系统[1]，造成原油乳化严重，密度大、粘度高、常规手段难以破乳。

压裂后的油井采出液成分十分复杂，含多种化学添加剂，乳化严重，乳化层比油重，比水轻，主要成分为含较多胶质、沥青质的原油和地层水，包含极少量化学药剂与黏土矿物，稳定性强，常规条件难以完全破[2]。乳化层的体积含水率较高，一般在20%左右，高者可达50%以上，若将单井采出液直接进行化学分析，存在诸多干扰因素，难以验证稳定乳化层存在的主要因素并找到解决方法。

为达到快速、便捷的分析原油乳化层存在的主要原因，实现完全破乳，试验采用样品离心分离，有机溶剂淋洗沉淀的方式，得到用于红外鉴定的样品；利用油田常用水溶性改性聚醚原油破乳剂(长庆化工集团)YT-100，调整破乳条件，设计并实现稳定乳化层完全破乳的室内方案。

1 原油乳化层前处理

1.1 原油乳化层前处理分离

1.1.1原油样品离心分离

将含有乳化层的原油样品45℃～48℃预处理加热至具备充分流动性，转移至均质化器或高速搅拌器搅拌10min，使样品中油、乳、水层充分混合均匀。为确保取样结果的均一稳定性，分别取上、中、下层混合均匀样品离心至油、乳、水三相完全分层，见图1所示，离心时间15 min～20 min，转速4000 r/min，观察结果直至同一原油样品的分次离心试样中油、乳、水占比完全相同。

图1 乳液原油离心后分层图

1.1.2原油族组成、红外样品前处理

原油本身就是数目众多的烃类和非烃类所组成的混合物[3]，直接用乳化层原油做各种化学分析和成分鉴定，干扰因素过多。为进一步分析单井原油乳化层存在的主要原因，将离心后乳化层进行有机溶剂清洗、分离、沉淀，具体步骤如图2所示，将得到的各类产物分别用于红外鉴定与族组成分析。

图2 原油族组成、红外样品前处理过程示意图

2 乳化原油红外分析

实验条件：样品经有机溶剂淋洗沉淀干燥压盘后，傅里叶变换红外光谱仪进行样品测定，光谱采集范围4000cm-1～650cm-1，分辨率8cm-1，常温下采集所有样品光谱。

试验结论：红外光谱分析如图3、图4、图5所示，乳化原油用具有一定极性的有机溶剂清洗后的滤液和沉淀物，经红外特征官能团显示，其主要成分仍是原油。由于原油是极其复杂的混合物，其中包括大量饱和烃、芳烃、非烃和沥青质成分[4]，在红外谱图分析过程中，有些物质 化合物含量极低，或者被其他化合物中的特征峰覆盖而不显峰也是常有现象，但仍能从谱图中得出以下结论：(1) 无乳化层原油的红外谱图的特征峰几乎一致，见图3所示，特征官能团出峰位置和开采层位没有直接关系。在谱图中，均能看到2960 cm-1～2830 cm-1附近的甲基及亚甲基νC-H，1460cm-1附近的甲基δas和亚甲基δ剪式，1380 cm-1甲基δs，725 cm-1附近的δ面内摇摆，900cm-1～650cm-1处1-3个较强的苯环δAR-H(面内)，1600 cm-1附近芳香烃的νC=C[5]；(2) 乳化层清洗后的滤液和沉淀物，红外谱图除了常规原油中包含的主要官能团外，在1700 cm-1附近出现νC=O，考虑为样品中含有酯类、酮类、醇、醛、羧酸类有机化合物；(3) 硅胶柱子残留物的谱图显示其主要成分并非原油，在3385 cm-1附近的宽峰为νN-H，考虑此化合物含氮，在1634 cm-1附近出现δC=C，该特征峰为C=C双取代或多取代， 由此可见，硅胶柱残留物是一类含双键、含氮结构简单的化合物，该类物质极性较弱，难溶于二氯甲烷、三氯甲烷等极性较强的有机溶剂，结合油井现场措施，考虑该类物质为压裂液中含氮化合物，如三乙胺等。综上所述，含乳化层原油的特征在于：较常规原油，乳化层原油中含有更多的酯类、酮类、醇、醛、羧酸类有机化合物，该类化合物在原油中极易形成分子间氢键，同时，乳化层中富集含氮、含双键类药剂残留，使原油乳状液十分稳定。

图3 无乳化层原油红外比对图

图4 NH7-1含乳化层原油红外比对图

图5 MP93井含乳化层原油红外比对图

3 原油族组成分析

实验条件：实验方法按照SY/T5119-2016执行，所有样品经氯仿纯化后，用于族组成分析。

试验结论：将含稳定乳化层、常规方法难以破乳的原油样品和含少量乳化层、常规方法可以破乳的原油样品分别进行原油族组成分析，结果如表1、表2所示。表1中含稳定乳化层的原油样品中胶质、沥青质在四组分中占比较高，为8.27 %～10.56 %；表2中含少量乳化层原油样品的胶质、沥青质成分占比较低，为3.95 %～4.20 %。胶质、沥青质是天然的油包水型的乳化剂，他们在油水界面极易形成较为牢固的乳化膜，胶质、沥青质占比越高，乳状液的稳定性越强，难以破乳[6,7]。

表1 含稳定乳化层上层原油族组成分析表

表2 含极少量乳化层上层原油族组成分析表

4 原油乳化层破乳试验

试验条件：选用水溶性改性聚醚破乳剂YT-100，NH7-1乳化层混合均质化后，经蒸馏法测定乳化层体积含水率54.0 %，将其用于1、3、4、6、7号样品的乳化层破乳试验；剩余乳化层常温静置60天后取下1/3层样品(体积含水率为55.5%)用于2、5、8号样品破乳试验。

试验结论：NH7-1样品预处理55℃，若不加破乳剂，加热6 h以上均没有脱水现象，考虑实际现场的乳化层有自然沉淀现象试验加做了含水率较高、较难破乳的下部乳化层的破乳试验，破乳温度60 ℃，各样品的破乳时间如图6所示。破乳试验结果表明：(1 )稳定乳化层可以实现完全破乳，破乳时间12h，随着加药浓度增加，完全破乳时间没有明显变化，见图中1、3、4、6、7号样品的破乳试验曲线，时间较常规原油明显增长，破乳效率达91.9%以上，见表3；(2)下部乳化层更难破乳，破乳时间较常规乳化层明显增加，2、5、8号样品实现完全破乳需要时间分别为26 h、20 h、16 h以上，破乳时间随加药浓度增加而降低；(3)综合考虑现场条件和经济实用型，破乳剂的加药浓度建议控制在50mg/L～150mg/L，适当提高破乳温度，延长破乳时间，可以达到较好的破乳效果。

图6 NH7-1乳化层破乳试验

表3 乳化层样品脱水率表

5 结语

综合考虑含乳化层原油的红外、族组成、破乳试验分析结果，得出以下结论：乳化层难以破乳的主要原因为乳化层较原油层含更多胶质、沥青质成分，压裂液中化学药剂残留会加速原油中胶质、沥青质聚集沉降，形成稳定乳化层。在实际油井生产过程中，为提高产量，需要特别重视乳化层的破乳，升高破乳温度、增加破乳时间、增大油水搅拌频率，以达到完全破乳效果。