交联改性含硅原油破乳剂研究

李怀阁 翟洪金 应 珏 胡金虎

(1.句容宁武高新技术发展有限公司,江苏 句容 212405; 2.新疆塔里木油田建设工程有限责任公司 化学助剂厂,新疆 库尔勒 841000)

破乳剂是所有油田不可缺少的化学助剂,它承担着原油乳状液破乳脱水的任务。目前,大部分油田进入高含水生产期,原油含水量逐年上升,加上一些开采增产技术的应用,使得采出液性质越来越复杂,稳定性增强,破乳脱水难度增大。现场所用破乳剂为高分子聚醚类,此类破乳剂对原油乳状液针对性较强,为改善此类破乳剂的不足,国内研究主要采取改头、扩链、交联、接枝、加骨、换尾、复配等方法[1-5]对聚醚类破乳剂进行改性。改头是指选用具有活泼氢的起始剂,使破乳剂在原油乳状液体系的油相乃至界面上都有很好的相溶性,润湿和渗透能力增强,提高破乳剂分子的扩散速度和扩散程度。扩链是釆用适当的化学方法,用双官能团活泼氢化合物作扩链剂,将相对分子质量较低的聚合物连接成线型分子,使破乳剂的相对分子质量显著增加,提高破乳效果。交联是利用交联剂将高分子破乳剂交联形成相对分子质量更大的超高分子网状破乳剂,充分发挥高分子的架桥作用,把乳化膜中的液珠以及乳状液中游离的液滴聚集在一起,实现油水快速分离。接枝是指利用特殊的化学反应使相对分子质量高的聚合物链上的某些官能团与其他化合物反应,在分子中引入一定相对分子质量或具有特殊官能团的支链,增大相对分子质量或局部改变分子的结构,提高破乳效果。加骨是指在破乳剂分子中加入新的骨架从而生成一种新的破乳剂。换尾是指利用化学方法将同类或不同类的聚合物端基进行酯化制备新型破乳剂。复配是将各种具有不同功效的破乳剂按比例混合,使之具有广泛性;或将破乳剂与有机或无机添加剂混合得到兼具防蜡、降黏等作用的破乳剂。

通过上述方法对非离子聚氧乙烯、聚氧丙烯嵌段聚合物进行改性,提高了破乳剂现场使用效果,但对含硅破乳剂[6-11]和低温破乳剂[12-14]的相关研究较少。为提高聚醚类破乳剂的使用广谱性并改善其低温破乳效果,本研究先将硅烷偶联剂KH570醇解,再对聚醚破乳剂C-16进行交联改性,在破乳剂分子链中引入新的含硅基团,加强其在原油乳状液油水界面膜的溶解和破坏作用,提高破乳剂对模拟原油乳状液和不同现场原油乳状液的脱水效果,表现出较好的低温破乳作用。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

试剂:氢氧化钠、乙醇胺、氧化钙、二甲苯、无水乙醇,试剂均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司;KH570,南京经天纬化工有限公司;蒸馏水、聚醚破乳剂C-16,本公司;无味煤油,无锡城南石油制品有限公司;脱水原油,江苏油田。

仪器:BME100LX高剪切混合乳化机,上海威宇机电制造厂有限公司;DCAT11表面/界面张力测量仪,北京东方德菲仪器有限公司;OY-PR450破乳剂评选仪,长沙欧伊尔试验设备有限公司。

1.2 交联改性含硅破乳剂GJ-16的制备

将定量KH570溶液、蒸馏水、乙醇胺和乙醇加入烧杯中,使用集热式恒温加热磁力搅拌器恒温70 ℃,搅拌反应3 h,得到含硅改性剂溶液。在装有搅拌器、恒压滴液漏斗和冷凝管的四口烧瓶中,加入定量聚醚破乳剂C-16、二甲苯、氢氧化钠和氧化钙,控制反应温度120 ℃,开动搅拌器,逐滴加入含硅改性剂溶液,1 h滴加完毕,继续搅拌反应4 h;然后将无水乙醇加入至四口烧瓶中,溶解,搅拌1.5 h后静置,然后过滤除去其中的固体杂质。

将滤除杂质后的溶液倒入梨形烧瓶内,利用旋转蒸发仪在热水浴65 ℃条件下,减压蒸馏脱去二甲苯和乙醇,得破乳剂GJ-16。

1.3 模拟原油乳状液的制备

将江苏油田的固体原油,水浴45 ℃加热到熔化,趁热与无味煤油按4∶3(体积比)混合均匀形成模拟原油,然后取适量模拟原油和去离子水以7∶3(体积比)进行混合,用高剪切乳化机在3 000 r·min-1条件下搅拌15 min制得模拟原油乳状液,倒入50 mL具塞刻度管中待用。该条件下制得的模拟原油乳状液在48 h内不发生油水分层现象。

1.4 原油乳状液含水率的测定

按照标准GB/T 8929—2006《原油水含量的测定蒸馏法》对原油乳状液进行含水率测定。

1.5 破乳脱水实验

按石油天然气行业标准SY/T 5281—2018的规定采用瓶试法进行脱水试验。考察破乳剂C-16和GJ-16在不同温度、不同加药量下对模拟原油乳状液的脱水实验情况;考察破乳剂C-16、GJ-16和东河站、哈六站现场用破乳剂在不同加药量下对现场原油乳状液的脱水试验情况。

脱水率R=脱出的水量/原油含水总量×100%。

2 结果与讨论

2.1 对模拟原油乳状液的脱水实验结果与讨论

破乳剂C-16和GJ-16在恒温60 ℃、用量100 mg·L-1和150 mg·L-1情况下的破乳脱水结果如图1和图2所示。

图1 60 ℃时C-16与GJ-16对模拟原油乳状液破乳效果的对比

图2 60 ℃时C-16与GJ-16不同用量下对模拟原油乳状液破乳效果的对比

从图1发现,对模拟原油乳状液,60 ℃、破乳剂用量100 mg·L-1情况下,60 min时GJ-16的脱水率是65%,C-16的脱水率仅为45%,表明改性后破乳剂的脱水率明显优于改性前;120 min时GJ-16的脱水率达到90%以上,远高于改性前。用量为150 mg·L-1时,试验仅75 min,GJ-16的脱水率就达到了85%,最后脱水率高达93.5%。结合图2,我们认为,采用KH570交联改性破乳剂C-16的方案是可行的。

2.2 对现场原油乳状液的脱水试验结果与讨论

在塔里木油田东河站、哈六站现场使用破乳剂、C-16、GJ-16,控制温度40 ℃、用量100～300 mg·L-1条件下,得到破乳脱水结果如表1和图3所示。

表1 40 ℃时C-16、GJ-16和东河站现场破乳剂不同用量对东河站现场原油乳状液脱水率的影响

图3 破乳剂对哈六站现场原油破乳效果对比

对两个站的现场原油乳状液进行40 ℃、不同浓度下的破乳试验。结果发现破乳剂C-16的脱水率均不如现场破乳剂,而改性后的GJ-16普适性较好,低温破乳效果明显得到改善,对比东河现场破乳剂,脱水率更高。

3 结论

作者采用KH570先醇解后改性聚醚破乳剂C-16制备新型含硅原油破乳剂,由于在原破乳剂分子链中引入含硅基团且提高了分子交联密度,增大了分子量,使得破乳剂的脱水效果得到了提高。对比改性前与改性后破乳剂对模拟原油乳状液、塔里木油田东河联合站现场原油乳状液、哈六现场原油乳状液的脱水效果,结果表明改性后破乳剂脱水效果优于改性前,并且表现出低温破乳脱水的优势。使用的改性方法反应条件温和、操作简单,改性后破乳剂脱水效果好,该方法具有一定的推广价值。