多功能破乳剂用于复合驱重质原油采出液高效分离的研究

 乔月1，李振泉2，杨敬一1*，宋新旺2，祝仰文2，徐心茹1

（1．华东理工大学化工学院，上海200237：2．中石化股份有限公司胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营257015）

摘要：针对海上油田重质原油SP复合驱采出液多功能破乳剂的合成和应用进行了研究。以聚醚BH -51与丙烯酸酯化反应得到具有C =C结构的YE化合物，在YE中引入阴离子基团-SO3可以降低沥青质间的结合强度，从而降低界面强度；引入阳离子基团-NH4+可以中和原油-水界面的负电荷使扩散层变薄。优化合成条件得到FC新型高效破乳剂，通过超声波和电场

对重质原油SP复合驱采出液进行强化破乳，在驱油剂质量浓度为400~1600 mg/L条件下，原油含水量小于1%，脱出水中油的质量浓度都小于35．0 mg/L，可显著缩短破乳时间和减少设备体积，适应高驱油剂浓度下重质原油复合驱采出液快速破乳的要求。

关键词：重质原油；复合驱；采出液；海上油田；多功能破乳剂

中图分类号：TE624.1  文章编号：0253 -4320(2016)06 -0067 -04DOI:10. 16606/j. cnki. issn 0253 - 4320. 2016. 06. 016

  随着强化驱油新技术的应用，石油开采从常规石油的开采发展到重油和稠油的开采，从陆上油田开采发展到海上油田开采。新型驱油剂的应用不仅导致原油采出液趋于稳定分离困难，而且对原油采出液的处理工艺提出了更高的要求。国内外研究者对SP复合驱采出液的破乳展开了大量研究。Atta等针对Balayium油田重质原油乳状液破乳，研究合成了以希夫碱为起始剂的聚醚破乳剂；Amirabadi等研究了交互型生物破乳剂，用于伊朗重质原油乳状液的破乳；Dabros等制备了微乳液型破乳剂，用来处理巴西某油田水包油型乳液。国内外研究者通过水相弹性模量研究了反相破乳剂对复合驱油水分离特性的影响，利用界面张力仪和表面粘弹性仪研究了二元复合体系对油水界面特性和乳状液稳定性的影响。笔者合成了一种新型多功能破乳剂，通过超声波强化和电场组合应用对海上油田重质原油SP二元复合驱采出液高效分离技术开展研究工作。

1  实验部分

1.1 FC型多功能破乳剂的合成

 称取一定量聚醚破乳剂BH -51和丙烯酸AA（分析纯），在一定反应温度下，通氮气反应一定时间后旋转蒸发提纯得到丙烯酸酯化产物YE。称取一定量YE、2-丙烯酰胺-2 -甲基丙磺酸钠（AMP，分析纯）、丙烯酰胺（AM，分析纯）和二甲基二烯丙基氯化铵（DMD，分析纯），一定反应温度下加入引发剂，反应一定时间后真空干燥得FC系列产物。

1.2  复合驱重质油模拟采出液的制备

 采用GB/T 1884中所述的方法测定原油密度；采用GB/T 265中所述的方法测定原油运动黏度。原油密度为0.945g／cm3( 20℃)，运动黏度为370.3 mm2/s( 50℃)。驱油剂为聚合物、表面活性剂和助表面活性剂。聚合物为部分水解聚丙烯酰胺，表面活性剂为新型阴-非离子表面活性剂，助表面活性剂属多元醇类。水为模拟采出水，按海水与水源井体积比为2:3混合而成。在模拟采出水中加入一定量的聚合物，振荡使其充分溶解，再加入一定量的表面活性剂定容至一定体积，放置24 h制得复合液。复合液和原油分别在60℃预热后按体积比

1：1混合，在JRJ300 -S型剪切乳化机中乳化5 min得到模拟复合驱采出液。

1.3  多功能破乳剂性能的评选方法

 量取配制好的复合驱重质油采出液，加入一定量的破乳剂，充分振荡使破乳剂与采出液充分混合。将采出液放到恒温水浴中；每隔一段时间读取实验瓶脱出水体积，计算采出液的脱水率；采出液分层之后，取上层油进行油中含水量的测定，下层水进行水中含油量的测定。

1.4超声波强化FC型破乳剂用于采出液的方法

 超声波强化实验采用RS -180F型超声波装置（上海瑞胜仪器仪表有限公司生产），超声波频率为(28+2) kHz和(40 +3) kHz，超声波功率为0～800 W，温度范围为0~99℃，容量为6L。实验方法：量取配制好的复合驱重质油采出液；加入一定量的破乳剂，充分振荡以使破乳剂与采出液充分混合；将采出液放在超声波发生器内，控制温度为60℃，在超声波功率为110 W及超声波频率为28 kHz条件下超声波作用6 min后，在恒温条件下沉降分离。

1.5  FC型产物用于采出液的超声波-电场组合方法

 采用电场强化的方法对超声波作用后分离得到的重质原油进一步脱水，量取超声波作用后沉降分离得到的重质原油乳状液加入100 m L带刻度的瓶中，置于DP-2型电脱水静态装置中。设定好温度预热20 min，然后加入破乳剂充分摇匀，并施加电场作用25 min，然后恒温沉降，实验结束后测定原油中含水量和脱出水中的含油量。

2结果与讨论

2.1  FC型多功能破乳剂的合成及产物的性能

 首先合成FC型多功能破乳剂，并在聚合物质量浓度、表面活性剂质量浓度和表面活性剂助剂质量浓度分别为400、200 mg/L和200 mg/L条件下，考察合成产物对复合驱重质油采出液的破乳效果。

2.1.1  丙烯酰胺用量对FA系列产物性能的影响

 以聚醚BH -51和丙烯酸AA反应得到具有C -C结构的酯化产物YE，丙烯酰胺与YE的摩尔比分别为1:1~7：1合成得到FA系列产物。在沉降温度为60C和破乳剂质量浓度为100 mg/L的条件下，考察AM用量对复合驱重质油采出液脱水率的影响，结果如图1所示。由图1可以看出，在n(AM):n(YE) =1:1和3:1时，重质油采出液沉降30 min和60 min后的脱水率分别为19. 0%、50. 1%和23. 0%、52. 0%；当n(AM)：n(YE)=5：1时，复合驱重质油采出液沉降30 min和60 min后的脱水率分别为35. 0%和56. 0%，继续增加AM的用量，合成得到的产物对复合驱重质油采出液的脱水率不再增加。因此合成FA型产物中AM与YE适宜的摩尔比为5:1。

2.1.2  阴离子基团的引入对FB系列产物性能的影响

 在n(AM)：n(YE)=5：1的条件下，2-丙烯酰胺-2 -甲基丙磺酸AMP与YE摩尔比为0:1～5:1合成FB系列产物，考察AMP用量对合成产物破乳性能的影响，结果如图2所示。由图2可知，在反应中AMP引入以提供阴离子基团-SO3，当n(AMP)：n(YE) =1:1，合成产物对复合驱重质油采出液沉降30 min和60 min脱水率分别为48. 0%和77.5%：当n( AMP):n(YE)=3：1时，合成产物对复合驱重质油采出液沉降30 min和60 min脱水率分别为47. 0%和75. 6%。由于-SO3基团的引入可以对沥青质起到分散作用，降低沥青质间的结合强度，从而降低界面强度，因此-SO3离子的引入可以增加产物的破乳效果。继续增加AMP用量对复合驱重质油采出液脱水率不再增加。因此，合成FB型产物选择适宜的AMP与YE摩尔比为1：1。

2.1.3  阳离子基团的引入对FC系列产物性能的影响

 在n(YE):n,(AM):n(AMP) =1:5：1的条件下，二甲基二烯丙基氯化铵DMD与二甲基YE摩尔比为0：1~5：1合成FC系列产物，考察DMD用量对合成产物的破乳性能的影响，如图3所示。由图3可知，在反应中引入DMD以提供阳离子基团-NH4+。在不加DMD的条件下复合驱重质油采出液沉降60 min后脱水率为77.5%；当n(DMD)：n(YE)=1：1时，合成产物对复合驱重质油采出液沉降30 min和60 min的脱水率分别为49.6%和80.0%；当n( DMD)：n(YE) =3:1时，合成产物对复合驱重质油采出液沉降30 min和60 min的脱水率分别为48. 4%和76.2%；继续增加DMD用量，对复合驱重质油采出液脱水率不再增加。因此，在n(YE)：n(AM)：n(AMP)：n(DMD)=1：5：1：1合成得到的FC产物对复合驱重质油采出液具有最佳的破乳性能。

F系列破乳剂对复合驱采出液脱出水中油含量的影响如表1所示。由表1可知，沉降60 min后，不引入阴、阳离子基团合成得到的FA产物脱出水中含油量为400.8 mg/t,引入-SO3合成得到的FB产物脱出水中含油量为297.2 mg/L;在FB引A-NH4+后脱出水中含油量为40.1 mg/L。因此引入阳离子基团-NH4+可显著降低复合驱重质油采出液脱后的水中含油量。这主要是由于DMD与YE和AM之间发生双键间聚合反应，生成产物中引入了阳离子基团-NH4+，可以中和原油-水界面所带的负电荷，破坏原油-水乳状液表面的双电层，有利于液滴聚并，显著降低脱出水中含油量。实验表明，FC合成产物可使复合驱重质油采出液脱水率由50. 1%增至80.0%，水中含油量由450.1 mg/L降低至40.1 mg/L。

2.2FC在超声波作用下对复合驱采出液破乳研究

2.2.1 超声波强化对复合驱采出液破乳效果的影响

 在超声波功率为110 W，超声波频率为28 kHz，温度为600C，超声波作用6 min条件下，考察超声波强化作用对复合驱重质油采出液破乳过程的影响，结果如图4、图5所示；从图4可以看出，在不加超声波条件下，破乳剂FC质量浓度为100 mg/L时，复合驱重质油采出液沉降60 min后脱水率为80.0%；在超声波作用6 min后，FC质量浓度为50 mg/L和100 mg/L时，复合驱采出液沉降60 min后脱水率分别为86. 0%和90.8%。超声波作用下，FC质量浓度为50 mg/L的破乳效果优于不加超声波且FC质量浓度为100 mg/L的破乳效果。

实验表明，超声波强化作用可以显著减少破乳剂用量。

 从图5可以看出，在破乳剂质量浓度为100 mg/L且不加超声波条件下，复合驱重质油采出液沉降30 min和60 min后脱水率分别为50. 0%和80. 0%；在破乳剂质量浓度为100 mg/L，超声波作用6 min后，复合驱重质油采出液沉降10 min和20 min后脱水率分别为60. 8%和83. 4%。加超声波作用后，沉降时间为20 min的效果优于不加超声波作用沉降60 min的效果，因此超声波可显著地缩短破乳时间。

2.3超声波-电场强化对FC在复合驱采出液效果的影响

 在同样超声波条件下，加入100 mg/L的FC后沉降20 min，然后在1 500 V/cm的电场中作用25 min，考察对不同驱油剂质量浓度下FC在复合驱重质油采出液效果的影响。结果如表2所示。

 由表2可知，在驱油剂质量浓度为400 mg/L时，经电场作用后脱出油中含水量降到0. 68%，脱出水中含油量降到30.4 mg/L;驱油剂质量浓度为800 mg/L时，脱出油中含水量降到0.87%，脱出水中含油量降到30.3 mg/L;驱油剂质量浓度为1 600 mg/L时，脱出油中含水量降到0.90%，脱出水中含油量降到34.2 mg/L。不同驱油剂质量浓度下，电场强化可降低复合驱重质油采出液脱出油中水含量，且原油含水量都小于1%。实验表明，对于复合驱重质油采出液在FC作用下采用超声波-电场强化方法可显著缩短破乳时间和降低水中含油量，并可适应海上平台垂质原油复合驱采出液快速破乳的要求。

3结论

 对合成的多功能破乳剂对重质原油复合驱采出液分离进行了研究。以聚醚BH -51与丙烯酸酯化反应得到具有C =C结构的YE化合物，在YE中引入阴离子基团-SO3可分散沥青质，降低沥青质间结合强度，降低界面强度，有效增加采出液脱水率；引入阳离子基团-N H4+可以中和原油-水界面所带负电荷，破坏原油-水乳状液表面的双电层，显著降低采出液脱后的水中含油量。

 考察了超声波-电场组合强化作用对FC型破乳剂性能的影响。加超声波作用6 min后破乳剂质量浓度为50 mg/L的效果优于不加超声波破乳剂且质量浓度为100 mg/L的效果；加超声波作用后沉降时间为20 min的效果优于不加超声波作用沉降时间为60 min的效果，显著减少破乳剂用量或缩短破乳时间。不同驱油剂质量浓度的复合驱重质油采出液超声波强化后经电场破乳，原油含水量小于1%，脱出水中油含量都小于35.0 mg/L。FC型多功能破乳剂在超声波-电场组合作用下可以缩短破乳时间和减少设备体积，具有显著降低脱出水中油含量的特点。