多功能破乳劑用于復(fù)合驅(qū)重質(zhì)原油采出液高效分離的研究
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喬月1，李振泉2，楊敬一1*，宋新旺2，祝仰文2，徐心茹1
（1．華東理工大學(xué)化工學(xué)院，上海200237：2．中石化股份有限公司勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營257015）
摘要：針對海上油田重質(zhì)原油SP復(fù)合驅(qū)采出液多功能破乳劑的合成和應(yīng)用進行了研究。以聚醚BH -51與丙烯酸酯化反應(yīng)得到具有C =C結(jié)構(gòu)的YE化合物，在YE中引入陰離子基團-SO3可以降低瀝青質(zhì)間的結(jié)合強度，從而降低界面強度；引入陽離子基團-NH4+可以中和原油-水界面的負電荷使擴散層變薄。優(yōu)化合成條件得到FC新型高效破乳劑，通過超聲波和電場
對重質(zhì)原油SP復(fù)合驅(qū)采出液進行強化破乳，在驅(qū)油劑質(zhì)量濃度為400~1600 mg/L條件下，原油含水量小于1%，脫出水中油的質(zhì)量濃度都小于35．0 mg/L，可顯著縮短破乳時間和減少設(shè)備體積，適應(yīng)高驅(qū)油劑濃度下重質(zhì)原油復(fù)合驅(qū)采出液快速破乳的要求。
關(guān)鍵詞：重質(zhì)原油；復(fù)合驅(qū)；采出液；海上油田；多功能破乳劑
中圖分類號：TE624.1 文章編號：0253 -4320(2016)06 -0067 -04DOI:10. 16606/j. cnki. issn 0253 - 4320. 2016. 06. 016
隨著強化驅(qū)油新技術(shù)的應(yīng)用，石油開采從常規(guī)石油的開采發(fā)展到重油和稠油的開采，從陸上油田開采發(fā)展到海上油田開采。新型驅(qū)油劑的應(yīng)用不僅導(dǎo)致原油采出液趨于穩(wěn)定分離困難，而且對原油采出液的處理工藝提出了更高的要求。國內(nèi)外研究者對SP復(fù)合驅(qū)采出液的破乳展開了大量研究。Atta等針對Balayium油田重質(zhì)原油乳狀液破乳，研究合成了以希夫堿為起始劑的聚醚破乳劑；Amirabadi等研究了交互型生物破乳劑，用于伊朗重質(zhì)原油乳狀液的破乳；Dabros等制備了微乳液型破乳劑，用來處理巴西某油田水包油型乳液。國內(nèi)外研究者通過水相彈性模量研究了反相破乳劑對復(fù)合驅(qū)油水分離特性的影響，利用界面張力儀和表面粘彈性儀研究了二元復(fù)合體系對油水界面特性和乳狀液穩(wěn)定性的影響。筆者合成了一種新型多功能破乳劑，通過超聲波強化和電場組合應(yīng)用對海上油田重質(zhì)原油SP二元復(fù)合驅(qū)采出液高效分離技術(shù)開展研究工作。
1 實驗部分
1.1 FC型多功能破乳劑的合成
稱取一定量聚醚破乳劑BH -51和丙烯酸AA（分析純），在一定反應(yīng)溫度下，通氮氣反應(yīng)一定時間后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)提純得到丙烯酸酯化產(chǎn)物YE。稱取一定量YE、2-丙烯酰胺-2 -甲基丙磺酸鈉（AMP，分析純）、丙烯酰胺（AM，分析純）和二甲基二烯丙基氯化銨（DMD，分析純），一定反應(yīng)溫度下加入引發(fā)劑，反應(yīng)一定時間后真空干燥得FC系列產(chǎn)物。
1.2 復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油模擬采出液的制備
采用GB/T 1884中所述的方法測定原油密度；采用GB/T 265中所述的方法測定原油運動黏度。原油密度為0.945g／cm3( 20℃)，運動黏度為370.3 mm2/s( 50℃)。驅(qū)油劑為聚合物、表面活性劑和助表面活性劑。聚合物為部分水解聚丙烯酰胺，表面活性劑為新型陰-非離子表面活性劑，助表面活性劑屬多元醇類。水為模擬采出水，按海水與水源井體積比為2:3混合而成。在模擬采出水中加入一定量的聚合物，振蕩使其充分溶解，再加入一定量的表面活性劑定容至一定體積，放置24 h制得復(fù)合液。復(fù)合液和原油分別在60℃預(yù)熱后按體積比
1：1混合，在JRJ300 -S型剪切乳化機中乳化5 min得到模擬復(fù)合驅(qū)采出液。
1.3 多功能破乳劑性能的評選方法
量取配制好的復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液，加入一定量的破乳劑，充分振蕩使破乳劑與采出液充分混合。將采出液放到恒溫水浴中；每隔一段時間讀取實驗瓶脫出水體積，計算采出液的脫水率；采出液分層之后，取上層油進行油中含水量的測定，下層水進行水中含油量的測定。
1.4超聲波強化FC型破乳劑用于采出液的方法
超聲波強化實驗采用RS -180F型超聲波裝置（上海瑞勝儀器儀表有限公司生產(chǎn)），超聲波頻率為(28+2) kHz和(40 +3) kHz，超聲波功率為0～800 W，溫度范圍為0~99℃，容量為6L。實驗方法：量取配制好的復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液；加入一定量的破乳劑，充分振蕩以使破乳劑與采出液充分混合；將采出液放在超聲波發(fā)生器內(nèi)，控制溫度為60℃，在超聲波功率為110 W及超聲波頻率為28 kHz條件下超聲波作用6 min后，在恒溫條件下沉降分離。
1.5 FC型產(chǎn)物用于采出液的超聲波-電場組合方法
采用電場強化的方法對超聲波作用后分離得到的重質(zhì)原油進一步脫水，量取超聲波作用后沉降分離得到的重質(zhì)原油乳狀液加入100 m L帶刻度的瓶中，置于DP-2型電脫水靜態(tài)裝置中。設(shè)定好溫度預(yù)熱20 min，然后加入破乳劑充分搖勻，并施加電場作用25 min，然后恒溫沉降，實驗結(jié)束后測定原油中含水量和脫出水中的含油量。
2結(jié)果與討論
2.1 FC型多功能破乳劑的合成及產(chǎn)物的性能
首先合成FC型多功能破乳劑，并在聚合物質(zhì)量濃度、表面活性劑質(zhì)量濃度和表面活性劑助劑質(zhì)量濃度分別為400、200 mg/L和200 mg/L條件下，考察合成產(chǎn)物對復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液的破乳效果。
2.1.1 丙烯酰胺用量對FA系列產(chǎn)物性能的影響
以聚醚BH -51和丙烯酸AA反應(yīng)得到具有C -C結(jié)構(gòu)的酯化產(chǎn)物YE，丙烯酰胺與YE的摩爾比分別為1:1~7：1合成得到FA系列產(chǎn)物。在沉降溫度為60C和破乳劑質(zhì)量濃度為100 mg/L的條件下，考察AM用量對復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液脫水率的影響，結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出，在n(AM):n(YE) =1:1和3:1時，重質(zhì)油采出液沉降30 min和60 min后的脫水率分別為19. 0%、50. 1%和23. 0%、52. 0%；當(dāng)n(AM)：n(YE)=5：1時，復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液沉降30 min和60 min后的脫水率分別為35. 0%和56. 0%，繼續(xù)增加AM的用量，合成得到的產(chǎn)物對復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液的脫水率不再增加。因此合成FA型產(chǎn)物中AM與YE適宜的摩爾比為5:1。
2.1.2 陰離子基團的引入對FB系列產(chǎn)物性能的影響
在n(AM)：n(YE)=5：1的條件下，2-丙烯酰胺-2 -甲基丙磺酸AMP與YE摩爾比為0:1～5:1合成FB系列產(chǎn)物，考察AMP用量對合成產(chǎn)物破乳性能的影響，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，在反應(yīng)中AMP引入以提供陰離子基團-SO3，當(dāng)n(AMP)：n(YE) =1:1，合成產(chǎn)物對復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液沉降30 min和60 min脫水率分別為48. 0%和77.5%：當(dāng)n( AMP):n(YE)=3：1時，合成產(chǎn)物對復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液沉降30 min和60 min脫水率分別為47. 0%和75. 6%。由于-SO3基團的引入可以對瀝青質(zhì)起到分散作用，降低瀝青質(zhì)間的結(jié)合強度，從而降低界面強度，因此-SO3離子的引入可以增加產(chǎn)物的破乳效果。繼續(xù)增加AMP用量對復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液脫水率不再增加。因此，合成FB型產(chǎn)物選擇適宜的AMP與YE摩爾比為1：1。
2.1.3 陽離子基團的引入對FC系列產(chǎn)物性能的影響
在n(YE):n,(AM):n(AMP) =1:5：1的條件下，二甲基二烯丙基氯化銨DMD與二甲基YE摩爾比為0：1~5：1合成FC系列產(chǎn)物，考察DMD用量對合成產(chǎn)物的破乳性能的影響，如圖3所示。由圖3可知，在反應(yīng)中引入DMD以提供陽離子基團-NH4+。在不加DMD的條件下復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液沉降60 min后脫水率為77.5%；當(dāng)n(DMD)：n(YE)=1：1時，合成產(chǎn)物對復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液沉降30 min和60 min的脫水率分別為49.6%和80.0%；當(dāng)n( DMD)：n(YE) =3:1時，合成產(chǎn)物對復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液沉降30 min和60 min的脫水率分別為48. 4%和76.2%；繼續(xù)增加DMD用量，對復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液脫水率不再增加。因此，在n(YE)：n(AM)：n(AMP)：n(DMD)=1：5：1：1合成得到的FC產(chǎn)物對復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液具有最佳的破乳性能。
F系列破乳劑對復(fù)合驅(qū)采出液脫出水中油含量的影響如表1所示。由表1可知，沉降60 min后，不引入陰、陽離子基團合成得到的FA產(chǎn)物脫出水中含油量為400.8 mg/t,引入-SO3合成得到的FB產(chǎn)物脫出水中含油量為297.2 mg/L;在FB引A-NH4+后脫出水中含油量為40.1 mg/L。因此引入陽離子基團-NH4+可顯著降低復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液脫后的水中含油量。這主要是由于DMD與YE和AM之間發(fā)生雙鍵間聚合反應(yīng)，生成產(chǎn)物中引入了陽離子基團-NH4+，可以中和原油-水界面所帶的負電荷，破壞原油-水乳狀液表面的雙電層，有利于液滴聚并，顯著降低脫出水中含油量。實驗表明，F(xiàn)C合成產(chǎn)物可使復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液脫水率由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在超聲波作用下對復(fù)合驅(qū)采出液破乳研究
2.2.1 超聲波強化對復(fù)合驅(qū)采出液破乳效果的影響
在超聲波功率為110 W，超聲波頻率為28 kHz，溫度為600C，超聲波作用6 min條件下，考察超聲波強化作用對復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液破乳過程的影響，結(jié)果如圖4、圖5所示；從圖4可以看出，在不加超聲波條件下，破乳劑FC質(zhì)量濃度為100 mg/L時，復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液沉降60 min后脫水率為80.0%；在超聲波作用6 min后，F(xiàn)C質(zhì)量濃度為50 mg/L和100 mg/L時，復(fù)合驅(qū)采出液沉降60 min后脫水率分別為86. 0%和90.8%。超聲波作用下，F(xiàn)C質(zhì)量濃度為50 mg/L的破乳效果優(yōu)于不加超聲波且FC質(zhì)量濃度為100 mg/L的破乳效果。
實驗表明，超聲波強化作用可以顯著減少破乳劑用量。
從圖5可以看出，在破乳劑質(zhì)量濃度為100 mg/L且不加超聲波條件下，復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液沉降30 min和60 min后脫水率分別為50. 0%和80. 0%；在破乳劑質(zhì)量濃度為100 mg/L，超聲波作用6 min后，復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液沉降10 min和20 min后脫水率分別為60. 8%和83. 4%。加超聲波作用后，沉降時間為20 min的效果優(yōu)于不加超聲波作用沉降60 min的效果，因此超聲波可顯著地縮短破乳時間。
2.3超聲波-電場強化對FC在復(fù)合驅(qū)采出液效果的影響
在同樣超聲波條件下，加入100 mg/L的FC后沉降20 min，然后在1 500 V/cm的電場中作用25 min，考察對不同驅(qū)油劑質(zhì)量濃度下FC在復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液效果的影響。結(jié)果如表2所示。
由表2可知，在驅(qū)油劑質(zhì)量濃度為400 mg/L時，經(jīng)電場作用后脫出油中含水量降到0. 68%，脫出水中含油量降到30.4 mg/L;驅(qū)油劑質(zhì)量濃度為800 mg/L時，脫出油中含水量降到0.87%，脫出水中含油量降到30.3 mg/L;驅(qū)油劑質(zhì)量濃度為1 600 mg/L時，脫出油中含水量降到0.90%，脫出水中含油量降到34.2 mg/L。不同驅(qū)油劑質(zhì)量濃度下，電場強化可降低復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液脫出油中水含量，且原油含水量都小于1%。實驗表明，對于復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液在FC作用下采用超聲波-電場強化方法可顯著縮短破乳時間和降低水中含油量，并可適應(yīng)海上平臺垂質(zhì)原油復(fù)合驅(qū)采出液快速破乳的要求。
3結(jié)論
對合成的多功能破乳劑對重質(zhì)原油復(fù)合驅(qū)采出液分離進行了研究。以聚醚BH -51與丙烯酸酯化反應(yīng)得到具有C =C結(jié)構(gòu)的YE化合物，在YE中引入陰離子基團-SO3可分散瀝青質(zhì)，降低瀝青質(zhì)間結(jié)合強度，降低界面強度，有效增加采出液脫水率；引入陽離子基團-N H4+可以中和原油-水界面所帶負電荷，破壞原油-水乳狀液表面的雙電層，顯著降低采出液脫后的水中含油量。
考察了超聲波-電場組合強化作用對FC型破乳劑性能的影響。加超聲波作用6 min后破乳劑質(zhì)量濃度為50 mg/L的效果優(yōu)于不加超聲波破乳劑且質(zhì)量濃度為100 mg/L的效果；加超聲波作用后沉降時間為20 min的效果優(yōu)于不加超聲波作用沉降時間為60 min的效果，顯著減少破乳劑用量或縮短破乳時間。不同驅(qū)油劑質(zhì)量濃度的復(fù)合驅(qū)重質(zhì)油采出液超聲波強化后經(jīng)電場破乳，原油含水量小于1%，脫出水中油含量都小于35.0 mg/L。FC型多功能破乳劑在超聲波-電場組合作用下可以縮短破乳時間和減少設(shè)備體積，具有顯著降低脫出水中油含量的特點。
