劉銀慶，歐秀艷，馬一玫

（東北石油大學 提高油氣采收率教育部重點實驗室，黑龍江 大慶 163318）

聚表劑驅是一種新型聚合物驅，由于聚表劑具有增粘和乳化原油的特性，因此，聚表劑驅油效果優(yōu)于普通聚合物驅[1]。大慶油田自建立了聚表劑驅先導性試驗區(qū)以來，采收率得到了顯著的提高，延長了低含水期的持續(xù)時間，增強了采出液的乳化程度，同時也增加了含聚表劑采出液的油水分離難度，然而由于現(xiàn)場沒有專門用于聚表劑驅采出液的破乳劑，實驗表明，破乳效果較好的聚驅破乳劑對聚表劑驅采出液的破乳效果并不理想，因此，有必要研究聚表劑驅采出液油的水分離處理特性，研究、對比、篩選出適用于聚表劑驅的破乳劑，從而降低破乳成本，提高原油的采收率，增加經(jīng)濟和社會效益。通過對聚表劑驅采出液油水分離特性進行研究，對比了目前8種效果較好的聚驅破乳劑對聚表劑驅采出液的破乳效果，從而篩選出一種效果比較好的破乳劑：HHY601酚醛樹脂型破乳劑，同時進行進一步的應用條件的優(yōu)化實驗，確定最佳使用溫度、最佳用量、最佳破乳時間等條件。

1 聚表劑驅油背景

1.1 聚表劑的結構及特點

聚表劑又被稱為活性聚合物，由聚表劑的分子結構可知，與普通聚合物的區(qū)別在于：聚表劑是在聚丙烯酰胺碳氫鏈的分子鏈側基上發(fā)生接枝共聚，從而得到功能性單體或功能基團[2]，使得原聚合物的碳氫鏈帶有了表面活性劑，因此，聚表劑的水溶液既具備了雙重特性，同時也具備了新的特性。經(jīng)實驗表明，由于聚表劑分子結構的特點，使得其與表面活性劑有很大的不同，表面活性劑提高采收率是通過減小在油水兩相體系中的油水界面張力，而聚表劑則是將非極性物質高度分散在非水體系中，使其形成乳狀液，從而在非水體系中突破了表面活性劑的局限性；然而對于低分子量和較低濃度的水溶液或者不含水的原油，聚表劑既可以將體相粘度和活性統(tǒng)一，又可以將增粘能力和與增溶能力達到統(tǒng)一，同時又可以使得油水界面張力降低。

1.2 聚表劑驅油機理及技術特點

由聚表劑的結構特點可知，聚表劑的驅明顯優(yōu)于普通聚合物驅：首先，它既包含聚合物驅油的優(yōu)點，又可以通過改善水油流度比從而提高波及體積，改變局部壓力梯度以增加剪切應力，驅替孤島狀殘余油，因此，聚表劑溶液的黏彈性可以減少各種類型的殘余油飽和度，其特有的乳化性，使得殘余油以乳狀液形態(tài)存在，從而使得地層內的作用力發(fā)生了改變，恢復了殘余油的可流動狀態(tài)，提高了驅油效率[3-5]。其次，在親水模型中，聚表劑改變了孔隙介質或者局部介質的潤濕性，從而延長了黏附油的連續(xù)路徑，使得原油無須克服毛管阻力而沿孔隙運移，從而提高原油采收率；然而對于親油模型，聚表劑在沿壁上產(chǎn)生了一層油膜，發(fā)生乳化形成乳狀液，改變了殘余油的狀態(tài)，從而使得采收率得到提高。

1.3 聚表劑驅采出液的特點及破乳評價

聚表劑是一種新型的油田用驅油劑，性質有別于聚合物和三元驅油劑，從而使得聚表劑驅采出液的性質與聚合物驅的采出液和三元復合驅的采出液的性質都有很大的不同，實驗表明，聚表劑驅采出液的油水分離難度比聚合物驅采出液的油水分離難度大，而比三元復合驅采出液的油水分離容易[6]。由于聚表劑中含有能起交聯(lián)作用的物質，因此，在溶劑水中能夠發(fā)生不同聚表劑分子間或同一分子內不同支鏈間的交聯(lián)反應，形成“區(qū)域性”或“局部性”網(wǎng)狀分子結構，導致其分子線團尺寸遠大于具有相同相對分子質量的普通“中分”聚合物，其阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)也遠大于普通“中分”聚合物溶液[7]。聚表劑驅采出液為高含水的水包油型乳狀液，因此，采用測試水相乳化含油量的方法，更接近現(xiàn)場，從而準確判別破乳劑的性能。

2 實驗部分

2.1 實驗方法

在聚表劑驅原油乳狀液中，加入等量的各種效果較好的聚驅破乳劑，充分混和，待恒溫靜置沉降脫水后，記錄不同時間的脫水量，同時觀察并記錄脫出污水的顏色及油水界面的狀況，測定凈化油的含水率及污水的含油量，從而檢驗各種破乳劑的破乳性能。

2.2 儀器及材料

水?。惶炱?；比色管；容量瓶等。

原油乳狀液樣品（大慶薩中區(qū)塊聚表劑驅試驗井按照GB/T4756中的有關規(guī)定取樣）;

破乳劑：HHY601；HHY602；KP；HB；SP169；AE；AP；AR 等為商品名。

聚表劑：BⅢ聚表劑（上海海博）。

2.3 原油樣品的采樣方法

按照GB／T 4756中的有關規(guī)定取樣，實驗用原油樣品取自大慶油田采油一廠薩中區(qū)塊聚表劑驅試驗井，采用現(xiàn)場的新鮮原油乳液，經(jīng)測定，原油含水：90%，取液量：100mL。

3 聚表劑驅原油破乳劑篩選

3.1 原油破乳劑溶液配制

用燒杯在天平上，準確稱取一定量的每種原油破乳劑樣品，逐一轉移到容量瓶中，用溶劑稀釋至刻度，搖勻，使每100mL溶液中所含破乳劑質量為1g或 10g，精確至 0.01g。

水溶性原油破乳劑用水或醇類作溶劑，油溶性原油破乳劑用二甲苯作溶劑。

3.2 原油乳狀液樣品處理

將配置好的乳狀液樣品，逐一放入恒溫水浴中，預熱達水浴溫度，再持續(xù)恒溫0.5h。如果在原油乳狀液中存在游離水，須先分出游離水，再攪拌均勻后方可使用。

3.3 破乳劑篩選過程

3.3.1 脫水試瓶的振蕩 實驗采用人工振蕩法，振蕩強度應根據(jù)原油乳狀液物性確定，在試驗過程中應遵循相同原油乳狀液樣品在相同振蕩強度下試驗的原則。

旋緊瓶蓋后，將脫水試瓶來回顛倒2～5次，慢慢旋動瓶蓋放氣后，再重新旋緊，然后采用人工振蕩法，水平振蕩50～200次，振幅大于20cm，待充分混合均勻后，松動瓶蓋，然后再將脫水試瓶重新放置于恒溫水浴中，使其靜置沉降。

在不同時間，目測并記錄脫出的污水量。待沉降終止時，觀察并記錄水相情況和界面狀況。

3.3.2 實驗結果與討論 針對現(xiàn)場脫水的實際問題，從大量收集的破乳劑中，初步篩選了8種不同分子結構的破乳劑，進行原油破乳劑的對比篩選實驗，將平行試樣測定結果的算術平均值作為最終的檢測結果。加藥濃度：30mg·L-1；溫度：40℃，原油乳狀液采用現(xiàn)場的新鮮原油乳液，按照原油破乳劑使用性能檢驗方法（瓶試法）的規(guī)定測試破乳效果，8種不同型號的破乳劑的破乳效果對比結果如表1所示。

表1 破乳劑對聚表劑驅采出液的破乳效果Tab.1 Demulsification efficiency of demulsifiers on polymeric surfactant flooding produced liquid

表1結果表明，AR型破乳劑由烷基酚醛樹脂（AR樹脂）與聚氧乙烯、聚氧丙烯聚合而成的新型油溶性的非離子型破乳劑，它的破乳效果優(yōu)于以多乙烯多胺為起始劑的聚氧乙烯聚氧丙烯醚AE型、AP型破乳劑。SP型破乳劑的主要成分為聚氧乙烯-聚氧丙烯十八醇醚，SP-169是其中針對含聚合物大慶原油乳狀液相對較好的破乳劑，然而SP-169型破乳劑90 min的脫水率僅為60%，脫水速度也低。

KP和HB型破乳劑是大慶原油乳狀液普遍使用的復配型破乳劑，不是專門用于聚表劑驅采出液使用的破乳劑，因而破乳效果不佳，油水分離時間長，90 min的脫水率為76%以上。

破乳劑HHY-601，HHY-602破乳效果相對較好，脫水率分別為89.1%和89.7%，且其脫水后界面及掛壁情況良好，沒有乳狀液層，這樣對現(xiàn)場電脫水器工作狀況有一定保障，減少因含水量高而產(chǎn)生垮電場的可能。

國內外生產(chǎn)的化學破乳劑已多達1000余種。按分子結構可將破乳劑分為離子型和非離子型兩大類。破乳劑溶于水時，凡能形成電解質的稱為離子型破乳劑；凡在水溶液不形成電解質的，稱為非離子型破乳劑。離子型破乳劑按其在水溶液中具有表面活性作用的離子的電性，可分為陰離子、陽離子和兩性離子等類別。烷基磺酸鈉、烷基苯磺酸鈉等屬于對原油脫水效果較好的陰離子型破乳劑。

非離子型破乳劑是以環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷等基本有機合成原料為基礎，在具有活潑氫的起始劑的引發(fā)下，有催化劑存在時按照一定反應程序聚合而成的。非離子型破乳劑的分子量多在1000～10000之間，具有較高的活性和較好的脫水效果。例如聚氧烷基醇（SP169）、聚氧烷基多胺（AP221、AE8051）等破乳劑。非離子型破乳劑具有用量少，每噸原油的用量約為20～50×10-6（質量）；不產(chǎn)生沉淀、脫出的水中含油少、脫水成本低等優(yōu)點，因而應用廣泛。

HHY-601和HHY-602原油破乳劑皆為非離子型表面活性劑，活性物為高碳醇或烷基多胺或烷基酚醛樹脂或改性酚醛樹脂等為主要起始劑的聚氧化乙烯、氧化丙烯的聚醚型高分子化合物或改性物復配而成。其中HHY-601為水溶性、HHY-602油溶性，干劑劑型活性物為100%，工業(yè)品劑型活性物大于40%；水溶性乙醇水混合溶劑為溶劑；油溶性以混合二甲苯石腦油、1、2、4三甲苯（C9芳烴油）、乙二醇單丁醚混合溶劑為溶劑。

基于現(xiàn)場實際應用需求的考慮，HHY-601價格稍低，水溶性溶劑對環(huán)境影響小，選取HHY-601型破乳劑作為聚表劑驅采出液的化學處理藥劑。

3.4 破乳劑應用條件的優(yōu)化試驗

經(jīng)過破乳效果對比試驗，將HHY-601型破乳劑作為聚表劑驅采出液的化學處理藥劑，在室內進行破乳劑應用條件的優(yōu)化實驗，包括最佳使用溫度，最佳用量，最佳破乳時間。

3.4.1 最佳加藥量的確定 為確定破乳劑的最佳投藥量，選擇上述脫水效果較好的破乳劑，在破乳時間、破乳溫度不變的情況下，進行不同加藥量的試驗，試驗結果見圖1。

由圖1可以看出，破乳劑的用量對破乳影響較大，當破乳劑用量為20mg·L-1時，原油脫水率約為85.1%，而當破乳劑用量增至30mg·L-1時，原油脫水率約為88%。原油脫水率一般不完全與破乳劑用量成正比，當破乳劑用量達到一定劑量后，原油脫水率不再繼續(xù)提高。因此，對于大慶油田采用一廠原油，破乳劑的最佳加藥量為40mg·L-1，90min的脫水率均不低于88%。

圖1 不同破乳劑用量對破乳效果的影響Fig.1 Curve about dosage of demulsifier and dehydration rate

3.4.2 最佳破乳溫度確定 為確定破乳劑的最佳破乳溫度，在破乳劑用量、破乳時間不變的情況下，不斷升高破乳溫度，觀測破乳效果，結果見圖2。

圖2 不同溫度對破乳效果的影響Fig.2 Curve about the dehydration rate in different temperature condition

由圖2可知，破乳溫度對破乳影響顯著，當破乳溫度為30℃時，原油脫水率約為60%，而當破乳溫度升至為50℃時，原油脫水率約為90%。破乳溫度的升高一方面是為了使得油水界面膜的強度降低；另一方面是增加破乳劑“接觸”小液滴的機會，使原油自身的表面活性劑被破乳劑分子“擠開”，從而使得乳狀液的類型發(fā)生改變。然而，溫度的持續(xù)升高不但會增加實驗的危險性，而且會使得能源的消耗增加，繼而影響破乳效果。因此，由圖2可知，最佳的破乳溫度為40℃，原油脫水率約為88%。

3.4.3 最佳破乳時間的確定 為確定破乳劑的最佳破乳時間，在破乳劑用量、破乳時溫度不變的情況下，隨著破乳時間的延長，不斷的觀測破乳效果，結果見圖3。

由圖3可見，破乳時間對破乳影響較大，當破乳時間為1min時，原油脫水率僅約為12%，而當破乳時間升至為15min時，原油脫水率為88%。破乳過程包括：破乳劑介入乳狀液、乳狀液原有膜的破裂、水包油乳狀液結構的形成與破壞。當破乳時間滿足整個破乳過程所需的時間總和時，即使再延長時間，破乳效果也不會隨之有較大變化。因此，最佳破乳攪拌時間為10min，原油脫水率約為85%。

圖3 不同破乳時間對破乳效果的影響Fig.3 Ccurve about the dehydration rate in different time

4 結論

（1）大慶原油乳狀液普遍使用的復配型破乳劑，對聚表劑驅采出液的破乳效果不佳，且油水分離時間長，90 min的脫水率為76%，不能適應聚表劑驅采出液的破乳要求。

（2）破乳劑 HHY-601，在 40℃、加藥量 30mg·L-1時，對大慶采油一廠聚表劑驅采出液的90 min脫水率均不低于89.7%，且其脫水后界面及掛壁情況良好，沒有乳狀液層，這樣對現(xiàn)場電脫水器工作狀況有一定保障，減少因含水量高而產(chǎn)生垮電場的可能。

（3）在 40℃下，破乳劑用量為 40mg·L-1，破乳時間為10min時，HHY-601型破乳劑即可達到良好的破乳效果。

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