雙河油田三元復(fù)合驅(qū)采出液灰色關(guān)聯(lián)分析及破乳研究

拓　丹，安云飛，魏　君，于洪江

西安石油大學化學化工學院，西安 710065

三元復(fù)合驅(qū)作為重要的三次采油技術(shù)，具有驅(qū)油效率高的特點，在各油田得到迅速發(fā)展。然而三元復(fù)合驅(qū)采出液中殘留的堿、表面活性劑、聚合物，使油水乳化嚴重，油水分離難度增大[1-3]。為了解決此問題，在乳狀液的穩(wěn)定性[4-5]、破乳劑的篩選與合成[6-7]等進行了一系列研究，取得了一定的成果。筆者結(jié)合雙河油田三元復(fù)合驅(qū)采出液特點，通過灰色關(guān)聯(lián)分析研究了影響采出液含油量的主要因素，篩選合適的破乳體系進行破乳實驗。

1　實驗

1.1　原料及儀器

原油，河南油田第一采油廠雙河礦區(qū)；石油磺酸鹽、聚丙烯酰胺，河南油田第一采油廠；AE非離子型反相破乳劑、陽離子型季銨鹽反相破乳劑，茂名華粵云龍石化有限公司；氯化鎂、氯化鋁，西安化學試劑廠。

UV-2600型紫外分光光度計，島津(香港)有限公司；馬爾文Zeta Sizer Nano zs-90電位儀，英國馬爾文儀器有限公司；電熱恒溫水浴鍋，金壇市大地自動化儀器廠。

1.2　樣品采集與分析方法

三元復(fù)合驅(qū)采出液，來自河南油田第一采油廠雙河礦區(qū)，采集分離器出口樣品。采出液樣品的采集與分析參照石油天然氣行業(yè)標準：SY/T 5523—2006《油田水分析方法》、SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標及分析方法》、SY/T 5862—2008《驅(qū)油用聚合物技術(shù)要求》。

1.3　灰色關(guān)聯(lián)分析

三元復(fù)合驅(qū)采出液是O/W乳狀液體系，影響該體系乳狀液穩(wěn)定性的機理較明確，而不同油田在進行復(fù)合驅(qū)時所用驅(qū)油劑(表面活性劑、聚合物、堿)不同，原油成分差異，乳狀液穩(wěn)定性的機理與影響因素之間關(guān)系是不明確的灰色體系。對于此體系，無法用傳統(tǒng)方法分析處理。而灰色理論則可對有限的、表面上無規(guī)律的數(shù)據(jù)進行分析處理, 找到體系本身具有的特征和基本規(guī)律。對體系進行灰色關(guān)聯(lián)分析，首先要找準描述體系行為特征的數(shù)據(jù)系列，一般將反映體系主要行為的數(shù)列作為母數(shù)列，對主要行為有一定影響的各數(shù)列作為子數(shù)列[8]。對于復(fù)合驅(qū)采出液體系，選取水相含油量為母因數(shù)，選取驅(qū)油劑成分等因素作為子因數(shù)，通過此方法可得到影響采出液穩(wěn)定性主要因素的順序，為采出液的破乳和破乳劑選擇提供依據(jù)。

2　結(jié)果與討論

2.1　雙河礦區(qū)采出液含油量影響因素的確定

連續(xù)10 d采集三元復(fù)合驅(qū)采出液樣品，測定聚丙烯酰胺含量、表面活性劑含量、含油量、體系pH、Zeta電位，結(jié)果見表1。

生產(chǎn)中使用的陽離子型聚丙烯酰胺對三元復(fù)合驅(qū)采出液的油水分離具有不利和有利作用。有利作用是聚合物能促使分散的油珠絮凝聚結(jié)；不利作用是聚合物增加水相黏度，降低油珠上浮速度，影響破乳速度。聚合物含量較小(<1 000 mg/L)時，有利作用大于不利作用，有利于油水分離破乳[3]。

表1　三元復(fù)合驅(qū)采出液分析結(jié)果

由于驅(qū)油用表面活性劑為石油磺酸鹽，因此采出液是陰離子穩(wěn)定的O/W型乳狀液。陰離子表面活性劑在界面上吸附時，親水極性基團因電離而使液滴帶負電荷，Zeta電位為負值，阻止油珠聚并，使乳狀液更加穩(wěn)定，不利于破乳。

以含油量為母因素，采用Matlab程序，進行灰色關(guān)聯(lián)分析，考察聚丙烯酰胺含量、表面活性劑含量、體系pH、Zeta電位對含油量的影響，對影響因素的關(guān)聯(lián)度排序，結(jié)果見表2。

表2　含油量的灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果

從表2看出，由灰色關(guān)聯(lián)度可知，因素對含油量的影響順序為：體系pH>Zeta電位>表面活性劑含量>聚丙烯酰胺含量，體系pH和Zeta電位對含油量的影響較明顯。因此，任何調(diào)節(jié)體系pH以中和電荷的變化均可能導(dǎo)致乳狀液的絮凝和聚結(jié)。同理，添加電解質(zhì)如Mg2+、Al3+于乳狀液體系可減少原來膠粒所帶電荷，導(dǎo)致絮凝和聚結(jié)。選用破乳劑時，如采用陽離子型破乳劑，可中和油-水界面膜上電荷，破壞受電荷保護的界面膜，有利于采出液的油水分離和破乳。

2.2　破乳體系的篩選和復(fù)配實驗

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析的結(jié)果，選用4種類型的破乳體系進行破乳實驗。將三元復(fù)合驅(qū)采出液在50 ℃水浴中恒溫，分別加入破乳體系，按照標準SY/T 5281—2000《原油破乳劑使用性能檢測方法(瓶試法)》中的方法進行破乳實驗，測定破乳1 h水相含油量，結(jié)果見表3。其中反相破乳劑(AE非離子聚醚型、陽離子季銨鹽型)濃度均為40.0 mg/L，MgCl2、AlCl3濃度均為400 mg/L。

表3　不同破乳體系的破乳效果比較

三元復(fù)合驅(qū)采出液的Zeta電位值為負，加入陽離子型反相破乳劑能中和油水界面上的負電荷，Zeta電位增大，破壞油珠的水化膜，壓縮雙電層，使油珠聚集變大，與水分開。因此，季銨鹽型反相破乳劑比聚醚型反相破乳劑除油率更高。從表3看出，在季銨鹽型反相破乳劑中分別加入MgCl2、AlCl3，Zeta電位進一步增大，除油率也隨之提高。Al3+的電荷比Mg2+的高，影響也顯著，這和灰色關(guān)聯(lián)分析的結(jié)果一致。

2.3　三元復(fù)合驅(qū)采出液破乳速率實驗結(jié)果

三元復(fù)合驅(qū)采出液在50 ℃水浴中恒溫，加入40 mg/L季銨鹽型反相破乳劑及400 mg/L的MgCl2(加入AlCl3時有絮體進入油相中)，進行破乳實驗，結(jié)果見表4。季銨鹽型反相破乳劑/MgCl2體系對三元復(fù)合驅(qū)采出液具有較快的破乳速率和良好的除油效果。

表4　采出液破乳速率實驗結(jié)果

3　結(jié)論

1)根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析可知，對含油量大小影響的因素順序為：體系pH>Zeta電位>表面活性劑含量>聚丙烯酰胺含量，為破乳劑的篩選和評價提供了依據(jù)。

2)陽離子型銨鹽反相破乳劑對雙河油田三元復(fù)合驅(qū)采出液的除油效果明顯，與MgCl2復(fù)配后進一步提高除油效果，破乳3 h，除油率達92.5%。

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