油田原油破乳劑的作用機(jī)理及應(yīng)用

郭 鑫

（江蘇華揚(yáng)液碳有限責(zé)任公司，江蘇南京 210000）

原油在開(kāi)采過(guò)程中遇到水就形成比較穩(wěn)定的乳化液，或者剛采出的原油也含有一定量乳狀液形態(tài)的水，加上開(kāi)采中后期中不斷增加的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量，原油乳狀液穩(wěn)定性就越來(lái)越強(qiáng)。原油含水含鹽等雜質(zhì)量的增大，由一次采油階段的油包水（W/O）乳狀液逐漸轉(zhuǎn)化為二次采油后期、三次采油階段的水包油（O/W）乳狀液，這些都加大了原油破乳脫水的困難，并最終影響了原油的加工、輸送和儲(chǔ)存。因此，必須采用各種破乳脫水法對(duì)原油乳狀液進(jìn)行破壞，分離水分，提純?cè)?。這樣的需求就促進(jìn)了各種破乳脫水技術(shù)的誕生，如化學(xué)破乳法、電脫水法、物理脫水法、潤(rùn)濕聚結(jié)脫水法等。各種新型破乳劑的研制提高了破乳效率，原油破乳劑也由原來(lái)低相對(duì)分子型發(fā)展為高相對(duì)分子型。

1 原油破乳劑的破乳機(jī)理

1.1 乳狀液的類型

常見(jiàn)的乳狀液主要分兩種，一種是水包油型（O/W），油為分散相，水做分散介質(zhì)；另一種為油包水型（W/O），水是分散相，油是分散介質(zhì)。目前我國(guó)原油的乳狀液結(jié)構(gòu)多為油包水型。乳狀液從熱力學(xué)角度來(lái)看是一種非穩(wěn)體系，原油破乳的基本原理就是破壞乳狀液的穩(wěn)定性，通過(guò)油水的界面張力、界面電荷的影響、界面膜的形成等因素，結(jié)合熱力學(xué)方面的原理，使原油乳狀液穩(wěn)定性受到破壞，從穩(wěn)定體系轉(zhuǎn)化為非穩(wěn)體系，進(jìn)而分離出水。因此原油破乳過(guò)程更多考慮的是怎樣影響乳狀液的穩(wěn)定性，目前可通過(guò)重力沉降、離心沉降、過(guò)濾等機(jī)械法；或者通過(guò)電、熱、磁場(chǎng)、超聲波等物理法以及化學(xué)破乳法、生物破乳法等多種方式來(lái)達(dá)到破乳目的。

1.2 影響原油乳狀液穩(wěn)定性的因素

乳狀液在熱力學(xué)角度上是一個(gè)復(fù)雜的，非穩(wěn)定體系，其影響穩(wěn)定性的因素受不同的要求和條件限制，導(dǎo)致判斷方法沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)定，目前歸納出的影響乳狀液穩(wěn)定性因素主要有乳狀液油相組成、水相組成、液珠大小、乳化劑種類、油水密度、連續(xù)油黏度、溫度、內(nèi)外相體積比、老化等。

1.3 破乳劑對(duì)原油的作用機(jī)理類型

影響原油乳狀液穩(wěn)定性的因素種類繁多，導(dǎo)致破乳劑的作用機(jī)理沒(méi)有形成單一性的標(biāo)準(zhǔn)，目前破乳劑對(duì)原油的作用機(jī)理被廣泛認(rèn)同歸為以下幾種：

（1）相轉(zhuǎn)移反向變型機(jī)理。該機(jī)理主要是讓破乳劑和水油界面膜通過(guò)物理方法的作用相接觸并產(chǎn)生連接，從而使原油界面膜內(nèi)存在的原有天然活性物質(zhì)逐漸被置換，從而得到新的不穩(wěn)定界面膜。由于新的油水界面膜親水性強(qiáng)、牢固性差，與外相水聚集凝結(jié)后會(huì)導(dǎo)致外相水體積不斷縮小到一定程度后，油和水之間會(huì)產(chǎn)生密度差，從而實(shí)現(xiàn)水和油的分離。

（2）增溶機(jī)理。該機(jī)理主要運(yùn)用了破乳劑可以很大程度上溶解于乳化膜、破乳劑，在油水界面發(fā)生膠溶作用的原理，通過(guò)破乳劑促使界面膜物質(zhì)如瀝青、膠質(zhì)等天然乳化劑向水中或者油中溶解，從而使水分子和油分子脫離，促使液滴之間的聚結(jié)作用減小，降低了界面張力，破壞了界面膜，達(dá)到了破乳的效果。

（3）碰撞擊破界面膜機(jī)理。該機(jī)理主要通過(guò)物理碰撞在加熱或者攪拌的條件下，破乳劑不斷碰撞油-水界面膜并替換膜中的一部分活性介質(zhì)，進(jìn)而打破或者降低油水界面膜的穩(wěn)定性，從而在油水界面構(gòu)成不規(guī)則界面膜，有利于水滴聚集并分離開(kāi)水，最終破乳。

此外還有褶皺變形機(jī)理、絮凝-聚結(jié)機(jī)理等，都是根據(jù)乳狀液非穩(wěn)體系特點(diǎn)來(lái)應(yīng)用。

2 原油破乳劑的選用條件和要求

原油破乳劑應(yīng)具備較強(qiáng)的表面活力、足夠的絮凝能力、良好的濕潤(rùn)性能和較好的聚結(jié)效果，同時(shí)根據(jù)不同性質(zhì)乳化原油配合不同類型的破乳劑使用，即使是同一油田的原油，使用不同類型的破乳劑，原油的脫水效果也不同。如水體積分?jǐn)?shù)小于20%的原油可選用水溶性較強(qiáng)的破乳劑，大于20%應(yīng)選用油溶性破乳劑，選用合適的破乳劑可以在長(zhǎng)輸管道中輸送時(shí)仍能保持一定的破乳功能。此外破乳劑選用復(fù)配型比單劑效果好，如在選用AP 型和AE 型破乳劑最好要注入井底，只有這樣藥劑才能在油管內(nèi)起防蠟、降凝、降黏作用，到脫水站時(shí)又可以起破乳作用。

3 原油破乳劑的研究進(jìn)展

3.1 早期原油破乳劑發(fā)展情況

早期原油乳化液最開(kāi)始是使用FeSO4進(jìn)行破乳脫水，之后又使用燒堿、脂肪酸皂、環(huán)烷酸皂等普通皂類作為原油破乳劑，因其脫水效率低下后又研制出第一代低分子量的陰離子型破乳劑，隨后非離子型表面型破乳劑、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物為主體等原油破乳劑不斷被研制開(kāi)發(fā)。破乳劑按照低分子—高分子—超高分子的進(jìn)展歷程不斷發(fā)展，由破乳性能差、專一性強(qiáng)的單一破乳劑發(fā)展到靈活性強(qiáng)、破乳性能好的復(fù)配破乳劑。

3.2 當(dāng)前原油破乳劑的研究進(jìn)展

我國(guó)在20世紀(jì)60年代以前主要依賴進(jìn)口原油破乳劑，60年代中期以后，我國(guó)在原油破乳劑研發(fā)上取得很大進(jìn)步，目前已有高分子非離子表面活性劑、聚酯胺類、兩性離子聚合物等原油破乳劑不斷開(kāi)發(fā)面世。目前出現(xiàn)的可通過(guò)共沉淀法、溶劑熱法等合成并可以多次重復(fù)使用的磁性原油破乳劑凝結(jié)效果好、脫水速度快，能快速高效實(shí)現(xiàn)油水相的分離，且可在多次使用后還保持較高的破乳能力和效率。

3.2.1 復(fù)配型破乳劑

隨著原油開(kāi)采力度不斷加大，原油含水量增加，乳化結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，單一型破乳劑在廣譜性能上已不能適應(yīng)開(kāi)采需求，研究人員從復(fù)配的思路出發(fā)，通過(guò)將兩種或多種破乳劑進(jìn)行組合復(fù)配，把各類功效不同的破乳劑根據(jù)特定比例混合，來(lái)讓其具有更好的適應(yīng)性以及選擇性。如將低分子量醇與鹽、高含量石油磺酸鹽與無(wú)機(jī)鹽、烷氧基化酚醛樹(shù)脂與多糖多胺等進(jìn)行復(fù)配。復(fù)配破乳劑能有效提高脫水速度，降低使用成本和環(huán)境污染，同時(shí)由于復(fù)配破乳劑品種數(shù)量可研內(nèi)容多，普遍適合實(shí)驗(yàn)室小試，而且是提升破乳劑性能的一項(xiàng)有效、便捷、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)方法，復(fù)配所得破乳劑不僅能夠適合用在不同類型原油乳液狀中，并且還能有效減少實(shí)際使用破乳劑的數(shù)量，有利于成本的節(jié)約，所以對(duì)石油勘探、開(kāi)采具有廣闊的使用前景。

3.2.2 生物破乳

在生物破乳劑開(kāi)發(fā)前多使用化學(xué)破乳劑，化學(xué)破乳劑在水相中的殘留產(chǎn)物難降解容易帶來(lái)環(huán)境污染，且成本較高。在經(jīng)多年研究發(fā)現(xiàn)將生產(chǎn)菌進(jìn)行篩選，發(fā)酵生產(chǎn)，提取和純化后制得的生物破乳劑能夠避開(kāi)化學(xué)試劑的這個(gè)弊端。但單一的生物破乳劑具有一般破乳的局限性，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)，將化學(xué)破乳劑和生物破乳劑按照一定比例復(fù)配可以得出高效、廣譜且具有明顯協(xié)同作用的復(fù)合破乳劑，它在使用時(shí)用量相對(duì)較少，脫水速度快，經(jīng)濟(jì)成本低且環(huán)保性能強(qiáng)，具有廣泛的使用前景。

3.2.3 低溫破乳劑

隨著中后期原油的開(kāi)采會(huì)因?yàn)楦吆?、高采油速率、高采出程度和溫度降低快等因素?dǎo)致原油破乳工作難度增加，降低原油開(kāi)采工作效率和嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)效益。在這種情況下，原油低溫破乳劑SLDE-01、XP-1421、KD-25等的研制并廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)各大油田且取得較好的效果，大幅提高了因溫度降低過(guò)快導(dǎo)致的破乳難問(wèn)題。

3.2.4 稠油破乳劑

當(dāng)前我國(guó)油田開(kāi)發(fā)不斷加大，稠油開(kāi)采量逐步增加，越來(lái)越多的使用乳化降黏技術(shù)以及蒸汽熱采技術(shù)。而稠油具有高膠質(zhì)、高密度、高黏度以及含有大量瀝青等特征，屬于一類重質(zhì)油。在原油中瀝青質(zhì)與膠質(zhì)都是以膠體粒子的形態(tài)存在，所以稠油的水乳狀液具有較好的穩(wěn)定性。使用普通的破乳劑通常難以獲得良好的破乳效果，所以需要采取交聯(lián)改性等方式來(lái)形成一種適合用在高含水期稠油的破乳劑，如XPI-985B。

3.2.5 復(fù)合驅(qū)采出液破乳劑

當(dāng)前越來(lái)越多的使用到了復(fù)合驅(qū)，所以必須要積極研發(fā)出與復(fù)合驅(qū)采出相適應(yīng)的破乳劑以及化學(xué)藥劑。在實(shí)際破乳時(shí)，常常會(huì)受到聚合物含量以及二元復(fù)合驅(qū)的影響，所以相關(guān)工作人員應(yīng)用破乳劑間的“協(xié)同效應(yīng)”研發(fā)了FPW320破乳劑，其能夠有效抵抗聚合物的影響，且能夠在短時(shí)間內(nèi)完成破乳，降低乳化層發(fā)生概率，而且污水中油含量較少，對(duì)于三元復(fù)合驅(qū)（ASP）采出液中W/O、O/W、O/W/O 型乳狀液共存，具有較為穩(wěn)定的乳液狀態(tài)，且不會(huì)出現(xiàn)破乳脫水的問(wèn)題。

3.2.6 反相破乳劑

對(duì)于普通原油破乳劑而言，其主要是利用分子內(nèi)的高活性非離子聚醚基因來(lái)滲透、破壞、絮凝以及聚結(jié)等作用來(lái)破除W/O 型乳狀界面。對(duì)于普通反相破乳劑來(lái)說(shuō)，其主要是利用分子內(nèi)的陽(yáng)離子基團(tuán)存在的許多正電荷來(lái)對(duì)O/W 界面膜上的負(fù)電荷進(jìn)行中和，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)破乳的效果。而RD-1反相破乳劑的重要成分為改性環(huán)乙環(huán)丙陽(yáng)離子聚醚，并增加一些助劑，以有效促進(jìn)電荷中和、滲透、破壞、絮凝以及聚結(jié)等作用，讓其得以在短時(shí)間內(nèi)有效破乳。

3.2.7 微膠囊破乳劑

該類破乳劑主要是使用凝膠作為微膠囊的外殼，同時(shí)采用一些螯合劑來(lái)確保其穩(wěn)定性，往膠囊內(nèi)放置破乳劑，在堿金屬以及高濃度鹽水的環(huán)境中，能夠讓其釋放破乳劑的時(shí)間變長(zhǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間破乳的效果。

3.2.8 聲化學(xué)破乳

該類破乳的機(jī)理在于輻射聲波能量至原油乳液當(dāng)中，讓其發(fā)生攪拌、空化等超聲反應(yīng)，以對(duì)有水相介膜進(jìn)行破壞，進(jìn)而發(fā)揮起破乳脫水的效果。

此外，非聚醚型聚合物破乳劑、微波輻射破乳、星形破乳劑等新型原油破乳劑和電泳法破乳、振動(dòng)破乳、電磁場(chǎng)破乳、電聲波破乳中應(yīng)用和膜分離技術(shù)等各種技術(shù)和藥劑被廣泛應(yīng)用于原油破乳中，極大地提高了原油破乳工作效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)原油開(kāi)采程度不斷加深，油田中原油破乳脫水所面臨的難題也越來(lái)越多，對(duì)原油破乳劑的創(chuàng)新科研力度也提出更高的要求。如何解決原油破乳劑配伍性差、破乳效果不佳、廣譜性能差以及解決破乳劑廢水殘留等問(wèn)題，已成為相關(guān)部門和人員的研究方向，目的是提高原油的開(kāi)采效率，提高原油的產(chǎn)量。