交聯(lián)改性含硅原油破乳劑研究

李懷閣 翟洪金 應(yīng) 玨 胡金虎

(1.句容寧武高新技術(shù)發(fā)展有限公司,江蘇 句容 212405; 2.新疆塔里木油田建設(shè)工程有限責(zé)任公司 化學(xué)助劑廠,新疆 庫(kù)爾勒 841000)

破乳劑是所有油田不可缺少的化學(xué)助劑,它承擔(dān)著原油乳狀液破乳脫水的任務(wù)。目前,大部分油田進(jìn)入高含水生產(chǎn)期,原油含水量逐年上升,加上一些開采增產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用,使得采出液性質(zhì)越來越復(fù)雜,穩(wěn)定性增強(qiáng),破乳脫水難度增大?，F(xiàn)場(chǎng)所用破乳劑為高分子聚醚類,此類破乳劑對(duì)原油乳狀液針對(duì)性較強(qiáng),為改善此類破乳劑的不足,國(guó)內(nèi)研究主要采取改頭、擴(kuò)鏈、交聯(lián)、接枝、加骨、換尾、復(fù)配等方法[1-5]對(duì)聚醚類破乳劑進(jìn)行改性。改頭是指選用具有活潑氫的起始劑,使破乳劑在原油乳狀液體系的油相乃至界面上都有很好的相溶性,潤(rùn)濕和滲透能力增強(qiáng),提高破乳劑分子的擴(kuò)散速度和擴(kuò)散程度。擴(kuò)鏈?zhǔn)轻娪眠m當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)方法,用雙官能團(tuán)活潑氫化合物作擴(kuò)鏈劑,將相對(duì)分子質(zhì)量較低的聚合物連接成線型分子,使破乳劑的相對(duì)分子質(zhì)量顯著增加,提高破乳效果。交聯(lián)是利用交聯(lián)劑將高分子破乳劑交聯(lián)形成相對(duì)分子質(zhì)量更大的超高分子網(wǎng)狀破乳劑,充分發(fā)揮高分子的架橋作用,把乳化膜中的液珠以及乳狀液中游離的液滴聚集在一起,實(shí)現(xiàn)油水快速分離。接枝是指利用特殊的化學(xué)反應(yīng)使相對(duì)分子質(zhì)量高的聚合物鏈上的某些官能團(tuán)與其他化合物反應(yīng),在分子中引入一定相對(duì)分子質(zhì)量或具有特殊官能團(tuán)的支鏈,增大相對(duì)分子質(zhì)量或局部改變分子的結(jié)構(gòu),提高破乳效果。加骨是指在破乳劑分子中加入新的骨架從而生成一種新的破乳劑。換尾是指利用化學(xué)方法將同類或不同類的聚合物端基進(jìn)行酯化制備新型破乳劑。復(fù)配是將各種具有不同功效的破乳劑按比例混合,使之具有廣泛性;或?qū)⑵迫閯┡c有機(jī)或無機(jī)添加劑混合得到兼具防蠟、降黏等作用的破乳劑。

通過上述方法對(duì)非離子聚氧乙烯、聚氧丙烯嵌段聚合物進(jìn)行改性,提高了破乳劑現(xiàn)場(chǎng)使用效果,但對(duì)含硅破乳劑[6-11]和低溫破乳劑[12-14]的相關(guān)研究較少。為提高聚醚類破乳劑的使用廣譜性并改善其低溫破乳效果,本研究先將硅烷偶聯(lián)劑KH570醇解,再對(duì)聚醚破乳劑C-16進(jìn)行交聯(lián)改性,在破乳劑分子鏈中引入新的含硅基團(tuán),加強(qiáng)其在原油乳狀液油水界面膜的溶解和破壞作用,提高破乳劑對(duì)模擬原油乳狀液和不同現(xiàn)場(chǎng)原油乳狀液的脫水效果,表現(xiàn)出較好的低溫破乳作用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

試劑:氫氧化鈉、乙醇胺、氧化鈣、二甲苯、無水乙醇,試劑均為分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;KH570,南京經(jīng)天緯化工有限公司;蒸餾水、聚醚破乳劑C-16,本公司;無味煤油,無錫城南石油制品有限公司;脫水原油,江蘇油田。

儀器:BME100LX高剪切混合乳化機(jī),上海威宇機(jī)電制造廠有限公司;DCAT11表面/界面張力測(cè)量?jī)x,北京東方德菲儀器有限公司;OY-PR450破乳劑評(píng)選儀,長(zhǎng)沙歐伊爾試驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.2 交聯(lián)改性含硅破乳劑GJ-16的制備

將定量KH570溶液、蒸餾水、乙醇胺和乙醇加入燒杯中,使用集熱式恒溫加熱磁力攪拌器恒溫70 ℃,攪拌反應(yīng)3 h,得到含硅改性劑溶液。在裝有攪拌器、恒壓滴液漏斗和冷凝管的四口燒瓶中,加入定量聚醚破乳劑C-16、二甲苯、氫氧化鈉和氧化鈣,控制反應(yīng)溫度120 ℃,開動(dòng)攪拌器,逐滴加入含硅改性劑溶液,1 h滴加完畢,繼續(xù)攪拌反應(yīng)4 h;然后將無水乙醇加入至四口燒瓶中,溶解,攪拌1.5 h后靜置,然后過濾除去其中的固體雜質(zhì)。

將濾除雜質(zhì)后的溶液倒入梨形燒瓶?jī)?nèi),利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在熱水浴65 ℃條件下,減壓蒸餾脫去二甲苯和乙醇,得破乳劑GJ-16。

1.3 模擬原油乳狀液的制備

將江蘇油田的固體原油,水浴45 ℃加熱到熔化,趁熱與無味煤油按4∶3(體積比)混合均勻形成模擬原油,然后取適量模擬原油和去離子水以7∶3(體積比)進(jìn)行混合,用高剪切乳化機(jī)在3 000 r·min-1條件下攪拌15 min制得模擬原油乳狀液,倒入50 mL具塞刻度管中待用。該條件下制得的模擬原油乳狀液在48 h內(nèi)不發(fā)生油水分層現(xiàn)象。

1.4 原油乳狀液含水率的測(cè)定

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8929—2006《原油水含量的測(cè)定蒸餾法》對(duì)原油乳狀液進(jìn)行含水率測(cè)定。

1.5 破乳脫水實(shí)驗(yàn)

按石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5281—2018的規(guī)定采用瓶試法進(jìn)行脫水試驗(yàn)?？疾炱迫閯〤-16和GJ-16在不同溫度、不同加藥量下對(duì)模擬原油乳狀液的脫水實(shí)驗(yàn)情況;考察破乳劑C-16、GJ-16和東河站、哈六站現(xiàn)場(chǎng)用破乳劑在不同加藥量下對(duì)現(xiàn)場(chǎng)原油乳狀液的脫水試驗(yàn)情況。

脫水率R=脫出的水量/原油含水總量×100%。

2 結(jié)果與討論

2.1 對(duì)模擬原油乳狀液的脫水實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

破乳劑C-16和GJ-16在恒溫60 ℃、用量100 mg·L-1和150 mg·L-1情況下的破乳脫水結(jié)果如圖1和圖2所示。

圖1 60 ℃時(shí)C-16與GJ-16對(duì)模擬原油乳狀液破乳效果的對(duì)比

圖2 60 ℃時(shí)C-16與GJ-16不同用量下對(duì)模擬原油乳狀液破乳效果的對(duì)比

從圖1發(fā)現(xiàn),對(duì)模擬原油乳狀液,60 ℃、破乳劑用量100 mg·L-1情況下,60 min時(shí)GJ-16的脫水率是65%,C-16的脫水率僅為45%,表明改性后破乳劑的脫水率明顯優(yōu)于改性前;120 min時(shí)GJ-16的脫水率達(dá)到90%以上,遠(yuǎn)高于改性前。用量為150 mg·L-1時(shí),試驗(yàn)僅75 min,GJ-16的脫水率就達(dá)到了85%,最后脫水率高達(dá)93.5%。結(jié)合圖2,我們認(rèn)為,采用KH570交聯(lián)改性破乳劑C-16的方案是可行的。

2.2 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)原油乳狀液的脫水試驗(yàn)結(jié)果與討論

在塔里木油田東河站、哈六站現(xiàn)場(chǎng)使用破乳劑、C-16、GJ-16,控制溫度40 ℃、用量100～300 mg·L-1條件下,得到破乳脫水結(jié)果如表1和圖3所示。

表1 40 ℃時(shí)C-16、GJ-16和東河站現(xiàn)場(chǎng)破乳劑不同用量對(duì)東河站現(xiàn)場(chǎng)原油乳狀液脫水率的影響

圖3 破乳劑對(duì)哈六站現(xiàn)場(chǎng)原油破乳效果對(duì)比

對(duì)兩個(gè)站的現(xiàn)場(chǎng)原油乳狀液進(jìn)行40 ℃、不同濃度下的破乳試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)破乳劑C-16的脫水率均不如現(xiàn)場(chǎng)破乳劑,而改性后的GJ-16普適性較好,低溫破乳效果明顯得到改善,對(duì)比東河現(xiàn)場(chǎng)破乳劑,脫水率更高。

3 結(jié)論

作者采用KH570先醇解后改性聚醚破乳劑C-16制備新型含硅原油破乳劑,由于在原破乳劑分子鏈中引入含硅基團(tuán)且提高了分子交聯(lián)密度,增大了分子量,使得破乳劑的脫水效果得到了提高。對(duì)比改性前與改性后破乳劑對(duì)模擬原油乳狀液、塔里木油田東河聯(lián)合站現(xiàn)場(chǎng)原油乳狀液、哈六現(xiàn)場(chǎng)原油乳狀液的脫水效果,結(jié)果表明改性后破乳劑脫水效果優(yōu)于改性前,并且表現(xiàn)出低溫破乳脫水的優(yōu)勢(shì)。使用的改性方法反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)單,改性后破乳劑脫水效果好,該方法具有一定的推廣價(jià)值。