塔河油田稠油乳狀液破乳劑優(yōu)選復(fù)配初探

吳繁華，王 瑞，孫娜娜，胡建波，鄭 莉

（1.西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710065；2 西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

塔河油田的原油資源豐富，其中最主要的是重質(zhì)稠油。重質(zhì)稠油的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量高，因此破乳脫水困難，給塔河原油的煉制加工帶來了較大的困難[1]。我國稠油的總產(chǎn)量約占原油產(chǎn)量的1/10，稠油的開采對油氣資源的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[2]。塔河油田的稠油占比最高，隨著開發(fā)的不斷深入，塔河油田稠油區(qū)塊逐步進(jìn)入中高含水階段，乳化情況嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致聯(lián)合站出現(xiàn)脫水能耗高、加藥量大、脫水時間長等問題，嚴(yán)重影響了集輸系統(tǒng)的效能提升以及外輸原油的質(zhì)量保障。因此，對原油乳狀液破乳所需的破乳劑進(jìn)行篩選顯得尤為重要?，F(xiàn)用的破乳劑存在脫水率低、脫出水渾濁等問題，需要尋找新的方法去解決這些問題[3]。目前，國內(nèi)外常用的破乳劑的篩選評價方法有瓶試法、界面張力法、HLB 值法、PACN-EACN 法等。由于各地區(qū)油田的性質(zhì)不同，稠油乳狀液的結(jié)構(gòu)和性能也不相同，因此破乳劑的篩選方法也不固定[4]。相較于其他破乳劑的篩選評價方法，瓶試法具有操作簡單方便、結(jié)果直觀、使用地點不受限制等優(yōu)點，目前在研究中最為常用[5]。

本文根據(jù)塔河油田稠油區(qū)塊進(jìn)行破乳過程中存在的問題，針對性地選擇了8 種破乳劑，在破乳溫度78℃、較少的破乳劑投加量的情況下，進(jìn)行破乳單劑的篩選實驗，以脫水率為主要指標(biāo)，優(yōu)選出最優(yōu)型號的破乳劑，再將其與無機(jī)絮凝劑復(fù)配，研究破乳劑加量、無機(jī)絮凝劑加量對破乳效果的影響。

1 塔河稠油乳化及破乳工藝現(xiàn)狀

1.1 塔河油田現(xiàn)狀

塔河油田的主要油藏類型是碳酸鹽巖型，油田含稠油的油藏豐富，埋藏深度超過5400m，原油的瀝青質(zhì)含量高，輕質(zhì)組分含量低，具有流動性差、黏度高、密度大等特點[6]。稠油在地層中具有流動性，一般通過井筒舉升進(jìn)行開采，但在舉升過程中，隨著溫度降低，稠油黏度驟降，導(dǎo)致流動性差，采收率低[7]。

1.2 稠油乳化降黏工藝

稠油的黏度高，流動阻力大，極不容易開采。塔河油田擁有相當(dāng)儲量的稠油，為了更好地進(jìn)行開采，需要對稠油進(jìn)行降黏處理。目前常用的稠油降黏方法有摻稀降黏、加熱降黏、乳化降黏等[8]。摻稀降黏是在稠油中加入稀油，以降低稠油黏度，該方法的降黏效果好，操作簡單，具有較高的經(jīng)濟(jì)性。加熱降黏通過加熱來降低稠油黏度，但該方法的能耗大，經(jīng)濟(jì)損耗大。乳化降黏是在稠油中加入合適的乳化劑，在適當(dāng)?shù)娜榛瘻囟群腿榛瘡?qiáng)度下，將原油分散于水中形成乳狀液[9]。目前塔河油田的稠油開采實施的是井筒降黏，主要以摻稀降黏開采為主[10]，但是也因此導(dǎo)致原油組分發(fā)生了改變，打破了原有的平衡狀態(tài)。

1.3 稠油乳狀液的破乳工藝

針對原油乳狀液的破乳，國內(nèi)外常規(guī)的方法有熱化學(xué)沉降法、生物破乳法、電破乳等[11-13]。熱化學(xué)沉降脫水是將稠油加熱到一定溫度，并在稠油乳狀液中加入一定量的破乳劑，以降低油水界面膜的表面張力，破壞乳狀液的穩(wěn)定性，使得水分子從稠油乳狀液中脫離聚結(jié)，并在重力作用下沉降析出，達(dá)到油水分離的目的[14]。目前，塔河油田采用熱化學(xué)沉降脫水工藝進(jìn)行原油的脫水處理，使用SDBS、CaCl2等型號的破乳劑對稠油乳狀液進(jìn)行破乳[15]，存在脫水率低、脫出水色渾濁、存在掛壁現(xiàn)象等問題，因此挑選出效果更好的破乳劑很有必要。

2 實驗材料和方法

2.1 實驗裝置

恒溫水浴鍋、電子秤、磁力攪拌器、具塞比色管、燒杯。

2.2 材料和試劑

塔河油田稠油乳狀液（圖1）的含水質(zhì)量小于0.5%，密度（30℃）為0.964g·cm-3，表觀黏度為2356mPa·s。所用的破乳劑及試劑的基本情況見表1。

表1 實驗藥劑的基本情況

圖1 實驗用稠油乳狀液

聚合氯化鋁溶液的制備：配制濃度為1%的聚合氯化鋁溶液于燒杯中，用磁力攪拌器攪拌均勻，裝瓶備用。

2.3 實驗方法

室內(nèi)破乳的評價實驗按照SY/T 5280-2018《原油破乳劑通用技術(shù)條件》中的相關(guān)實驗方法進(jìn)行。將一定量的乳狀液攪拌后置于比色管中，并用玻璃針管加入一定體積的破乳劑，然后用手水平搖動200 次，立即放置于78℃水浴中靜置1h。從放入的時刻開始記時，前10min，每隔2min 測量1 次分水高度；10min 后，每隔10min 測量1 次分水高度。靜置24h 后測量乳狀液的總高度，在此基礎(chǔ)上，計算不同類型破乳劑的破乳效果。

以加入藥劑后乳狀液的分水情況作為破乳效果的評價指標(biāo)，計算公式如式（1）所示。

式中，f為分水率，%；h1為乳狀液析出水高度，mm；h2為乳狀液總水高度，mm；0.34 為乳狀液中活性水所占比例。

3 實驗結(jié)果與討論

3.1 破乳劑的單劑性能測試

取塔河油田稠油乳狀液，在溫度為78℃、破乳劑加藥量為100mg·L-1的條件下， 8 種破乳劑單劑對塔河油田稠油乳狀液的破乳效果，以及破乳劑單劑的分水情況見圖2。

圖2 不同破乳劑對稠油乳狀液的效果比較

由圖2 可知，選取的8 種典型破乳劑，均能實現(xiàn)對塔河油田稠油乳狀液的破乳，但是破乳效率有較大差異。向乳狀液中加入破乳劑后，隨著時間延長，乳狀液的分水率逐漸升高，時間達(dá)到40min 后，乳狀液分水率的增長速度逐漸變慢。從圖2 可知，在相同的藥劑投加量下，相比其他型號的破乳劑，破乳劑R-15、P-16 的破乳效果更佳。R-15 在60min 時，分水率達(dá)到25.21%；P-16 在60min 時，分水率達(dá)到25.58%，因此選用這2 種破乳劑進(jìn)行全濃度實驗，以找到其最佳濃度。

相比其他破乳劑，破乳劑P-16 和R-15 的效果最好，是因為這2 種型號的破乳劑均為非離子型破乳劑，因此具有表面活性高、在水溶液中的表面張力低、增溶作用強(qiáng)等特點，且與其他表面活性劑的相容性較好，所以兩者均表現(xiàn)出較好的破乳效果。

3.2 破乳劑濃度對稠油乳狀液破乳的影響

將上述實驗確定的2 種破乳劑單劑，進(jìn)行了2 組不同類型破乳劑的全濃度實驗，以探究破乳劑發(fā)揮最大作用時的濃度。濃度范圍設(shè)定為50～200mg·L-1，濃度間隔為25mg·L-1，實驗結(jié)果見圖3。

圖3 破乳劑全濃度優(yōu)選實驗結(jié)果

R-15 的全濃度實驗結(jié)果見圖3(a)。實驗的初始濃度為50mg·L-1，隨著濃度增大，乳狀液整體的分水率在提高，濃度增加到150mg·L-1，分水率達(dá)到31.33%；濃度繼續(xù)增大，乳狀液的分水率逐漸降低。P-16 的全濃度實驗結(jié)果見圖3(b)。實驗的初始濃度為50mg·L-1，濃度增大到175mg·L-1，該破乳劑的分水效果達(dá)到最佳，為34.43%；濃度繼續(xù)增大，乳狀液的分水率開始下降。破乳時，加入的破乳劑不是越多越好，而是有一個最佳值。破乳劑的投加量較少時，破乳劑分子會以單獨的形態(tài)吸附到油和水的表面，吸附量會隨濃度的增大而增大，此時，油和水的界面張力會迅速降低，脫水率相應(yīng)增大；當(dāng)破乳劑濃度接近臨界膠束濃度時，界面吸附趨于平衡，此時界面張力不再下降，脫水率也達(dá)到最大值。此時再增加破乳劑的濃度，破乳劑分子開始聚集成簇形成膠束，導(dǎo)致界面張力增加，脫水率反而下降。對比2 種破乳劑的破乳效果，選擇175mg·L-1的P-16進(jìn)行下一步的復(fù)配實驗。

3.3 破乳劑二元體系的配方優(yōu)化

由于單一的破乳劑不能達(dá)到預(yù)期的效果，因此在實驗中先添加175mg·L-1的P-16，再用1mL 的注射器加入不同濃度的PAC 溶液，測定PAC 溶液各濃度下的分水率，以找到最佳濃度，實驗結(jié)果見圖4。

圖4 破乳劑二元體系復(fù)配的實驗結(jié)果

從圖4 中可以看出，添加無機(jī)絮凝劑后，乳狀液的分水率有明顯提升，有利于破乳。添加無機(jī)絮凝劑后，在10～40min 內(nèi)，乳狀液的分水率增長較快；40min 后，分水率趨于穩(wěn)定。從50mg·L-1開始，乳狀液的分水率隨著無機(jī)絮凝劑濃度的增大而增大，濃度達(dá)到100mg·L-1時，分水率達(dá)到76.36%，相比單一的P-16，破乳效果得到了明顯的提升。PAC 濃度繼續(xù)增大，乳狀液的分水率開始降低，因此確定用濃度175mg·L-1的P-16 破乳劑與濃度100mg·L-1的PAC 溶液進(jìn)行復(fù)配。

4 結(jié)論

1）塔河油田采用兩段熱化學(xué)沉降脫水工藝進(jìn)行原油的脫水處理，因此選擇最優(yōu)型號的破乳劑，降低原油的處理成本非常有必要。

2）采用瓶試法對8 種破乳劑進(jìn)行篩選的結(jié)果表明，不同的破乳劑對乳狀液的破乳效果有很大差異，其中型號為R-15 與P-16 的破乳劑，在加藥量為100mg·L-1、溫度為78℃、破乳時間為1h 的條件下，脫水率分別達(dá)到25.21%和25.58%。

3）破乳劑的復(fù)配結(jié)果表明，在溫度78℃、破乳時間1h、破乳劑加藥量為175mg·L-1、聚合氯化鋁加藥量為100mg·L-1的條件下，脫水率得到進(jìn)一步提高，達(dá)到76.36%。