南京中设石化工程有限公司
引言
在石油开采过程中，由于原油中胶质物、沥青质环烷酸、脂肪酸及盐、晶态石蜡以及人为引入的各种具有表面活性的物质的乳化作用，致使所采出的原油多呈乳状液的状态，而且含水量不断升高，以及各种增产措施的应用，造成油井采出液油/水乳化严重，油/水分离难度加大，导致目前的常规破乳剂对这种采出液的脱水不理想，从而加大了原油破乳脱水的困难。
1破乳机理
从化学类型上看，破乳剂主要是以非离子聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚合物为主，在传统破乳剂的基础上进行改性，研究的方法有"改头、换尾、加骨、扩链、交联、接枝、复配"等。破乳机理相转移-向变型机理、碰撞击破界面膜机理、增溶机理、褶皱变型机理等四种。破乳作用的关键是取代吸附在界面上的天然乳化剂，降低界面膜的弹性和粘性，从而降低界面膜的强度，加速液滴的聚结。该破乳剂利用丙烯酸和甲醇油在催化剂和阻聚剂的存在下进行酯化反应，然后和丙烯酸在引发剂的作用下进行共聚，反应机理如下所示：
其中需要测定羟值确定聚醚多元醇分子量的大校羟值表达式如下： 式中：OHV-聚醚多元醇的羟值，mgKOH/g；56100-KOH的摩尔质量乘以1000换算而来的系数；f-聚醚多元醇分子的官能团；Mw-聚醚多元醇的摩尔质量。
1.2干剂筛选
9#-B型破乳剂是多枝型的非离子表面活性剂，亦适用于石蜡基原油乳状液，其破乳效果好，且能在低温情况下使原油快速脱水。该破乳剂是以酚醛树脂为起始剂合成的三段聚醚。试验采用"瓶试法"在容量为100ml具塞量筒盛50ml含水34%的原油，恒温15min加入破乳剂，手摇200次，然后放入恒温水浴中静止脱水，记录15min、30min、60min的脱出水量。计算最终脱水率。首先是破乳剂干剂筛选，确定主剂，经过试验后，确定5#样品效果较好，然后对其配方筛选及确定。室内试验中用包括轻质石油产品在内的十几种溶剂对5#干剂的溶解性做了测定，分别用芳烃和甲醇加其它溶剂配制的破乳剂，分两个温度段进行不同浓度的梯度试验，经过实验结果对比得出，9#-B在45℃的条件下，加药浓度在160ppm左右脱水率在94%以上，脱出水色清且满足现场工艺要求。根据"协同效应"，为使破乳脱水效果更好，同时保证产品在应用过程中质量长期稳定、不沉降、不分层，且要具有良好的分散性能，所以在试验过程中，选用分散剂、稳定剂、降凝剂等多种添加剂，成功地研制出了适合现场直接使用的高效9#-B破乳剂。
2室内实验
2.1问题调研与实验
随着采出液含水的不断上升，生产系统的操作温度持续下降。脱水温度由投产初期的55℃左右降到目前不足50℃，且正常情况下操作温度只有45℃左右。为此，对油田采出液进行了室内脱水实验，进行原因分析。（1）实验条件。实验原油：联合站进站原油，原始含水41.5%；破乳剂：国内部分代表型号和现场在用药剂。（2）实验结果见表1。（3）实验现象：在低于50℃时，包括空白在内，虽然脱后原油含水有明显降低，但脱水管中并无明显的脱出水。表明在沉降过程中，脱后原油含水可以形成一定梯度，但乳化水并没有实现比较完全的破乳、聚并、分离。（4）主要原因分析：该原油为石蜡基原油，凝固点在30℃左右。析蜡点在50℃左右。低于析蜡点时，原油中大量蜡晶的析出导致乳状液的界面膜机械强度、粘弹性增加，阻碍了乳化分散水滴的聚并、聚结，不能有效地实现油水分离。
2.2破乳剂分子结构设计
根据室内实验结果与现象，对适用的破乳剂进行了分子结构的设计，并优化了合成工艺与组成。（1）破乳剂主剂。主链：在以碳主链为主的基础上，增加部分以硅为骨架的表面活性剂；功能基团：以醚基团为主，通过改性和交联，增加部分酯基和离子基团；功能基团分布：在以匹配原则确定破乳剂主剂分子量后，通过计算和测定破乳剂的HLB值，推断破乳剂最佳的功能基团分布。（2）破乳剂组成。增效助剂：添加适当的润湿剂，提高破乳剂对蜡晶的润湿反转作用，有效降低蜡晶在乳化膜上的富集，降低油水界面膜强度；协同效应助剂：添加能够改变原油中蜡晶立体结构的化学药剂，抑制或杜绝蜡晶对水的包裹作用，为分散水滴的聚并、聚结提供有利条件。根据破乳剂结构与组成的设计方案，通过大量优化实验，最终确定了适用于该油田低温条件下的破乳剂，定名为DCP-F原油破乳剂。
2.3室内脱水实验
对确定的DCP-F原油破乳剂进行室内脱水实验，并与现场在用的药剂进行了比较，确定药剂适用性。（1）实验条件。实验原油：联合站进站原油，原始含水41.5%；破乳剂：DCP-F原油脱水破乳剂与油田现场在用破乳剂。（2）实验结果见表2。由实验结果可见，DCP-F破乳剂在相同条件下，可明显提高脱出水量，脱后原油含水明显降低。说明在低温条件下，具有良好的破乳、聚结、聚并功能，为油水分离奠定了基矗
3应用与评价
该区日均进液量38000～42000m3，日处理污水量34000～38000m3，综合含水93.7%，现有5000m3一、二次沉降罐分别1只、2只，10000m3净化油罐4只，原油倒罐外输加药泵四台，脱水器四台，原料油含水平均24.5%。由于该区依赖纯药剂脱水，所以对破乳剂的破乳脱水能力要求特别高。试验前，该区使用YT-100加药浓度300ppm，每吨药价格为1.4万元，处理100万元液量成本价为420万元，该区液量为477万方，处理成本为2003.4万元，平均日用YT系列破乳剂1431kg，效果不是很理想。经多次室内试验表明，新型高效9#-B型破乳剂，加药量可降为160ppm，年处理成本为763万元，全年可节约1240万元。
结语
DCP-F破乳剂具有良好的低温脱水效果。通过优化破乳剂结构，同时复配润湿反相助剂和破坏蜡晶规则生长的助剂，可有效提高破乳剂的低温脱水、洗盐性能及脱出污水水质。
参考文献
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论文作者:姜笃奇
论文发表刊物:《科技尚品》2018年第11期
论文发表时间:2019/7/18
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