高黏油用原油消泡剂的研制与应用

安进，吴超，袁海兵，欧阳向南，肖超国＊

（1.扬州润达油田化学剂有限公司，江苏 扬州 225000；2.中国石油玉门油田分公司，甘肃 酒泉 735211）

BN 油藏位于乍得国家的Bongor 盆地Baobab 油田东北部，为层状边水构造-岩性油藏，目的层为PI1～PI4 砂岩组，油层厚度大、丰度高，开发方案设计为常规稀油开发，然而方案实施过程中，靠边水的N1-19 井、N1-18 井PI4 砂岩组试油试采出高黏油，影响油田产能建设[1-3]。自建立原油处理站后，高黏油用消泡剂一直使用国外的原油消泡剂，不仅价格高，还对设备防腐要求高，交付周期长[4-6]。因此，需要研制出国产的快速消泡和抑泡型产品，在保障现场稳定生产同时，降低生产成本[7-9]。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

1.1.1 实验材料

聚硅氧烷，型号黏度500、1 000 mPa·s，安徽艾约塔硅油有限公司；改性短链聚醚，型号L-61和L-40，江苏省海安石油化工厂；硅烷偶联剂，型号KH-550 和KH-570，南京轩浩新材料科技有限公司；斯盘80 和吐温60，江苏省海安石油化工厂；液碱，江苏泰楚化工有限公司。

现场在用消泡剂（生产用加药质量浓度20 mg·L-1）；绿色消泡剂AD-1、AD-2、AD-3、AD-4，分别为脂肪酸类、纯硅油类、纯聚醚类型、硅脂类，均为市售产品，其中AD-1、AD-3 均为透明液体消泡剂，AD-4 为半浑浊液体消泡剂，AD-2 为水基白色液体消泡剂；自研消泡剂RD-XPJ，为接枝改性后的油溶性聚醚硅油溶液，呈透明微黄色液体。

实验用油为乍得的Bongor 盆地Baobab 油田的混合油，混合油来源于Baobab 油田2.1 期的CPF 站中未投加消泡剂的脱气塔前端。

1.1.2 实验仪器

小型高压反应罐，型号CGS299-100-40，成都铂鑫气体设备有限公司；振动水浴摇床，型号PB-1400，美国 Boekel 公司；恒温水浴槽，型号HHW21.600AII，天津泰斯特仪器有限公司；移液枪，型号100～1 000、10～100 μL 各1 支，艾本德Eppendorf公司；量筒，型号500、1 000 mL 各2 支，四川蜀玻（集团）有限责任公司；烧杯，型号1 000 mL，四川蜀玻（集团）有限责任公司。

1.2 实验方法

1.2.1 量筒瓶试法

按《原油消泡剂技术要求》（Q/SHCG 46—2012）评价消泡剂的消泡/抑泡性能。考虑到Baobab 油田2.1 期的原油黏度高，需保持在井口温度50 ℃下，采用量筒瓶试法评选。选取新鲜的实验用油，保持油温在50 ℃，量取500 mL 原油后，滴加相应加药质量浓度的消泡剂，静置数秒，记录指定的消泡时间下的原油总体积，再次补加50 mg·L-1的消泡剂，记录原油体积。另重新量取500 mL 原油，滴加相应加药质量浓度的消泡剂，采用长细管从量筒底部鼓泡N2，气体流速调整为5 L·min-1，记录指定的抑泡时间下原油的体积V，评价消泡剂的抑泡性能[10]。

1.2.2 现场生产工艺

单井中原油通过进气歧管进入一级加热，提高原油温度至65 ℃后，到达三相高压分离器（即一级分离器），在其中分离出油、气和水。剩余部分油气水经加热炉热交换器的二级加热后，流入脱气塔，分离出油、气，然后经沉降罐36 h 沉降分离出油、水，经处理后的原油流进原油储罐，经检测储罐原油的含水率低于0.5%后外输，流程见图1。

图1 CPF 站内原油处理工艺流程

1.2.3 含气原油物性

参照标准ASTM D4007-11，测定Baobab 油田2.1 期的原油物性参数：含蜡8.2%、硫化物3.5%，倾点33 ℃，API 密度为27.8，表观黏度14.7 mPa·s，综合含水15%～16%，含气11%。

2 结果与讨论

2.1 实验合成

2.1.1 实验原理

在原油采出和处理过程中，温度升高和压力降低都会破坏原油的气液平衡，使原油中的轻烃液体挥发成轻烃气体。轻烃气体受原油黏度、管道空间、流动形态等因素的影响，很难顺利逸出原油表面，在管道内原油中形成气泡，引起原油体积膨胀，生成泡沫[10-12]。含有大量泡沫的原油流进Baobab 油田2.1 期的CPF 站内管道中，在脱气塔的前端加药点处投加原油消泡剂，快速解决原油泡沫问题。化学消泡剂的作用过程主要分3 步[1-12]：降低气液界面张力，顶替和增溶起泡物质；破坏液膜的双电层而“拆除” 液膜；促进液膜的排液速度，使液膜加速变薄而破灭。

由于消泡剂的表面张力小于原油泡沫的表面张力，可在原油液膜间扩散渗透，渗透性增大，当与泡膜厚度相当时即会取代原有的液膜，形成一个“水/油/水”桥梁，见图2。该油桥受两侧高表面张力液体径向牵引，不断变薄，最终其应力失衡起到消泡作用，在消泡过程中形成的油桥及其被拉伸的行为符合DENKOV 等提出的“架桥-拉伸”机理[13]。

图2 “架桥-拉伸”消泡机理

2.1.2 合成步骤

RD-XPJ 原油消泡剂是由扬州润达油田化学剂有限公司研制，主要由聚硅氧烷（黏度500 mPa·s、黏度1 000 mPa·s）、改性短链聚醚（L-61、L-40）、硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-570、表面活性剂（斯盘80、吐温60）和液碱合成。其中，聚硅氧烷、改性短链聚醚、硅烷偶联剂是主要活性成分，起到化学接枝桥接作用，对消泡和抑泡有促进作用[14-15]；表面活性剂具有一定的乳化作用[16-18]，降低液相界面张力，促进破泡过程。

称取8 份聚硅氧烷（V黏度500mPa·s/V黏度1000mPa·s=3/1）、15 份改性短链聚醚（VL-40/VL-61=1/1）、4 份硅烷偶联剂KH-550、3 份硅烷偶联剂KH-570，放置于实验用小型高压反应罐中，然后滴加0.5 份的全氟磺化类催化剂和1 份液碱，密闭高压反应罐，给罐中液体通N2除氧，排氧时间30 min，升温至90 ℃，增压至0.3 MPa，关闭N2阀门，密封搅拌反应120 min后，缓慢释放罐内气压至0.1 MPa，降温低于45 ℃后，滴加各0.5 份的斯盘80 和吐温60 以及66 份S-1000 溶剂油，搅拌30 min，得高黏油用原油消泡剂RD-XPJ。采用红外光谱图分析，C—H 键吸收振动峰在波数3 150 cm-1和1 450 cm-1处，Si—O—CH3键吸收振动峰在波数1 050 cm-1处[19-20]。

2.2 消泡剂性能评价

量取实验用油500 mL，对消泡剂评价消泡性能，另重新取同体积的新实验用油（需静置物理除泡至无原油泡沫存在）对消泡剂评价抑泡性能，重点评价不同加药质量浓度下不同消泡剂的消泡/抑泡性能，数据列于表1至表6、图3至图14中。

综上表1至5 表1和图3至图12中数据分析，按照消泡性能从高到低排列为：RD-XPJ、AD-4、AD-2、AD-3、AD-1；按照抑泡性能从高到低排列为：RD-XPJ、AD-4、AD-3、AD-2、AD-1。由以上结果可以得出，聚醚类消泡剂的抑泡性能优于硅油类消泡剂，而硅油类消泡剂的消泡性能优于聚醚类消泡剂[21-22]。

表1 原油消泡剂AD-1 的不同加药浓度下消泡和抑泡性能

表2 原油消泡剂AD-2 的不同加药浓度下消泡和抑泡性能

表3 原油消泡剂AD-3 的不同加药浓度下消泡和抑泡性能

表4 原油消泡剂AD-4 的不同加药浓度下消泡和抑泡性能

图3 不同加药质量浓度对消泡剂AD-1 的消泡性能影响

图4 不同加药质量浓度对消泡剂AD-1 的抑泡性能影响

图5 不同加药质量浓度对消泡剂AD-2 的消泡性能影响

图6 不同加药质量浓度对消泡剂AD-2 的抑泡性能影响

图7 不同加药质量浓度对消泡剂AD-3 的消泡性能影响

图8 不同加药质量浓度对消泡剂AD-3 的抑泡性能影响

图9 不同加药质量浓度对消泡剂AD-4 的消泡性能影响

图10 不同加药质量浓度对消泡剂AD-4 抑泡性能影响

图11 不同加药质量浓度对消泡剂RD-XPJ 消泡性能影响

图12 不同加药质量浓度对消泡剂RD-XPJ 抑泡性能影响

但是，经合成改性后的聚醚改性硅油的油基消泡剂RD-XPJ 同时具备了硅油类消泡剂和聚醚类消泡剂的优点，降低了表面活性剂与气相之间的表面张力，降低了气液界面张力，破坏了原油气液面的双电层而“拆除” 液膜，促进液膜的排液速度，使液膜加速变薄而破灭[23-25]。对比表5、表6和图13、图14数据，完全消除原油泡沫时，RD-XPJ 的加药质量浓度比现场在用消泡剂的加药质量浓度低，且消泡时间短，可以达到快速消除原油气泡的目的。同时，在抑制原油起泡时间性能上，RD-XPJ 要优于现场在用消泡剂，故RD-XPJ 的消泡和抑泡综合性能要强于现场在用消泡剂。

表5 消泡剂RD-XPJ 的不同加药浓度下的消泡和抑泡性能

表6 现场在用消泡剂的不同加药浓度下消泡和抑泡性能

图13 不同加药浓度对现场用消泡剂消泡性能影响

图14 不同加药质量浓度对现场用消泡剂抑泡性能影响

2.3 消泡剂RD-XPJ 与破乳剂的配伍性

按《原油消泡剂技术要求》（Q/SHCG 46—2012）评价消泡剂的配伍性[26-27]。量取乍得100 mL 实验用油（50 ℃、含水15%），采取微量注射器添加50 mg·L-1消泡剂RD-XPJ，立即密封量筒杯口，水平摇动使药剂混合均匀，静置2 min 至无原油泡沫存在后[28-30]，倒入100 mL 专用振动管中，再次利用微量注射器注入30 mg·L-1现场生产用破乳剂，立即密封振动管口，确保无液体渗漏后，放置于振动水浴摇床（型号PB-1400），振荡15min 后，对比消泡剂加入前后的脱水数据，观察不同测试时间下振动管底部自由水体积变化并记录，结果见表7和图15。

表7 消泡剂RD-XPJ 与破乳剂的配伍性

从表7和图15中数据分析可知，RD-XPJ 消泡剂注入对现场用破乳剂的脱水性能无影响，配伍性较好[31-36]。同时，其消泡剂的消泡性能和抑泡性能，均已达到现场用消泡剂水平，具备中试条件[37-38]。

图15 消泡剂RD-XPJ 与破乳剂的配伍性

2.4 中试应用

2.4.1 消泡剂注入方式

消泡剂加药罐为SK-11610 罐。注药方式为直接连续注入消泡剂成品。加入点为脱气塔的前端。加药泵为MILTON ROY 泵，最大流量50 L·h-1[39-42]。

2.4.2 中试测控

中试期间，记录不同的单日消耗量下，注入消泡剂RD-XPJ 前后脱气塔内液位情况[43-46]，数据如表8所示。

表8 现场中试测控数据

2.4.3 现场在用消泡剂的日常监控

考虑到原油物性的复杂性，鉴于对比RD-XPJ 的优点，特选择8月进行现场在用消泡剂的更替，作为日常监控数据，记录不同单日消耗量下，注入现场在用消泡剂前后脱气塔内液位情况，数据见表9。

表9 现场在用消泡剂的日常生产数据

从表9中数据分析可知，现场在用消泡剂的最佳加药质量浓度为20 mg·L-1。从表8中数据分析可知，采用RD-XPJ 消泡剂替代现场在用消泡剂，从高加药质量浓度逐步降低至极限加药质量浓度[47-50]后，发现RD-XPJ的最低加药质量浓度为13 mg·L-1，脱气塔中液位低于2/3 报警液位线[51-52]，仍可满足现场生产要求，但综合考虑，为保障稳定生产，可采取加药质量浓度为15～18 mg·L-1，可解决来液中原油泡沫问题。

3 结 论

原油消泡剂RD-XPJ 具备了硅油类消泡剂和聚醚类消泡剂的优点，降低了表面活性剂与气相之间的表面张力，降低了气液界面张力，破坏了原油气液面的双电层而“拆除” 液膜，促进液膜的排液速度，使液膜加速变薄而破灭。对于高黏油，原油在管道流动中，会遇阻产生流体扰动，引起许多致密气泡，被包裹在流动的石油中，很难自主上浮逸出破泡，故采用RD-XPJ 消泡剂替代现场在用消泡剂，控制加药质量浓度为15～18 mg·L-1，解决了来液中原油泡沫问题，可满足现场生产需求。