含酸原油破乳剂研究与应用

赵杨

北京迪威尔石油天然气技术开发有限公司 北京 100000

美国联邦地质调查局（USGS）估计，全球重油可采资源为620×108m3，天然沥青可采资源为929.6×108m3，合计为1549.6×108m3，全部为含酸或高酸原油。

中和1g原油中的石油酸所消耗的KOH毫克数被称为原油酸值。按酸值可将原油分为：

低酸原油（常规原油）：

总酸值（TAN）≤0.5mgKOH/g；

含酸原油：TAN=0.5～1.0mgKOH/g；

高酸原油：TAN=1.0～5.0mgKOH/g；

特高酸值原油：TAN≥5.0mgKOH/g。

原油中的酸多为环烷酸，是羧基通过碳链或直接连接在环烷烃上的一类有机酸的总称。原油中环烷酸主要结构见图1。以一环酸为主，约点70%以上；随着环数增加，含量减少。

图1 原油中环烷酸结构

1 含酸原油脱水存在的主要问题

原油中的环烷酸多以盐的形式存在，典型的双亲结构，具有优良的降低油水界面张力和形成较高机械性能油水界面膜的能力。在胶质、沥青质的共同作用下，使原油与水形成水包油包水（W/O/W）、油包水包油（O/W/O）等圈套式乳状液，破乳脱水难度增加。图2是含酸原油乳状液微观结构图。

图2 某含酸油乳状液结构

含酸原油的上述特点，造成破乳脱水过程中存在如下问题。

1.1 破乳脱水效率降低

通过掺入不同比例环烷酸的方法，测试相同条件下国外某原油脱水效率随环烷酸含量的变化情况，变化曲线见图3。

图3 某原油脱水量随原油酸值变化曲线

由图3可见，少量的环烷酸加入，造成脱水效率急剧下降。原油酸值增加到3mgKOH/g时，脱水效率降低50%以上。

1.2 脱出水质变差

小分子环烷酸盐具有优良的形成水包油乳状液的能力，会将大量原油以乳化油形式带入水相中。某原油脱出水中含油，随原油酸值变化曲线见图4。

图4 某原油脱出水中含油随原油酸值变化曲线

2 适用破乳剂研究与应用

2.1 分子结构设计

利用非洲某含酸原油为实验对象，在对国内外各类型破乳剂性能评价的基础上，利用破乳机理与分子结构间的关系和破乳剂数据库，将含酸原油适用的破乳剂分子结构设计为硅骨架结构。其结构示意见图5。

图5 含硅破乳剂结构示意

其中：r=3～30；m=1～60；n=1～60；R1为碳数1～9的烃基。

2.2 合成工艺条件优化及性能评价

对破乳剂聚合度、聚合单元排列以及合成工艺条件进行优化，并与类似结构的碳骨架破乳剂进行性能对比。优化结果见图6。

图6 破乳剂结构优化结果

2.3 脱水性能评价

将确定的破乳剂以DCP-Si表示，以非洲某油田高酸原油为介质，与国内外其他适用破乳剂性能对比见表1。

表1 DCP-Si与国内外适用药剂脱水性能对比

与国内外优选出的适用于含酸原油破乳剂对比结果可见，DCP-Si脱出水量提高20%～50%，水质明显提升。

3 结束语

含酸原油含量丰富，工业应用价值高，但破乳脱水困难。针对其特性开发适用的破乳剂具有重要的现实意义。

硅骨架破乳剂具有更高的表面活性、更大的空间体积，对含酸原油表现出更为优异的破乳脱水性能。

DCP-Si破乳剂对含酸原油具有优良的综合破乳脱水性能，并成功取得了发明专利授权和在世界范围的推广应用。