塔河油田稠油乳状液破乳剂优选复配初探

吴繁华，王 瑞，孙娜娜，胡建波，郑 莉

（1.西安石油大学化学化工学院，陕西 西安 710065；2 西安石油大学石油工程学院，陕西 西安 710065）

塔河油田的原油资源丰富，其中最主要的是重质稠油。重质稠油的胶质和沥青质含量高，因此破乳脱水困难，给塔河原油的炼制加工带来了较大的困难[1]。我国稠油的总产量约占原油产量的1/10，稠油的开采对油气资源的可持续发展具有重要意义[2]。塔河油田的稠油占比最高，随着开发的不断深入，塔河油田稠油区块逐步进入中高含水阶段，乳化情况严重，进而导致联合站出现脱水能耗高、加药量大、脱水时间长等问题，严重影响了集输系统的效能提升以及外输原油的质量保障。因此，对原油乳状液破乳所需的破乳剂进行筛选显得尤为重要。现用的破乳剂存在脱水率低、脱出水浑浊等问题，需要寻找新的方法去解决这些问题[3]。目前，国内外常用的破乳剂的筛选评价方法有瓶试法、界面张力法、HLB 值法、PACN-EACN 法等。由于各地区油田的性质不同，稠油乳状液的结构和性能也不相同，因此破乳剂的筛选方法也不固定[4]。相较于其他破乳剂的筛选评价方法，瓶试法具有操作简单方便、结果直观、使用地点不受限制等优点，目前在研究中最为常用[5]。

本文根据塔河油田稠油区块进行破乳过程中存在的问题，针对性地选择了8 种破乳剂，在破乳温度78℃、较少的破乳剂投加量的情况下，进行破乳单剂的筛选实验，以脱水率为主要指标，优选出最优型号的破乳剂，再将其与无机絮凝剂复配，研究破乳剂加量、无机絮凝剂加量对破乳效果的影响。

1 塔河稠油乳化及破乳工艺现状

1.1 塔河油田现状

塔河油田的主要油藏类型是碳酸盐岩型，油田含稠油的油藏丰富，埋藏深度超过5400m，原油的沥青质含量高，轻质组分含量低，具有流动性差、黏度高、密度大等特点[6]。稠油在地层中具有流动性，一般通过井筒举升进行开采，但在举升过程中，随着温度降低，稠油黏度骤降，导致流动性差，采收率低[7]。

1.2 稠油乳化降黏工艺

稠油的黏度高，流动阻力大，极不容易开采。塔河油田拥有相当储量的稠油，为了更好地进行开采，需要对稠油进行降黏处理。目前常用的稠油降黏方法有掺稀降黏、加热降黏、乳化降黏等[8]。掺稀降黏是在稠油中加入稀油，以降低稠油黏度，该方法的降黏效果好，操作简单，具有较高的经济性。加热降黏通过加热来降低稠油黏度，但该方法的能耗大，经济损耗大。乳化降黏是在稠油中加入合适的乳化剂，在适当的乳化温度和乳化强度下，将原油分散于水中形成乳状液[9]。目前塔河油田的稠油开采实施的是井筒降黏，主要以掺稀降黏开采为主[10]，但是也因此导致原油组分发生了改变，打破了原有的平衡状态。

1.3 稠油乳状液的破乳工艺

针对原油乳状液的破乳，国内外常规的方法有热化学沉降法、生物破乳法、电破乳等[11-13]。热化学沉降脱水是将稠油加热到一定温度，并在稠油乳状液中加入一定量的破乳剂，以降低油水界面膜的表面张力，破坏乳状液的稳定性，使得水分子从稠油乳状液中脱离聚结，并在重力作用下沉降析出，达到油水分离的目的[14]。目前，塔河油田采用热化学沉降脱水工艺进行原油的脱水处理，使用SDBS、CaCl2等型号的破乳剂对稠油乳状液进行破乳[15]，存在脱水率低、脱出水色浑浊、存在挂壁现象等问题，因此挑选出效果更好的破乳剂很有必要。

2 实验材料和方法

2.1 实验装置

恒温水浴锅、电子秤、磁力搅拌器、具塞比色管、烧杯。

2.2 材料和试剂

塔河油田稠油乳状液（图1）的含水质量小于0.5%，密度（30℃）为0.964g·cm-3，表观黏度为2356mPa·s。所用的破乳剂及试剂的基本情况见表1。

表1 实验药剂的基本情况

图1 实验用稠油乳状液

聚合氯化铝溶液的制备：配制浓度为1%的聚合氯化铝溶液于烧杯中，用磁力搅拌器搅拌均匀，装瓶备用。

2.3 实验方法

室内破乳的评价实验按照SY/T 5280-2018《原油破乳剂通用技术条件》中的相关实验方法进行。将一定量的乳状液搅拌后置于比色管中，并用玻璃针管加入一定体积的破乳剂，然后用手水平摇动200 次，立即放置于78℃水浴中静置1h。从放入的时刻开始记时，前10min，每隔2min 测量1 次分水高度；10min 后，每隔10min 测量1 次分水高度。静置24h 后测量乳状液的总高度，在此基础上，计算不同类型破乳剂的破乳效果。

以加入药剂后乳状液的分水情况作为破乳效果的评价指标，计算公式如式（1）所示。

式中，f为分水率，%；h1为乳状液析出水高度，mm；h2为乳状液总水高度，mm；0.34 为乳状液中活性水所占比例。

3 实验结果与讨论

3.1 破乳剂的单剂性能测试

取塔河油田稠油乳状液，在温度为78℃、破乳剂加药量为100mg·L-1的条件下， 8 种破乳剂单剂对塔河油田稠油乳状液的破乳效果，以及破乳剂单剂的分水情况见图2。

图2 不同破乳剂对稠油乳状液的效果比较

由图2 可知，选取的8 种典型破乳剂，均能实现对塔河油田稠油乳状液的破乳，但是破乳效率有较大差异。向乳状液中加入破乳剂后，随着时间延长，乳状液的分水率逐渐升高，时间达到40min 后，乳状液分水率的增长速度逐渐变慢。从图2 可知，在相同的药剂投加量下，相比其他型号的破乳剂，破乳剂R-15、P-16 的破乳效果更佳。R-15 在60min 时，分水率达到25.21%；P-16 在60min 时，分水率达到25.58%，因此选用这2 种破乳剂进行全浓度实验，以找到其最佳浓度。

相比其他破乳剂，破乳剂P-16 和R-15 的效果最好，是因为这2 种型号的破乳剂均为非离子型破乳剂，因此具有表面活性高、在水溶液中的表面张力低、增溶作用强等特点，且与其他表面活性剂的相容性较好，所以两者均表现出较好的破乳效果。

3.2 破乳剂浓度对稠油乳状液破乳的影响

将上述实验确定的2 种破乳剂单剂，进行了2 组不同类型破乳剂的全浓度实验，以探究破乳剂发挥最大作用时的浓度。浓度范围设定为50～200mg·L-1，浓度间隔为25mg·L-1，实验结果见图3。

图3 破乳剂全浓度优选实验结果

R-15 的全浓度实验结果见图3(a)。实验的初始浓度为50mg·L-1，随着浓度增大，乳状液整体的分水率在提高，浓度增加到150mg·L-1，分水率达到31.33%；浓度继续增大，乳状液的分水率逐渐降低。P-16 的全浓度实验结果见图3(b)。实验的初始浓度为50mg·L-1，浓度增大到175mg·L-1，该破乳剂的分水效果达到最佳，为34.43%；浓度继续增大，乳状液的分水率开始下降。破乳时，加入的破乳剂不是越多越好，而是有一个最佳值。破乳剂的投加量较少时，破乳剂分子会以单独的形态吸附到油和水的表面，吸附量会随浓度的增大而增大，此时，油和水的界面张力会迅速降低，脱水率相应增大；当破乳剂浓度接近临界胶束浓度时，界面吸附趋于平衡，此时界面张力不再下降，脱水率也达到最大值。此时再增加破乳剂的浓度，破乳剂分子开始聚集成簇形成胶束，导致界面张力增加，脱水率反而下降。对比2 种破乳剂的破乳效果，选择175mg·L-1的P-16进行下一步的复配实验。

3.3 破乳剂二元体系的配方优化

由于单一的破乳剂不能达到预期的效果，因此在实验中先添加175mg·L-1的P-16，再用1mL 的注射器加入不同浓度的PAC 溶液，测定PAC 溶液各浓度下的分水率，以找到最佳浓度，实验结果见图4。

图4 破乳剂二元体系复配的实验结果

从图4 中可以看出，添加无机絮凝剂后，乳状液的分水率有明显提升，有利于破乳。添加无机絮凝剂后，在10～40min 内，乳状液的分水率增长较快；40min 后，分水率趋于稳定。从50mg·L-1开始，乳状液的分水率随着无机絮凝剂浓度的增大而增大，浓度达到100mg·L-1时，分水率达到76.36%，相比单一的P-16，破乳效果得到了明显的提升。PAC 浓度继续增大，乳状液的分水率开始降低，因此确定用浓度175mg·L-1的P-16 破乳剂与浓度100mg·L-1的PAC 溶液进行复配。

4 结论

1）塔河油田采用两段热化学沉降脱水工艺进行原油的脱水处理，因此选择最优型号的破乳剂，降低原油的处理成本非常有必要。

2）采用瓶试法对8 种破乳剂进行筛选的结果表明，不同的破乳剂对乳状液的破乳效果有很大差异，其中型号为R-15 与P-16 的破乳剂，在加药量为100mg·L-1、温度为78℃、破乳时间为1h 的条件下，脱水率分别达到25.21%和25.58%。

3）破乳剂的复配结果表明，在温度78℃、破乳时间1h、破乳剂加药量为175mg·L-1、聚合氯化铝加药量为100mg·L-1的条件下，脱水率得到进一步提高，达到76.36%。