破乳劑對聚表驅原油乳液破乳及界面膜強度關聯性研究

趙子衿，劉 遠，楊騰飛

[1.中國石油大學(華東) 化學工程學院，山東 青島 266580；2.東北石油大學 化學化工學院 黑龍江 大慶 163318]

對原油乳狀液的破乳機理已有大量的研究，得到一些機理和規律性的認識[1-8]。隨著油田開采后期聚表二元復合驅油體系的應用，石油磺酸鹽、部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)顯著增大了采出液的穩定性，使破乳難度增大。同時乳液也由早期的W/O型轉變為含水較高的O/W型乳液。但目前缺乏針對油田開采后期高含水及驅油劑HPAM和石油磺酸鹽濃度不斷升高的復雜采出液破乳規律的認識和指導，仍通過大量的實驗來評價篩選破乳劑。隨各油田污水量的劇增和環保的嚴格，污水處理也成為制約生產的重要環節。因此，研究破乳劑效果同時還要考慮脫出水中乳化油程度。作者系統研究了7種不同分子結構破乳劑對含驅油劑的O/W型原油乳液破乳規律，及破乳脫水率、脫出水含乳化油珠數和油水界面膜強度三者的相關性規律。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

TX500D旋轉滴超低界面張力儀：上海梭倫信息科技有限公司；布氏黏度計：南京貝登機電設備有限公司經銷。

1.2 實驗方法

模擬乳液配制方法見文獻[9]，m(油)∶m(水)=3∶7。依據石油天然氣行業標準SY5281—2000《原油破乳劑使用性能檢驗方法(瓶試法)》測脫水率。按文獻[9]單滴法測破裂率評價油水界面膜強度。采用顯微鏡血球選點計數法統計破乳脫出水中乳化油珠數目。破乳2 h后取下層水樣用甘油固定，防止油珠在測定過程中碰撞聚結，在血球計數板上顯微鏡放大250倍下觀察計數。測試結果計算：N=n/60×400/0.1×1 000。式中，N為單位體積內油珠個數，個/mL；400為血球計數板的小格子總數；n為其中60小格內油珠的個數；0.1為血球計數板內水樣的體積，mm3。

2 結果與討論

選取了7種聚醚類破乳劑，其分子結構特點見表1。各破乳劑主要特點是合成時所用起始劑不同，分子中聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段數不同。

表1 實驗所用破乳劑的分子結構特點

采用表1中各種破乳劑，對模擬聚表二元復合驅(聚合物/表面活性劑二元復合驅)O/W型采出液進行破乳實驗，考察破乳脫水率、脫出水中乳化油珠數目、油水界面膜強度，根據這3項評價指標，對各破乳劑的作用效果排序，對比分析其相關性。

界面膜強度是乳液穩定性及破乳難度的首要決定因素，能使油/水界面膜強度降低幅度越大的破乳劑，其破乳脫水率越高，破乳效果越好[1-2]。

模擬聚表二元復合驅[ρ(HPAM)= 300 mg/L，平均相對分子質量6×106，ρ(石油磺酸鹽)=200 mg/L]條件下，實驗得到不同破乳劑對原油乳液破乳效果，以破乳沉降60 min的脫水率表示，結果見圖1。

圖1 聚表二元復合驅各破乳劑的破乳效果

相應的脫出水中乳化油珠數見圖2。單滴法評價使用不同破乳劑的油水界面膜強度，以油珠100%并入油層的時間表示， 結果見圖3， 所用時間越長，說明體系的界面膜強度越高。破乳溫度為45 ℃，ρ(破乳劑)=60 mg/L。

圖2 聚表二元復合驅破乳脫出水乳化油珠數

圖3 單滴法評價聚表二元復合驅各破乳劑的油水界面膜強度

根據上述實驗數據，對各種破乳劑脫水率按由高到低排序見表2；界面膜強度按由弱到強排序；脫出水油珠數按由少到多排序，分析這3項中破乳劑作用效果的規律和三者的關聯性。

表2 聚表二元復合驅各破乳劑作用效果排序1)

1) 空白樣指其它條件相同，不加破乳劑。

從表2中脫水率(60 min)、界面膜強度、脫出水油珠數3項，破乳劑順序對比得出如下結果。

(1) 界面膜強度-脫水率：SP169順序一致，其它差別較大。AR23界面膜強度低，但破乳脫水率不高；

(2) 界面膜強度-脫出水乳化油珠數：SP169一致，其它破乳劑順序差別較大。AP229、TA1031、BP206界面膜強度高，理論上乳液穩定破乳難度大，但實驗證明脫出水中油珠數少，脫出水乳化油程度低，從這個角度看破乳效果好。AR23、PFA8311、AE8051界面膜強度低，理論上破乳難度小，但實驗證明脫出水油珠數多，從脫出水看破乳效果差；

(3) 脫出水乳化油珠數-脫水率：基本一致。

按脫水率和脫出水乳化油珠數破乳劑排序一致。但界面膜強度和破乳效果的排序差別較大，只有破乳劑SP169一致。而一般認為界面膜強度能決定破乳效果，界面膜強度低，則破乳效果好。上述對聚表二元復合驅體系，多數破乳劑不符合此規律。這應是大量的驅油劑使體系極其復雜造成的。

對于復合驅體系中石油磺酸鹽與HPAM之間的相互作用，孫敏等認為二者均帶負電，電性相斥使二者間作用較弱，作用力及其構象隨烷基苯取代基碳數和環境親油性而變化[10-11]。也就是說復合驅體系中石油磺酸鹽及HPAM對原油乳液破乳的影響主要是二者單獨影響程度的疊加。

破乳劑SP169效果最好，可從破乳劑分子結構與原油的組成來分析。SP169以十八醇為起始劑的三嵌段聚醚，破乳劑分子結構與石蠟基原油具有結構相似性。

3 結 論

選取7種不同分子結構破乳劑，實驗考察其對聚表二元復合驅采出液O/W型乳液破乳脫水率、脫出水乳化油珠數、油水界面膜強度，分析這3項中破乳劑作用效果的規律和三者的關聯性。除破乳劑SP169外，多數破乳劑不符合油水界面膜強度低、破乳效果好的規律。這是驅油劑使體系復雜所致。破乳劑SP169界面膜強度最低、破乳效果最好、脫出水乳化油珠數最少。原因是SP169的分子結構與石蠟基原油組分相似，這是保證破乳效果好的最關鍵因素。

參 考 文 獻：

[1] 李明遠，甄鵬，吳肇亮, 等.原油乳狀液穩定性研究Ⅳ界面膜特性與原油乳狀液穩定性[J].石油學報(石油加工)，1998,14(3)：1-5.

[2] 劉艷敏.二元復合驅油水乳液的破乳研究[D].大慶：東北石油大學，2014：27-51.

[3] 楊小莉，陸婉珍.有關原油乳狀液穩定性的研究[J].油田化學，1998，15(1):87-96.

[4] KANG W，JING G L，ZHANG H Y,et al.Influence of demulsifier on interfacial film between oil and water[J].Colloids and Surfaces A：Physicochemical and Engineering Aspects，2006， 272(1)：27-31.

[5] EDGAR DEL CARPIO,SANDRA RODRíGUEZ,MIGUEL RONDóN，et al.Stability of water-Boscan crude oil emulsions：effect of salts，alcohols and glycols[J].Journal of Petroleum Science and Engineering，2014，122(10)：542-550.

[6] S HARTLAND,S A K JEELANI.Effect of interfacial tension gradients on emulsion stability [J].Colloids and Surfaces A：Physicochemical and Engineering Aspects，1994，88(2)：289-302.

[7] 劉立新，劉遠，陸浩宇,等.驅油劑石油磺酸鹽對原油乳液破乳的影響[J].化工科技，2015，23(2)：5-9.

[8] ZHAO X F,LIU L X,WANG Y C,et al.Influences of partially hydrolyzed polyacrylamide (HPAM)residue on the flocculation behavior of oily wastewater produced from polymer flooding[J].Separation and Purification Technology，2008，62(1)：199-204.

[9] 嚴忠，聶作鵬.單滴法測量液膜的穩定性[J].膜分離科學與技術，1983，3(3)：33-36.

[10] 孫敏，李振泉，宋新旺,等.苯磺酸鈉表面活性劑在聚丙烯酰胺鍵合硅膠固定相上作用的熱力學[J].石油學報(石油加工)，2011，27(1):117-122.

[11] 周揚帆.聚表二元體系的相互作用[D].南充：西南石油學院，2005：30-40.