雙河油田三元復合驅采出液灰色關聯分析及破乳研究

拓　丹，安云飛，魏　君，于洪江

西安石油大學化學化工學院，西安 710065

三元復合驅作為重要的三次采油技術，具有驅油效率高的特點，在各油田得到迅速發展。然而三元復合驅采出液中殘留的堿、表面活性劑、聚合物，使油水乳化嚴重，油水分離難度增大[1-3]。為了解決此問題，在乳狀液的穩定性[4-5]、破乳劑的篩選與合成[6-7]等進行了一系列研究，取得了一定的成果。筆者結合雙河油田三元復合驅采出液特點，通過灰色關聯分析研究了影響采出液含油量的主要因素，篩選合適的破乳體系進行破乳實驗。

1　實驗

1.1　原料及儀器

原油，河南油田第一采油廠雙河礦區；石油磺酸鹽、聚丙烯酰胺，河南油田第一采油廠；AE非離子型反相破乳劑、陽離子型季銨鹽反相破乳劑，茂名華粵云龍石化有限公司；氯化鎂、氯化鋁，西安化學試劑廠。

UV-2600型紫外分光光度計，島津(香港)有限公司；馬爾文Zeta Sizer Nano zs-90電位儀，英國馬爾文儀器有限公司；電熱恒溫水浴鍋，金壇市大地自動化儀器廠。

1.2　樣品采集與分析方法

三元復合驅采出液，來自河南油田第一采油廠雙河礦區，采集分離器出口樣品。采出液樣品的采集與分析參照石油天然氣行業標準：SY/T 5523—2006《油田水分析方法》、SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質指標及分析方法》、SY/T 5862—2008《驅油用聚合物技術要求》。

1.3　灰色關聯分析

三元復合驅采出液是O/W乳狀液體系，影響該體系乳狀液穩定性的機理較明確，而不同油田在進行復合驅時所用驅油劑(表面活性劑、聚合物、堿)不同，原油成分差異，乳狀液穩定性的機理與影響因素之間關系是不明確的灰色體系。對于此體系，無法用傳統方法分析處理。而灰色理論則可對有限的、表面上無規律的數據進行分析處理, 找到體系本身具有的特征和基本規律。對體系進行灰色關聯分析，首先要找準描述體系行為特征的數據系列，一般將反映體系主要行為的數列作為母數列，對主要行為有一定影響的各數列作為子數列[8]。對于復合驅采出液體系，選取水相含油量為母因數，選取驅油劑成分等因素作為子因數，通過此方法可得到影響采出液穩定性主要因素的順序，為采出液的破乳和破乳劑選擇提供依據。

2　結果與討論

2.1　雙河礦區采出液含油量影響因素的確定

連續10 d采集三元復合驅采出液樣品，測定聚丙烯酰胺含量、表面活性劑含量、含油量、體系pH、Zeta電位，結果見表1。

生產中使用的陽離子型聚丙烯酰胺對三元復合驅采出液的油水分離具有不利和有利作用。有利作用是聚合物能促使分散的油珠絮凝聚結；不利作用是聚合物增加水相黏度，降低油珠上浮速度，影響破乳速度。聚合物含量較小(<1 000 mg/L)時，有利作用大于不利作用，有利于油水分離破乳[3]。

表1　三元復合驅采出液分析結果

由于驅油用表面活性劑為石油磺酸鹽，因此采出液是陰離子穩定的O/W型乳狀液。陰離子表面活性劑在界面上吸附時，親水極性基團因電離而使液滴帶負電荷，Zeta電位為負值，阻止油珠聚并，使乳狀液更加穩定，不利于破乳。

以含油量為母因素，采用Matlab程序，進行灰色關聯分析，考察聚丙烯酰胺含量、表面活性劑含量、體系pH、Zeta電位對含油量的影響，對影響因素的關聯度排序，結果見表2。

表2　含油量的灰色關聯分析結果

從表2看出，由灰色關聯度可知，因素對含油量的影響順序為：體系pH>Zeta電位>表面活性劑含量>聚丙烯酰胺含量，體系pH和Zeta電位對含油量的影響較明顯。因此，任何調節體系pH以中和電荷的變化均可能導致乳狀液的絮凝和聚結。同理，添加電解質如Mg2+、Al3+于乳狀液體系可減少原來膠粒所帶電荷，導致絮凝和聚結。選用破乳劑時，如采用陽離子型破乳劑，可中和油-水界面膜上電荷，破壞受電荷保護的界面膜，有利于采出液的油水分離和破乳。

2.2　破乳體系的篩選和復配實驗

根據灰色關聯分析的結果，選用4種類型的破乳體系進行破乳實驗。將三元復合驅采出液在50 ℃水浴中恒溫，分別加入破乳體系，按照標準SY/T 5281—2000《原油破乳劑使用性能檢測方法(瓶試法)》中的方法進行破乳實驗，測定破乳1 h水相含油量，結果見表3。其中反相破乳劑(AE非離子聚醚型、陽離子季銨鹽型)濃度均為40.0 mg/L，MgCl2、AlCl3濃度均為400 mg/L。

表3　不同破乳體系的破乳效果比較

三元復合驅采出液的Zeta電位值為負，加入陽離子型反相破乳劑能中和油水界面上的負電荷，Zeta電位增大，破壞油珠的水化膜，壓縮雙電層，使油珠聚集變大，與水分開。因此，季銨鹽型反相破乳劑比聚醚型反相破乳劑除油率更高。從表3看出，在季銨鹽型反相破乳劑中分別加入MgCl2、AlCl3，Zeta電位進一步增大，除油率也隨之提高。Al3+的電荷比Mg2+的高，影響也顯著，這和灰色關聯分析的結果一致。

2.3　三元復合驅采出液破乳速率實驗結果

三元復合驅采出液在50 ℃水浴中恒溫，加入40 mg/L季銨鹽型反相破乳劑及400 mg/L的MgCl2(加入AlCl3時有絮體進入油相中)，進行破乳實驗，結果見表4。季銨鹽型反相破乳劑/MgCl2體系對三元復合驅采出液具有較快的破乳速率和良好的除油效果。

表4　采出液破乳速率實驗結果

3　結論

1)根據灰色關聯分析可知，對含油量大小影響的因素順序為：體系pH>Zeta電位>表面活性劑含量>聚丙烯酰胺含量，為破乳劑的篩選和評價提供了依據。

2)陽離子型銨鹽反相破乳劑對雙河油田三元復合驅采出液的除油效果明顯，與MgCl2復配后進一步提高除油效果，破乳3 h，除油率達92.5%。

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