一種老化油用低溫破乳劑的研究與應用

王偉波，苗 林 ，王君鵬 ，趙 靜，鄭 偉 ，潘謙宏

（1.西安長慶化工集團有限公司，陜西西安 710018；2.中國石油長慶油田分公司采油六廠，陜西西安 710021）

近年來，隨著國內的大多數油田進入高含水期以及調剖調驅劑及注聚驅油等三次采油技術的推廣、應用[1]，長慶油田各采油廠在生產過程中每年累計產生的老化油約10×104m3，除含有石油烴類、膠質、瀝青質、蠟、固體顆粒、無機鹽和細菌等常規物質外，還含有聚合物、驅油用表面活性劑等，使老化油的處理難度和成本不斷增加[2]。即使提高溫度加大破乳劑濃度對老化油脫水率僅為50%左右，這些乳化油在沉降罐、除油罐大量積累，導致集輸系統設備使用率下降且運行出現異常[3]。如何從生產安全和環境保護角度出發[4]，經濟有效的處理復雜乳化油業已成為油田生產中亟待解決的問題[5]。

本項研究通過對采油六廠胡十二轉老化油的分析，確定了該區塊老化油難脫水的主要原因。利用乳化的機理，在老化油中加入不同HLB值的表面活性劑，來改變老化油的HLB值，達到破乳脫水的目的，同時利用離子型表面活性劑來提高分散在乳化油中水微粒的聚并速率，從而提高復雜乳化油的破乳效率，開發出一種低溫老化油破乳劑，對長慶油田老化油處理有一定的指導意義。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

老化油油樣：采油六廠胡十二轉老化油沉降罐液面以下1 m，2 m，3 m，4 m，5 m的老化油。

甲醇（分析純）；二甲苯（分析純）；表面活性劑（工業品）；9XB-PC型圖像顆粒分析系統（上海光學儀器一廠）；TDL-5-A型低速臺式離心機（上海安亭科學儀器廠）。

1.2 實驗方法

（1）利用9XB-PC型圖像顆粒分析系統，觀察老化油微觀形態。

（2）利用TDL-5-A型低速臺式離心機在溫度為50℃、轉速為3 000 r/min、分離時間為15 min，測試老化油機械雜質含量和原油含水率。

（3）老化油破乳實驗依照SY/T 5280-2000《原油破乳劑通用技術條件》進行測試。

2 結果與討論

2.1 油樣分析

本項研究采用原油全烴氣相色譜分析方法[3]，對老化油和管線混合來油中正庚烷以前輕烴、C8～C36正構烷烴等烴類化合物的全烴分析，以面積歸一化法計算各組分質量分數。測試的氣相色譜圖（見圖1，圖2）。

表1 飽和烷烴組分分布Tab.1 The distribution of saturated alkanes

圖1 老化油氣相色譜圖Fig.1 Gas chromatography of the aging oil samples

圖2 管線混合油氣相色譜圖Fig.2 Gas chromatography of the mixed oil from piplines

通過表1結果可以看出，兩種原油均含有20%的輕質油組分，各組分飽和烷烴分布基本相同，同時凝點較為相似；含蠟量方面，老化油中軟蠟含量為25.71%，硬蠟含量為22.01%，正常管線來油中軟蠟含量為22.14%，硬蠟含量為21.86%。胡十二轉老化油中含蠟量較高，導致原油黏度較大，是造成老化油難脫水的原因之一。

2.2 微觀形態觀測

利用9XB-PC型圖像顆粒分析系統，觀察乳化情況（見圖3～圖5）。

圖3 老化油油水分布現象Fig.3 Distribution of oil-water in aging oil

從顯微圖像可以看出，老化油粒徑較大，界面膜較厚，油水乳化情況嚴重，以油包水（W/O）乳液為主，還含有多重乳液（O/W/O）和復雜的乳狀液，呈現多種乳狀液共存。原油中水滴大小不一，形狀并非都是圓形，且不同來源老化油微觀形態差異較大，且油樣含有雜質較多。

表2 老化油離心分離實驗結果Tab.2 Testing results of the aging oil after centrifuge

通過實驗可以看到（見表2），該老化油含有大量的機械雜質，利用離心分離后大部分機械雜質分布在油水界面之間，說明該物質密度介于油水之間，隨著時間的推移，均勻分布在原油中，形成性質穩定的老化油，是造成采油六廠胡十二轉老化油難脫水的主要原因。

圖4 分離后上部油樣現象Fig.4 Distribution of matter in upper oil sample

圖5 分離后中間層物質現象Fig.5 Distribution of matter in middle-level of the oil sample

圖6 不同表面活性劑破乳實驗結果Fig.6 Comparison of demulsification in different surfactants

2.3 不同HLB值表面活性劑對破乳性能的影響

選取不同HLB值的表面活性劑和老化油破乳劑，針對胡十二轉液面以下1 m油樣依照SY/T 5280-2000《原油破乳劑通用技術條件》進行測試，加藥濃度為0.5%，實驗溫度為40℃，測試結果（見圖6）。

通過實驗可以看出，所選的6#表面活性劑HLB值在4時，針對采油六廠胡十二轉老化油的脫水率最高，可以作為該老化油的破乳劑主劑，與陰離子和陽離子表面活性劑復配，可以提高老化油中水分子的聚并速率。

2.4 復雜乳化油破乳劑配方的研制

為制備出脫水速率快、脫水率高的復雜乳化油破乳劑，并借助實驗結果來論證該方法在本實驗中的可行性。通過討論，設計實驗方案L9（34）（見表3，表4）。

表3 實驗水平因素表Tab.3 Factors of experimental levels

為了更直觀地反映因素對降黏率的影響規律和趨勢，以因素水平為橫坐標，以降黏率的平均值為縱坐標，繪制因素與指標趨勢圖（見圖7）。

通過對正交實驗進行分析得到以下幾個結論：

（1）實驗號為8的A2B3C2D2脫水率最高為96.3%。

表4 實驗安排、結果與數據分析Tab.4 Analysis of lab orders and data

圖7 因素水平對脫水率的影響Fig.7 Effect of factor level on dewater rate

（2）根據各因素各水平的平均值確定優水平，進而選出優組合。按照均值大小選取優水平為A3B3C2D2，與實驗號為8號的樣品配方相同。

（3）根據極差的大小，可以判斷各因素對脫水率性能影響的重要程度。所以因素對脫水率性能影響的主→次順序是ABDC。

2.5 不同剖面油樣對破乳性能的影響

對室內評價較好的A2B3C2D2配方低溫老化油用破乳劑，對采油六廠胡十二轉復雜乳化油進行破乳實驗，分別對沉降罐中液面以下1 m，2 m，3 m，4 m，5 m的油樣進行測試，加藥濃度為0.5%，實驗溫度為30℃，測試結果（見表5）。

表5 不同時間老化油破乳實驗結果Tab.5 Comparison of demulsification of aging oil in time orders

通過實驗可以看出，隨著破乳時間的延長，脫水率逐漸升高，對照剖面老化油樣機械雜質含量，可以看出隨著復雜乳化油中機雜和中間層的升高，同等加劑量條件下，相對脫水率逐漸下降。液面以下1 m油樣脫水率最高，可達99.7%，液面以下4 m油樣脫水率最低，僅為60%。

2.6 加藥濃度對脫水性能的影響

將液面以下 1 m，2 m，3 m，4 m，5 m 的老化油按照 1：1：1：1：1 的比例進行混合，在不同加藥濃度條件下進行老化油破乳性能測試，實驗溫度為30℃，破乳時間為24 h，實驗結果（見圖8）。

通過實驗可以看出，合成出的低溫老化油用破乳劑隨著加藥濃度的升高，脫水率逐漸升高，當加藥濃度升高至0.5%以后，脫水速率增長緩慢，當加藥濃度升高至0.6%時，脫出水質發黑，因此，確定低溫老化油用破乳劑的最佳加藥濃度為0.5%。

圖8 加藥濃度對老化油脫水率的影響Fig.8 Effect of surfactants concentration on dehydration of aging oil

2.7 破乳溫度對脫水性能的影響

將液面以下1 m，2 m，3 m，4 m，5 m的老化油按照1：1：1：1：1 的比例進行混合，混合老化油凝點為 24 ℃，在不同破乳溫度條件下進行破乳性能測試，加藥濃度為0.5%，破乳時間為24 h，測試結果（見圖9）。

圖9 溫度對老化油脫水率的影響Fig.9 Effect of demulsify temperature on aging oil dehydration

利用9XB-PC型圖像顆粒分析系統，觀察30℃，40℃，50℃老化油破乳后的上部油樣（見圖10）。

通過實驗可以看出，合成出的低溫老化油用破乳劑隨著破乳溫度的升高，脫水率逐漸升高，當破乳溫度達到40℃以后，脫水速率增長緩慢，根據現場工藝特點和處理成本，建議在35℃以上條件下進行老化油處理。

圖10 老化油化學脫水后微觀對比Fig.10 Micro-scope comparison of aging oil dehydration in different temperature

3 現場應用

現場實驗于2018年8月20日開始，至8月25日結束，實驗期間沉降罐老化油溫度為32℃（未加熱），含水率約為60%，實驗歷經5 d，處理老化油量489 m3，實驗過程中回收凈化油160 m3，脫水289 m3，中間機械雜質40 m3，消耗破乳劑2 500 kg。與離心分離老化油處理工藝相比，低溫老化油熱化學脫水工藝簡單，處理時間短（只需3 d～5 d），運行費用僅為離心分離法的1/7。

4 結論

（1）胡十二轉老化油粒徑較大，界面膜較厚，油水乳化情況嚴重，以油包水（W/O）乳液為主，還含有多重乳液（O/W/O）和復雜的乳狀液，呈現多種乳狀液共存。原油中水滴大小不一，形狀并非都是圓形，且不同來源老化油微觀形態差異較大，且油樣含有雜質較多。

（2）胡十二轉老化油含有大量的機械雜質，密度介于油水之間，隨著時間的推移，均勻分布在原油中，形成性質穩定的老化油，是造成采油六廠胡十二轉老化油難脫水的主要原因。

（3）隨著復雜乳化油中機雜和中間層的升高，同等加劑量條件下，相對脫水率逐漸下降。液面以下1 m油樣脫水率最高，可達99.7%，液面以下4 m油樣脫水率最低，僅為60%。

（4）現場實驗結果表明，使用該藥劑對工藝要求較低，處理時間短，運行費用僅為離心分離法的1/7，可以滿足現場老化油脫水的要求。