含酸原油破乳劑研究與應用

趙楊

北京迪威爾石油天然氣技術開發有限公司 北京 100000

美國聯邦地質調查局（USGS）估計，全球重油可采資源為620×108m3，天然瀝青可采資源為929.6×108m3，合計為1549.6×108m3，全部為含酸或高酸原油。

中和1g原油中的石油酸所消耗的KOH毫克數被稱為原油酸值。按酸值可將原油分為：

低酸原油（常規原油）：

總酸值（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。

原油中的酸多為環烷酸，是羧基通過碳鏈或直接連接在環烷烴上的一類有機酸的總稱。原油中環烷酸主要結構見圖1。以一環酸為主，約點70%以上；隨著環數增加，含量減少。

圖1 原油中環烷酸結構

1 含酸原油脫水存在的主要問題

原油中的環烷酸多以鹽的形式存在，典型的雙親結構，具有優良的降低油水界面張力和形成較高機械性能油水界面膜的能力。在膠質、瀝青質的共同作用下，使原油與水形成水包油包水（W/O/W）、油包水包油（O/W/O）等圈套式乳狀液，破乳脫水難度增加。圖2是含酸原油乳狀液微觀結構圖。

圖2 某含酸油乳狀液結構

含酸原油的上述特點，造成破乳脫水過程中存在如下問題。

1.1 破乳脫水效率降低

通過摻入不同比例環烷酸的方法，測試相同條件下國外某原油脫水效率隨環烷酸含量的變化情況，變化曲線見圖3。

圖3 某原油脫水量隨原油酸值變化曲線

由圖3可見，少量的環烷酸加入，造成脫水效率急劇下降。原油酸值增加到3mgKOH/g時，脫水效率降低50%以上。

1.2 脫出水質變差

小分子環烷酸鹽具有優良的形成水包油乳狀液的能力，會將大量原油以乳化油形式帶入水相中。某原油脫出水中含油，隨原油酸值變化曲線見圖4。

圖4 某原油脫出水中含油隨原油酸值變化曲線

2 適用破乳劑研究與應用

2.1 分子結構設計

利用非洲某含酸原油為實驗對象，在對國內外各類型破乳劑性能評價的基礎上，利用破乳機理與分子結構間的關系和破乳劑數據庫，將含酸原油適用的破乳劑分子結構設計為硅骨架結構。其結構示意見圖5。

圖5 含硅破乳劑結構示意

其中：r=3～30；m=1～60；n=1～60；R1為碳數1～9的烴基。

2.2 合成工藝條件優化及性能評價

對破乳劑聚合度、聚合單元排列以及合成工藝條件進行優化，并與類似結構的碳骨架破乳劑進行性能對比。優化結果見圖6。

圖6 破乳劑結構優化結果

2.3 脫水性能評價

將確定的破乳劑以DCP-Si表示，以非洲某油田高酸原油為介質，與國內外其他適用破乳劑性能對比見表1。

表1 DCP-Si與國內外適用藥劑脫水性能對比

與國內外優選出的適用于含酸原油破乳劑對比結果可見，DCP-Si脫出水量提高20%～50%，水質明顯提升。

3 結束語

含酸原油含量豐富，工業應用價值高，但破乳脫水困難。針對其特性開發適用的破乳劑具有重要的現實意義。

硅骨架破乳劑具有更高的表面活性、更大的空間體積，對含酸原油表現出更為優異的破乳脫水性能。

DCP-Si破乳劑對含酸原油具有優良的綜合破乳脫水性能，并成功取得了發明專利授權和在世界范圍的推廣應用。