摘要由于三元复合驱原油中新型驱油用化学品的应用以及原油劣质化使得采出水乳化严重, 而且三元复合驱采出水经油水分离后含油量升高。基于此, 通过对不同类型的破乳剂的分析及其工艺条件的考察, 探讨了影响三元复合驱采出水破乳的因素,其中破乳剂 FB94 具有较好的破乳效果。采用模拟三元复合驱采出水(碱为1 200 m g/ L、 聚合物为 200 mg/ L、 表面活性剂为 400mg/ L) , 投加破乳剂 FB94 为 160 m g/ L ,控制沉降时间为 120 m in、 温度为 45 , 当初始含油量为 5 000 mg/ L时, 破乳后水中含油量降至195 mg/ L, 脱油率为 96. 1%； 当初始含油量为1 500 mg/ L时, 破乳后水中含油量降至 87 mg/ L, 脱油率为 94. 2%。
目前,国内外一些油田的开采到了中、 后期, 开采的难度不断加大, 为提高采油率,各种增产原油的措施相应增加。三元复合驱( 碱表面活性剂聚合物驱)作为一种重要的采油技术,具有驱油效率高的显著特点,近年来得到了迅速发展。国内外对三元复合驱采出水的破乳开展了大量的工作。NEDJHIOU I等和T AYLOR 等分别通过测定界面张力研究了表面活性剂对三元复合驱体系性质的影响。刘刚等通过水相弹性模量研究了三元复合驱油水分离特性。吴迪等研究了反相破乳剂对三元复合驱采出水的应用。然而, 由于三元复合驱原油中新型驱油用化学品的应用以及原油性质的劣质化,使得采出水乳化严重,而且三元复合驱采出水经油水分离后含油量升高。笔者主要研究碱、 表面活性剂、 聚合物对三元复合驱采出水乳化稳定性及其加入破乳剂后的效果, 通过考察不同类型的破乳剂及其工艺条件, 探讨了影响三元复合驱采出水破乳的因素。
1 实验部分
1. 1 破乳剂的合成
FB 系列破乳剂的合成:起始剂酚醛树脂为化学纯,原材料环氧丙烷( PO)和环氧乙烷( EO)均为分析纯,催化剂氢氧化钾为化学纯。其他系列的破乳剂实验室现有。将起始剂和催化剂投入高压反应釜中,升温至( 125 5) ,依次加入PO 和EO,在( 130 5) 下,反应至负压,脱去低沸物即得二嵌段聚醚。
1. 2 三元复合驱采出水的制备
原油密度为 0. 865 g / cm3, 粘度为 28. 453MPa s, 含水量<； 0. 5% ；水样为根据三元复合驱采出水水质数据配制的矿化水: N aHCO3质量分数为0. 179%, CaCl2质量分数为 0. 036%, MgCl2 6H2 O质量分数为 0. 021%；碱为N a2 CO3 (分析纯) ；表面活性剂为磺酸盐类；聚合物为部分水解聚丙烯酰胺,分子量约800 万, 水解度25%。
在含水样的容量瓶中配制含有一定浓度的碱、聚合物和表面活性剂的复合液, 将复合液与原油在水浴中分别预热至45 , 按一定比例准确量取复合液和原油加入高转速搅拌器中乳化1 min, 制得不同初始含油量的模拟三元复合驱采出水。
1. 3 不同类型破乳剂的脱油性能评定
将配制的三元复合驱采出水 100 mL 放入沉降瓶中,加入一定量的破乳剂, 摇匀后置于恒温水浴中,沉降一段时间后, 用注射器从底部抽取水相溶液,测定其含油量。
1. 4 水中含油量的测定
根据油的测定(紫外分光光度法) ( SL 93. 2 1994) ,采用UV751GD 型紫外 可见分光光度计测定水中含油量。
2 结果与讨论
2. 1 不同类型的破乳剂对三元复合驱采出水破乳的影响
在聚合物为 200 mg/ L、表面活性剂为 400mg/ L、 碱为1 200 mg/ L的条件下,投加破乳剂为80mg/ L( 考虑到成本问题, 故投加量较小) , 温度为 45 ；, 初始含油量为 1 500 mg / L, 沉降时间为 120min, 考察不同类型的破乳剂对三元复合驱采出水破乳的影响, 结果见表1。由于三元复合驱油剂和原油中天然乳化剂的双重作用,导致三元复合驱采出水的乳化严重且稳定。 由表1可知, 破乳剂中FB系列的破乳效果较好, 其中破乳剂FB94 的破乳效果最好,水中含油量降至179 mg / L,脱油率达88. 1%。
2. 2 驱油剂对三元复合驱采出水乳化稳定性的影响与破乳研究
2. 2. 1 碱浓度对三元复合驱采出水破乳效果的影响
在三元复合驱采油过程中, 碱易与原油中酸性物质生成石油酸皂等活性物质,可部分替代表面活性剂,而且碱可以改变岩石表面的电荷性质,以减少表面活性剂和聚合物在油藏中的吸附、 滞留损失。在聚合物为200 mg/ L、 表面活性剂为400 mg/ L的条件下,投加破乳剂FB94为80 mg/ L,温度为45 ,沉降时间为120min,考察碱浓度对三元复合驱采出水(初始含油量为1 500 mg/ L)破乳效果的影响,结果见图1。
由图1 可知,在不加破乳剂的条件下,碱质量浓度为0~ 400 mg / L时, 随着碱浓度的增加,三元复合驱采出水的脱油率从39. 5%下降到 38. 3%, 乳化稳定性略有增强； 当碱质量浓度从 400 mg/ L增至1 200 mg/ L时,脱油率从 38. 3% 上升到 55. 7%, 乳化稳定性随碱浓度增加而减弱； 当碱质量浓度为1 200 mg/ L以上时,乳化稳定性随碱浓度增加变化不明显。这主要是由于碱与原油中酸性物质生成石油酸皂等活性物质, 吸附在油水界面上, 形成界面膜,从而对界面膜起稳定作用, 即提高了界面膜强度,所以当加入少量的碱时,生成的石油酸皂对体系起稳定作用。但当碱浓度继续增加时, 由于三元复合驱采出水中含油量低, 所以生成的石油酸皂含量有限；而碱浓度继续增加,增加了溶液中的阳离子浓度,一方面阳离子的电荷屏蔽效应会降低聚合物在水中的舒展程度和回转半径,从而降低了体系的粘度；另一方面增加了表面活性剂的阳离子浓度,降低了油水界面双电层的形成概率, 从而降低了界面膜强度,导致乳化稳定性减弱。加入破乳剂后, 三元复合驱采出水的破乳效果显著改善。在碱质量浓度为1 200 mg/ L时,脱油率由不加破乳剂的55. 7%提高到88. 1%； 在碱质量浓度为 9 000 mg / L时,脱油率由不加破乳剂的67. 3%提高到91. 2%。
2. 2. 2 表面活性剂浓度对三元复合驱采出水破乳效果的影响
在三元复合驱采油过程中, 表面活性剂起着降低油水界面张力, 使岩石孔隙中的残余油启动的作用。在聚合物为200 mg/ L、 碱为 1 200 mg/ L的条件下, 投加破乳剂 FB94 为 80 mg/ L, 温度为 45 ,沉降时间为120 min,考察表面活性剂浓度对三元复合驱采出水(初始含油量为 1 500 mg / L) 破乳效果的影响,结果见图2。
由图2 可知,在不加破乳剂的条件下,表面活性剂质量浓度为0~ 200 mg/ L时, 随表面活性剂浓度增加,脱油率从50. 9%上升到 59. 1% , 乳化稳定性减弱；随着表面活性剂浓度的进一步增加,乳化稳定性显著增强,表面活性剂质量浓度从200 mg/ L增至800 mg/ L时,脱油率从59. 1%降至41. 3%。一开始加入表面活性剂时, 表面活性剂会替代原油中部分
天然界面成膜物质以及石油酸皂等, 而由于初期表面活性剂浓度很少, 使得替代后的界面膜强度较低,从而乳化稳定性减弱, 这也是初期石油磺酸盐能作为三元复合驱采出水破乳剂的原因。之后, 随着表面活性剂浓度的增加,一方面,石油磺酸盐的亲油基趋于油相,亲水基插入水相,吸附在油水界面上的表面活性剂增加, 使界面张力下降, 界面膜强度提高；另一方面,表面活性剂可以与聚合物相互作用,形成稳定的二维、 三维的网络结构,并且未参与成膜的表面活性剂分子本身相互作用, 形成胶束,两者都对油滴形成包裹,阻碍了油水分离,使三元复合驱采出水更稳定。加入破乳剂后, 破乳效果大幅改善。在表面活性剂质量浓度为200 mg/ L时,脱油率由不加破乳剂的59. 1%提高到91. 9% ；在表面活性剂质量浓度为800 mg/ L时, 脱油率由不加破乳剂的41. 3%提高到70. 4%。
2. 2. 3 聚合物浓度对三元复合驱采出水破乳效果的影响
聚丙烯酰胺可以提高驱替剂的粘度, 主要起粘度控制作用,从而降低驱替剂的流动速度和扩大波及的体积。在表面活性剂为 400 mg/ L、 碱为1 200 mg/ L 的条件下, 投加破乳剂 FB94 为 80mg/ L, 温度为45 ,沉降时间为120 min, 考察聚合物浓度对三元复合驱采出水(初始含油量为 1 500mg/ L) 破乳效果的影响,结果见图3。
由图3 可知,在不加破乳剂的条件下,聚合物质量浓度为0~ 200 mg / L时, 脱油率从7. 2%提高到55. 7%,表明加入少量的聚合物时,可以改善油水分离特性；随着聚合物浓度的增加, 脱油率逐渐下降,当聚合物质量浓度为 800 mg / L, 脱油率下降到10. 4%,乳化稳定性明显增强。这是由于加入少量聚合物时, 对体系的粘度影响不突出, 但少量的聚合物在体系中起到了絮凝沉降的作用, 从而使油水分离变得容易；之后, 随着聚合物浓度的增加, 由于聚合物分子中含有大量易水解的酰胺基团和易电离的- COON a,当其超过一定浓度时, 聚合物分子之间就相互纠缠。同时, 由于水化作用和 COONa在水中的解离, 形成扩散双电层,产生许多带有相互排斥的同性电荷的链段； 另外,聚合物中的羧基能与形成界面膜的表面活性剂的亲水基团发生作用, 生成氢键,使聚合物分子间的相互作用增强, 从而增加了界面膜间的排斥力及空间阻力, 即提高了界面膜强度,导致分子扩散速度减小, 水滴聚结困难,最终降低了油水分离速度, 乳化稳定性增强。在加入破乳剂后,破乳效果显著改善。在聚合物质量浓度为 200mg/ L时, 脱油率由不加破乳剂的 55. 7% 提高到88. 1%；在聚合物质量浓度为 800 mg/ L时, 脱油率由不加破乳剂的 10. 4%提高到60. 0%。
2. 3 工艺条件对三元复合驱采出水破乳的影响
在碱为1 200 mg/ L、 表面活性剂为400 mg/ L、聚合物为200 mg/ L的条件下,考察工艺条件对三元复合驱采出水破乳的影响。
( 1) 沉降时间的影响。当投加破乳剂FB94为80mg/ L、 温度为 45 时, 初始含油量为 1 500、 5 000mg/ L的三元复合驱采出水沉降时间为30 min 的脱油率分别为 51. 7%、 65. 2%； 沉降时间为 120 min 的脱油率则分别升至88. 1%、 93. 2%, 且水中含油量分别为179、 338 mg/ L(见图4、 图5)。继续延长沉降时间对三元复合驱采出水的破乳效果影响不大。
( 2) 温度的影响。随着温度的升高, 破乳剂FB94 对三元复合驱采出水的破乳效果改善。沉降时间为120 min,在温度为10 时,初始含油量分别为1 500、 3 000、 5 000 mg / L的三元复合驱采出水的脱油率分别为 54. 3%、 64. 8%、 75. 9% ； 温度升高到45 时, 脱油率分别为 88. 1% , 90. 1%、 93. 2% ( 见图6)。这是由于随着温度的升高,油相的粘度和密度下降,分子间碰撞频率增大,导致三元复合驱采出水聚结而加剧界面膜破裂, 破乳效果改善。当温度升至45 后, 继续升高温度, 脱油率提高的趋势较缓和。温度升高到 70 时, 其脱油率分别升至90. 9%、 93. 4%、 95. 8%。在实际工业上, 根据破乳效果与能耗等因素综合选择破乳的温度。
( 3) 破乳剂浓度的影响。沉降时间为120 min、温度为45 ,在破乳剂FB94 质量浓度为10 mg/ L时,初始含油量分别为 1 500、 3 000、 5 000 mg/ L的三元复合驱采出水的脱油率分别为64. 3%、 69. 5%、79. 7%,而在破乳剂FB94 质量浓度为160 mg / L时,脱油率则分别达到 94. 2%、 95. 3%、 96. 1% ,对应水中含油量分别为 87、 142、 195 mg/ L。由于破乳剂FB94 分子为两亲性结构, 投加后会与体系中的表面活性剂产生竞争吸附, 而破乳剂FB94 的吸附速度远大于体系中的表面活性剂,能很大程度上降低油水界面张力,界面膜强度急剧下降,因此破乳效果随着破乳剂FB94 浓度的增加而显著改善。当破乳剂FB94 增加到120 mg / L时,达到其临界胶束浓度,继续增加破乳剂 FB94 浓度, 破乳剂分子在油水界面上趋于饱和, 破乳效果随破乳剂FB94 浓度的增加而变化不大,脱油率提高趋缓(见图7)。
3 结 论
( 1) 由于三元复合驱油剂和原油中天然乳化剂的双重作用,导致三元复合驱采出水乳化严重且稳定。破乳剂中 FB 系列破乳效果较好, 其中破乳剂FB94 的破乳效果最好。
( 2) 三元复合驱表面活性剂浓度较少时, 起破乳剂的作用; 在表面活性剂质量浓度增加到 200mg/ L后,三元复合驱采出水更稳定。少量的聚合物能减弱乳化稳定性, 起絮凝剂的作用; 在聚合物质量浓度增加到 200 mg / L后,乳化稳定性显著增强。
( 3) 由于原油中酸性物质的存在, 少量的碱易与这些酸性物质生成石油酸皂等活性物质, 从而对体系起稳定作用;随着碱浓度的增加, 乳化稳定性逐渐减弱。
( 4) 在碱为1 200 mg / L、 聚合物为 200 mg/ L、表面活性剂为 400 mg/ L、 投加破乳剂FB94 为 160mg/ L、 沉降120 min、 温度为45 的条件下,初始含油量为5 000 mg/ L的三元复合驱采出水破乳后水中含油量降至195 mg / L,脱油率为 96. 1% ;初始含油量为1 500 mg/ L的三元复合驱采出水破乳后水中含油量降至87 mg / L,脱油率为94. 2%。