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聚醚型稠油破乳剂破乳效果影响因素分析

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聚醚型稠油破 乳剂 效果 影响 因素 分析
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第 28卷 第 2期2010年 4月天   然   气   与   石   油Na l Ga s 28, 2Ap r. 2010收 稿 日 期 : 2009210223作 者 简 介 :吴 凯 凯 (19842) ,女 ,山 东 东 营 人 ,油 气 储 运 工 程 硕 士 研 究 生 在 读 ,从 事 稠 油 破 乳 剂 及 脱 水 工 艺 方 面 的 研究 。 电 话 : 13541343095。聚 醚 型 稠 油 破 乳 剂 破 乳 效 果 影 响 因 素 分 析吴 凯 凯 1 ,梁 光 川 1 ,马 培 红 2 ,廖 冲 春 2 ,甘 淳 静 3(1. 西 南 石 油 大 学 研 究 生 院 ,四 川 成 都 610500; 2. 中 国 石 化 西 北 油 田 分 公 司 工 程 院 地 面 所 ,新 疆 乌 鲁 木 齐 830011;3. 中 国 石 油 工 程 设 计 有 限 公 司 西 南 分 公 司 四 川 成 都 610017)摘   要 :原 油 破 乳 脱 水 是 原 油 集 输 处 理 的 重 要 环 节 ,其 过 程 中 要 使 用 大 量 的 破 乳 剂 。 针 对目 前 原 油 乳 化 特 性 不 断 增 加 的 特 点 以 及 稠 油 、 超 稠 油 的 不 断 开 发 ,多 种 类 型 的 高 效 聚 醚 型 稠 油破 乳 剂 在 油 田 生 产 中 得 到 广 泛 的 应 用 。 阐 述 了 聚 醚 型 破 乳 剂 应 用 情 况 ,根 据 原 油 破 乳 机 理 ,分析 破 乳 剂 支 链 程 度 、 嵌 段 类 型 、 破 乳 剂 的 浓 度 、 、 破 乳 剂 的 分 子 量 等 因 素 对 破 乳 剂性 能 的 影 响 。 根 据 目 前 聚 醚 类 破 乳 剂 的 发 展 趋 势 ,对 聚 醚 型 破 乳 剂 今 后 的 研 究 重 点 提 出 了 相关 建 议 。关 键 词 :聚 醚 ;稠 油 ;破 乳 剂 ;支 链 化 ; 嵌 段 ;复 配文 章 编 号 : 100625539 (2010) 0220012203      文 献 标 识 码 : 前 言原 油 破 乳 脱 水 的 过 程 中 要 使 用 到 大 量 的 破 乳剂 。 原 油 中 含 有 胶 质 、 沥 青 质 等 天 然 乳 化 剂 ,乳 化 能力 强 ,加 上 各 种 油 田 助 剂 、 化 学 驱 、 蒸 汽 驱 、 复 合 驱 的广 泛 使 用 ,致 使 油 井 采 出 液 含 水 率 持 续 上 升 ,原 油 采出 液 成 分 和 物 性 越 来 越 复 杂 ,乳 状 液 稳 定 性 增 强 ,因此 对 破 乳 剂 性 能 要 求 不 断 提 高 。 稠 油 和 超 稠 油 的 高效 快 速 破 乳 已 成 为 影 响 采 油 成 本 、 原 油 质 量 、 产 量 和控 制 油 田 环 境 污 染 的 关 键 技 术 。 因 此 ,研 发 、 生 产 和应 用 新 型 高 效 原 油 破 乳 剂 ,对 油 田 的 生 产 具 有 十 分重 要 的 意 义 。破 乳 剂 的 类 型 按 分 子 量 大 小 分 为 低 分 子 破 乳剂 、 高 分 子 破 乳 剂 和 超 高 相 对 分 子 质 量 破 乳 剂 。 其中 超 高 相 对 分 子 质 量 的 聚 醚 型 稠 油 破 乳 剂 具 有 破 乳温 度 低 、 出 水 率 高 、 出 水 速 度 快 以 及 脱 水 效 果 好 等 优点 ,在 油 田 内 被 广 泛 使 用 。聚 醚 型 破 乳 剂 通 常 是 指 以 环 氧 乙 烷 ( 、 环 氧丙 烷 ( 或 环 氧 丁 烷 (等 为 主 要 原 料 ,醇 、 酸 、胺 和 合 成 树 脂 等 为 起 始 剂 ,在 化 剂作 用 下 ,引 发 环 氧 乙 烷 、 环 氧 丙 烷 嵌 段 共 聚 ,得 到 不同 结 构 (如 线 型 、 树 型 及 星 型 等 )的 多 分 枝 嵌 段 聚醚 。 调 节 嵌 段 长 度 和 分 子 量 可 以 得 到 性能 各 异 的 聚 醚 产 物 [ 1 ]。1  聚 醚 型 破 乳 剂 应 用 情 况目 前 国 内 常 用 的 聚 醚 型 破 乳 剂 有 几 类 :以 醇 类为 起 始 剂 的 聚 醚 ,以 酚 醛 树 脂 或 改 性 树 脂 为 起 始 剂的 聚 醚 ,以 多 乙 烯 多 胺 为 起 始 剂 的 聚 醚 ,聚 醚 型 破 乳剂 的 扩 链 改 性 产 物 ,复 配 破 乳 剂 等 。 聚 醚 型 破 乳 剂在 各 个 油 田 现 有 的 应 用 概 况 如 表 1所 示 。2  聚 醚 型 破 乳 剂 性 能 的 影 响 因 素目 前 公 认 的 破 乳 机 理 有 :相 转 移 反 相 变 形 机 理 ,碰 撞 击 破 界 面 膜 机 理 ,增 溶 机 理 ,褶 皱 变 形 机 理 。 智永 萍 [ 2 ]采 用 增 溶 机 理 阐 述 聚 醚 型 破 乳 剂 的 破 乳 机理 ,认 为 破 乳 剂 在 油 水 界 面 发 生 了 胶 溶 作 用 ,即 将 疏水 性 的 成 膜 物 质 如 沥 青 质 、 胶 质 类 物 质 等 转 化 成 脂溶 物 (或 烃 溶 物 ) ,即 不 溶 性 的 化 合 物 可 以 增 溶 在 破乳 剂 分 子 形 成 的 胶 束 内 部 ,并 使 其 以 胶 体 形 式 分 散在 原 油 中 ,从 而 促 进 液 滴 间 的 聚 结 作 用 ,同 时 界 面 张力 大 大 降 低 。 在 破 乳 剂 浓 度 较 低 时 ,以 顶 替 作 用 为主 ,破 乳 剂 吸 附 于 油 - 水 界 面 ,取 代 天 然 的 破 乳 剂 ,改 善 了 界 面 膜 强 度 ,降 低 了 其 表 面 活 性 ,导 致 界 面 张力 下 降 ,原 油 乳 状 液 的 稳 定 性 降 低 。 在 破 乳 剂 浓 度表 1  聚 醚 型 破 乳 剂 应 用 及 类 型油 田 名 称 破 乳 剂 型 号 破 乳 剂 类 型 或 合 成 方 法胜 利 油 田 多 乙 烯 多 胺 为 起 始 剂 的 聚 醚 以 改 性 酚 醛 树 脂 为 起 始 剂 的 嵌段 聚 醚 以 改 性 树 脂 为 起 始 剂 的 聚 醚 的扩 链 产 物 改 性 酚 醛 树 脂 为 起 始 剂 的 聚醚 与 多 嵌 段 聚 醚 复 配 合 成 配 破 乳 剂 改 性 酚 醛 树 脂 为 起 始 剂 的 段 聚 醚 的 扩 链 产 物 以 改 性 酚 醛 树 脂 为 起 始 剂 的 聚醚 醛 树 脂 和 酚 胺 树 脂 作 为 复合 起 始 剂 的 三 嵌 段 聚 醚 扩 链 改性 产 物 米 氧 化 硅 改 性 破 乳 剂辽 河 油 田 E 1021、 121三 种破 乳 剂 复 配 产 物 改 性 酚 醛 树 脂 嵌 段 聚 醚 与有 机 硅 反 应 得 到 的 含 硅 破 乳剂 ,与 配 制 得 环 酚 胺 树 脂 为 起 始 剂 ,经嵌 段 聚 醚 合 成 ,再 经 扩 链 剂 交联 后 得 到大 庆 油 田 基 酚 醛 树 脂 为 起 始 剂 的 聚 醚 种 不 同 起 始 剂 聚 醚 用 丙 烯 酸和 马 来 酸 酐 扩 链 改 性 得 到陕 北 油 田33, 乙 烯 多 胺 为 起 始 剂 的 聚 醚新 疆 油 田 多 乙 烯 多 胺 为 起 始 剂 合 成 的 醚 单 体 ,用 高 活 性 特殊 碱 性 液 体 酚 醛 树 脂 改 性 制 的 多 乙 烯 多 胺 为 起 始 剂 的 聚 醚 多 活 泼 基 团 的 星 形 聚 合 物为 起 始 剂 ,合 成 的 嵌 段 聚 醚 中经 油 水 两 亲 化 合 物 扩 链 改 性 聚醚 链 二 元 醇 为 起 始 剂 得 到 的 多嵌 段 聚 醚河 南 油 田 配 破 乳 剂吉 林 油 田 酚 胺 树 脂 为 起 始 剂 的 聚 醚 扩链塔 河 油 田 醚 扩 链 改 性 产 物长 庆 油 田 醚 扩 链 改 性 产 物61聚 醚 扩 链 支 化 产 物渤 海 绥 中 氮 支 链 聚 醚3621油 田 22420 直 链 聚 醚 聚 氨 酯 链 聚 醚 聚 氨 酯 链 聚 醚 聚 氨 酯较 高 时 ,以 溶 胶 作 用 为 主 ,破 乳 剂 在 原 有 成 膜 物质 胶 溶 以 及 自 身 的 胶 溶 双 重 作 用 影 响 下 ,界 面 张 力呈 现 上 升 趋 势 。 依 据 破 乳 机 理 ,影 响 聚 醚 型 破 乳 剂性 能 的 主 要 因 素 有 以 下 几 个 方 面 :2. 1  支 链 程 度 对 破 乳 剂 性 能 的 影 响破 乳 剂 分 子 的 结 构 可 分 为 线 型 和 多 支 链 型 两种 ,多 支 链 、 星 型 结 构 、 高 分 子 量 的 破 乳 剂 有 利 于 稠油 的 破 乳 脱 水 。沈 明 欢 [ 3 ]结 合 渤 海 523621油 田 聚 驱 采 出 液 乳化 特 性 ,合 成 研 制 出 支 状 ( 、 梳 状 ( 星 型 结 构 ( 5个 系 列 共 54种 原 油 破 乳剂 ,并 对 其 进 行 性 能 评 价 研 究 ,得 出 结 论 :在 相 同 的合 成 工 艺 参 数 下 ,破 乳 剂 性 能 以 星 型 破 乳 剂 最 佳 ,支状 破 乳 剂 次 之 ,梳 状 破 乳 剂 最 差 。檀 国 荣 等 [ 4 ]对 比 分 析 了 不 同 起 始 剂 得 到 的 聚氧 乙 烯 /聚 氧 丙 烯 破 乳 剂 的 破 乳 性 能 ,得 出 以 1, 2 醇 为 起 始 剂 的 聚 醚 破 乳 性 能 明 显 低 于 以 多 乙 烯多 胺 以 及 四 乙 烯 五 胺 为 起 始 剂 的 聚 醚 的 破 乳 性 能 ,认 为 破 乳 性 能 随 着 起 始 剂 支 链 的 增 多 逐 渐 提 高 。直 链 聚 醚 多 用 于 低 含 水 期 ;多 分 支 型 聚 醚 有 较好 的 亲 水 能 力 、 润 湿 性 能 和 渗 透 效 应 ,破 乳 速 度 快 ,用 量 少 ,多 用 于 高 含 水 期 。徐 家 业 等 [ 5 ]将 用 己 二 酸 扩 链 合 成 扩链 ,然 后 用 不 同 的 支 化 剂 如 三 乙 烯 四 胺 、季 戊 四 醇 、 山 梨 醇 、 木 糖 和 甘 油 ,对 扩 链 产 物 进 行 支化 ,合 成 了 扩 链 支 化 型 破 乳 剂 ,研 究 了 破 乳 性 能 与 破乳 剂 结 构 、 界 面 张 力 等 之 间 的 关 系 。 对 杜 里 和 长 庆原 油 破 乳 实 验 结 果 表 明 :聚 醚 经 扩 链 支 化 后 对 原 油的 破 乳 能 力 明 显 提 高 。2. 2  嵌 段 类 型 对 破 乳 剂 性 能 的 影 响按 聚 合 段 数 可 将 聚 醚 分 为 二 嵌 段 聚 醚 、 三 嵌 段聚 醚 、 多 嵌 段 聚 醚 。 二 嵌 段 聚 醚 破 乳 剂 在 原 油 中 易于 分 散 ,具 有 较 快 的 破 乳 脱 水 速 度 ,而 多 嵌 段 聚 醚 破乳 剂 脱 出 水 清 ,界 面 齐 。檀 国 荣 等 [ 4 ]对 比 了 不 同 嵌 段 的 酚 胺 树 脂 聚 醚脱 水 性 能 ,指 出 二 嵌 段 和 四 嵌 段 聚 醚 脱 水 率 较 高 ,尤其 是 二 嵌 段 聚 醚 ;三 嵌 段 聚 醚 脱 水 较 慢 ,但 脱 出 水 色清 。张 谋 真 等 [ 6 ]以 多 乙 烯 多 胺 为 起 始 剂 、 环 氧 丙 烷和 环 氧 乙 烷 为 单 体 、 化 剂 合 成 了 二 嵌 段 聚醚 、 三 嵌 段 聚 醚 、 多 嵌 段 聚 醚 ,共 6种 : 33, 破 乳 脱 水 性 能 研 究 得出 其 中 二 嵌 段 聚 醚 较 好 。张 洁 辉 等 [ 7 ]研 究 了 以 多 乙 烯 多 胺 为 起 始 剂 、 醋酸 钙 和 氢 氧 化 钾 为 催 化 剂 合 成 的 环 氧 丙 烷 /环 氧 乙烷 多 嵌 段 聚 醚 破 乳 脱 水 的 影 响 因 素 ,指 出 在 亲 油 头大 小 与 比 相 同 ,合 成 条 件 也 相 同 时 ,31  第 28卷 第 2期 吴 凯 凯 ,等 :聚 醚 型 稠 油 破 乳 剂 破 乳 效 果 影 响 因 素 分 析          破 乳 脱 水 效 果 以 多 嵌 段 聚 醚 最 好 ,二 嵌 段 聚 醚 次 之 ,三 嵌 段 聚 醚 最 差 。2. 3  破 乳 剂 浓 度 对 破 乳 剂 性 能 的 影 响破 乳 剂 的 用 量 与 破 乳 效 果 不 成 正 比 关 系 。 破 乳剂 用 量 在 临 界 胶 束 浓 度 )时 ,破 乳 效 果 最 佳 。这 是 因 为 在 较 低 浓 度 ( < 时 ,破 乳 剂 分 子 是以 单 体 形 式 吸 附 在 油 水 界 面 ,吸 附 量 与 浓 度 成 正 比 ,而 油 水 界 面 张 力 反 而 随 破 乳 剂 浓 度 增 加 迅 速 下 降 ,脱 水 率 随 之 增 大 。 而 当 破 乳 剂 浓 度 接 近 或 等 于界 面 吸 附 也 趋 于 平 衡 ,此 时 界 面 张 力 不 再下 降 ,脱 水 率 也 达 最 大 。 若 再 增 加 破 乳 剂 浓 度 ,破 乳剂 分 子 开 始 聚 集 成 团 形 成 胶 束 ,反 而 使 界 面 张 力 有所 上 升 ,脱 水 率 下 降 [ 8 ]。2. 4  对 破 乳 脱 水 效 果 的 影 响嵌 段 共 聚 物 的 配 比 ( 是 影 响 破 乳 剂的 破 乳 效 果 的 重 要 因 素 之 一 。 破 乳 剂 表现 亲 水 性 ; 相 反 , ,破 乳 剂 则 表 现 亲 油性 [ 9 ]。 当 比 相 同 时 ,多 嵌 段 聚 醚 的 破乳 脱 水 效 果 随 亲 油 头 增 大 而 提 高 。张 洁 辉 等 [ 7 ]指 出 破 乳 剂 头 (多 乙 烯多 胺 与 )为 1∶ (180~ 210)、 为 25%~ 30%的 多 嵌 段 聚 醚 的 破 乳 脱 水 效 果 较 好 ;亲 油 头为 1∶ 200、 为 28% ~ 32%的 多 嵌 段 聚 醚 的 破乳 脱 水 效 果 最 好 。檀 国 荣 等 [ 4 ]对 四 乙 烯 五 胺 二 嵌 段 聚 醚 进 行 破乳 评 价 ,在 起 始 剂 含 量 较 小 时 ,随 着 大 ,脱 水 率 增 大 到 最 大 值 后 ,急 剧 下 降 ,直 到 丧 失 脱 水 能力 ; 1∶ 4~ 1∶ 115之 间 脱 水 效 果 较 好 ,表明 此 接 近 或 等 于 最 佳 值 ; 于 1∶ 1时 ,基 本 无 破 乳 性 能 ,表 明 此 离 最佳 值 。2. 5  破 乳 剂 的 分 子 量 对 破 乳 剂 性 能 的 影 响董 国 君 等 [ 9 ]指 出 分 子 量 越 大 ,破 乳 脱 水 效 果 越好 。 当 分 子 量 相 同 时 ,分 支 数 的 变 化 对 破 乳 效 果 影响 不 大 ;而 当 分 子 量 随 分 支 数 的 增 多 而 增 大 时 ,破 乳脱 水 效 果 会 随 之 增 强 。李 淑 贤 等 [ 10 ]用 含 多 活 泼 基 团 的 星 型 聚 合 物 为起 始 剂 ,研 制 了 新 疆 克 拉 玛 依 九 区 稠 油 专 用 的 破 乳剂 嵌 段 聚 醚 。 当 例 相 同时 ,起 始 剂 与 亲 油 头 比 例 在 1∶ 100~ 268时 ,破 乳 剂脱 水 效 果 随 亲 油 头 分 子 量 增 大 而 提 高 。3  结 论 与 建 议分 析 目 前 国 内 的 研 究 现 状 中 存 在 的 问 题 并 提 出以 下 建 议 :a. 采 油 过 程 中 各 种 化 学 助 剂 的 使 用 造 成 稠 油 乳化 特 性 复 杂 ,破 乳 机 理 不 明 确 ,应 加 强 破 乳 剂 结 构 组成 与 原 油 的 作 用 机 制 之 间 的 研 究 。b. 油 溶 性 破 乳 剂 的 研 究 较 少 ,为 满 足 高 含 水 期油 田 破 乳 脱 水 的 要 求 ,研 究 开 发 油 水 两 亲 的 两 性 破乳 剂 ,以 提 高 破 乳 剂 的 破 乳 脱 水 效 果 。c. 目 前 ,国 内 外 对 提 高 聚 醚 型 破 乳 剂 破 乳 效 果的 研 究 集 中 在 对 聚 醚 分 子 结 构 的 改 性 ,从 根 本 上 改变 聚 醚 型 产 品 的 破 乳 剂 研 制 较 少 。 现 有 的 破 乳 剂 单一 性 强 ,广 泛 适 用 性 差 ,开 发 高 效 广 谱 破 乳 剂 存 在 较大 困 难 。 聚 醚 型 破 乳 剂 的 研 究 方 法 有 :改 头 、 换 尾 、加 骨 、 扩 链 、 接 枝 、 交 联 、 复 配 等 [ 3 ] ,其 中 复 配 是 目 前破 乳 剂 合 成 的 主 要 手 段 ,亟 待 开 发 和 研 制 新 的 合 成方 法 以 适 应 各 油 田 对 破 乳 剂 的 需 求 。 型 破 乳 剂 多 数 是 环 氧 丙 烷 /环 氧 乙 烷 嵌段 聚 醚 ,由 于 环 氧 化 物 存 在 毒 性 ,寻 求 环 氧 化 物 的 替代 物 ,开 发 绿 色 环 保 型 破 乳 剂 ,加 强 对 污 水 (O /W 型乳 液 )的 破 乳 处 理 以 满 足 环 境 要 求 。参 考 文 献 :[ 1 ]  李   莉 . 功 能 性 聚 醚 化 合 物 的 合 成 和 应 用 [ J ]. 日 用 化学 品 科 学 , 2008, 31 (12) : 27231.[ 2 ]  智 永 萍 . 破 乳 剂 的 研 究 [D ]. 东 营 :中 国 石 油大 学 (华 东 ) , 2006.[ 3 ]  沈 明 欢 . 渤 海 油 田 聚 驱 采 出 液 化 学 破 乳 研 究 [D ]. 哈 尔滨 :哈 尔 滨 工 业 大 学 , 2007.[ 4 ]  檀 国 荣 ,邹 立 壮 ,王 金 本 ,等 . 破 乳 剂 结 构 对 原 油 破 乳效 果 影 响 的 研 究 [ J ]. 钻 采 工 艺 , 2006, 29 (1) : 74275.[ 5 ]  徐 家 业 ,陈 和 平 ,王 晓 玲 . 己 二 酸 扩 链 改 性 聚 醚 的 破 乳性 能 与 结 构 的 关 系 [ J ]. 石 油 学 报 (石 油 加 工 ) 2002,18 (2) : 48252.[ 6 ]  张 谋 真 ,郭 立 民 ,李 继 忠 ,等 . 聚 醚 型 原 油 破 乳 剂 对 陕北 原 油 的 破 乳 脱 水 性 能 研 究 [ J ]. 化 学 与 生 物 工 程 ,2009, 26 (1) : 61264.[ 7 ]  张 洁 辉 ,陈   锐 ,郑 邦 乾 ,等 . 多 嵌 段 聚 醚 的 合 成 、 结 构与 破 乳 性 能 研 究 [ J ]. 油 田 化 学 , 1997, 14 (4) : 3242328.[ 8 ]  曹   华 . 强 化 采 油 产 出 液 油 水 乳 化 体 系 的 破 乳 及 规 律[D ]. 哈 尔 滨 :哈 尔 滨 工 程 大 学 , 2005: 728.[ 9 ]  董 国 君 ,曹   华 ,檀 国 荣 ,等 . 嵌 段 聚 醚 破 乳 剂 的 合 成及 破 乳 规 律 [ J ]. 化 学 工 程 师 , 2005, 10 (9) : 64266.[ 10 ]  李 淑 贤 ,崔 继 东 ,姚 延 峰 ,等 . 用 于 稠 油 脱 水 的 油 水 两亲 破 乳 剂 制 与 应 用 [ J ]. 油 田 化 学 , 200421 (1) :     天   然   气   与   石   油 2010年  
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