潿洲WZ11—1N油田乳化原油的形成機理及破乳劑評價

中海石油（中國）有限公司湛江分公司

潿洲WZ11—1N油田乳化原油的形成機理及破乳劑評價

梁玉凱 顏明 陳霄 宋立志中海石油（中國）有限公司湛江分公司

取潿洲11—1N油田A2井原油，根據(jù)油田實際生產(chǎn)情況評價各因素對乳化原油穩(wěn)定性的影響。由硫酸鋇配置的穩(wěn)定乳化原油，在添加各濃度破乳劑攪拌后均立即出現(xiàn)了油水分層，且隨著靜置的時間增加，實現(xiàn)了大于90%的脫水率。根據(jù)破乳劑性能評價與優(yōu)選結(jié)果，推薦采用濃度為1.5%的SA—5對A2井乳化原油進(jìn)行破乳處理。由于A2井原油中天然乳化劑含量較低，溫度、含水率的變化都不易導(dǎo)致A2井原油形成穩(wěn)定乳化原油；堿性條件會顯著增加A2井乳化原油穩(wěn)定性。油井在進(jìn)行堿性條件的井下作業(yè)時，必須考慮乳化原油防破乳問題。高嶺石、硫酸鋇結(jié)垢等固相微粒的存在會明顯增加A2井乳化原油穩(wěn)定性。

乳化原油；穩(wěn)定性；固相微粒；陰離子型表面活性劑；破乳

油井見水后，在各種外界因素影響下井筒及集輸管線會形成乳化原油，這將增加原油輸送過程中的能耗，引起管道腐蝕結(jié)垢并影響二次加工原料及產(chǎn)品質(zhì)量。為此，弄清各因素對乳化原油穩(wěn)定性影響，明確目標(biāo)井乳化原油形成機理，并提出有針對性的破乳處理技術(shù)具有重要意義。本文取潿洲11—1N油田A2井原油，根據(jù)油田實際生產(chǎn)情況評價各因素對乳化原油穩(wěn)定性的影響。

1 原油乳化過程

原油乳化過程受表面力的控制，形成乳化液滴所需的自由能，可由如下表達(dá)式描述

式中ΔA為增加的內(nèi)表面積；γ12為兩相間的界面張力；ΔS為形成大量分散液滴所造成熵值的變化。

通常情況下ΔAγ12?TΔS，所以乳狀液的形成需要外界能量的供給，并不會自發(fā)形成。井筒內(nèi)油水劇烈的攪拌，能提供兩相流體充分混合的場所及形成乳狀液所必須的能量。儲層微粒運移、結(jié)垢所形成的固體微粒，作業(yè)過程中入井流體引入的外源乳化劑、流體pH值的改變等，均會對ΔAγ12造成影響，這將導(dǎo)致井筒內(nèi)形成穩(wěn)定乳化原油的趨勢加大。需根據(jù)油井生產(chǎn)過程中的實際情況，評價各因素對乳化原油穩(wěn)定性的影響，明確其形成穩(wěn)定乳化原油機理，并有針對性地對破乳劑進(jìn)行評價與優(yōu)化。

2 實驗材料及方案

2.1實驗材料

潿洲11—1N油田A2井脫水原油；根據(jù)A2井采出水離子分析，采用化學(xué)分析純藥品配制的模擬采出水；HCl和NaOH配制的不同pH值采出水；參照SY5408—91標(biāo)準(zhǔn)制備粒徑小于2μm的高嶺石微粒；化學(xué)分析純BaCl2和Na2SO4配制的硫酸鋇晶體；破乳劑SA—5。

2.2實驗方案

（1）乳化原油穩(wěn)定性影響因素評價。評價了單因素對乳化原油穩(wěn)定性的影響。根據(jù)A2井實際井況，實驗采用溫度90℃，含水率25%，水相pH為7，不添加高嶺石、硫酸鋇，其中單因素變量設(shè)計如下：①溫度為50、70和90℃；②含水率為10%、15%、20%、30%、50%；③水相pH值為5、7、9；④高嶺石添加質(zhì)量含量為0.05%、0.1%；⑤硫酸鋇添加量為0.05%、0.1%、0.2%。前人研究均已驗證，剪切速率和攪拌時間的增加均會增加乳化原油穩(wěn)定性，所以在本實驗中原油乳化過程采用定剪切速率3000r/min，攪拌15min。攪拌完成后，置于對應(yīng)溫度的恒溫水浴鍋中，每隔一定時間觀察并記錄乳化原油脫水情況。

（2）破乳劑評價與優(yōu)選。根據(jù)乳化原油穩(wěn)定性影響因素評價結(jié)果，在井口溫度（50℃）下，以3000r/min速度攪拌15min，配置含水20%的穩(wěn)定乳化原油，并添加不同濃度（0.5%、1%、1.5%、2%）的破乳劑SA—5，參照SY/T5281—2000標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行人工震蕩200次，排氣，再至于50℃恒溫水浴中，觀察記錄5、15、30、60min的脫水情況。

3 實驗結(jié)果與分析

3.1乳化原油穩(wěn)定性影響因素評價實驗

（1）溫度對原油穩(wěn)定性的影響。實驗結(jié)果表明，溫度變化對A2井的原油乳化穩(wěn)定性影響較小。配制的乳化原油均在5～8min內(nèi)完全油水分離，且溫度越低，乳化液體系穩(wěn)定性越好。這是由于較低的溫度，降低了油相中天然乳化劑的溶解度，增加了其在界面處的濃度，導(dǎo)致界面膜強度增加，水滴聚并阻力增加；且增加了分子間的內(nèi)聚力，分散水滴的熱運動減弱，乳狀液體系穩(wěn)定性增加；增加了油相黏度，降低了油水相的密度差，不利于水滴的聚并。

（2）含水率對原油穩(wěn)定性的影響。實驗結(jié)果表明，隨著含水率的增加，乳化原油完全油水分離所需時間增加，但在不同含水率下，5min內(nèi)均出現(xiàn)了乳化原油脫水。通常認(rèn)為，隨著含水率的上升，液滴總表面積的增加，導(dǎo)致界面處單位面積的天然乳化劑濃度下降，油水乳化液的穩(wěn)定性將下降。由于實驗所取A2井原油低含瀝青質(zhì)，天然乳化劑含量較少，所以在各含水率下，配置出的乳化原油穩(wěn)定性都較差；且由于含水量的增加，導(dǎo)致含水量較高的乳化原油完全脫水所需時間較長。

（3）pH值對原油乳化穩(wěn)定性的影響。實驗結(jié)果表明，水相pH值變化對乳化原油穩(wěn)定性影響明顯，在弱酸性（pH=5）條件下10min之后開始脫水，1h后完全實現(xiàn)油水分離；在弱堿性（pH=9）條件下45min后才開始脫水，且5h后脫水量僅為初始含水量的一半。水相pH值將會影響油水界面處天然乳化劑的分布，較低pH值情況下，原油中瀝青質(zhì)將會與酸在油水界面處反應(yīng)，生成的產(chǎn)物將降低油水界面張力，有利于乳化原油的形成[1]；較高pH值條件下，原油中的酸性組分與堿生成的脂肪酸皂極具界面活性，其將降低油水界面張力，有利于乳化原油的形成。

（4）固體微粒對原油乳化影響。實驗結(jié)果表明，加入的少量固體微粒對乳化原油體系起到極強的穩(wěn)定作用。加入高嶺石（0.05%）的乳化原油在18min后開始脫水，在1h后完全實現(xiàn)油水分離；加入硫酸鋇（0.05%）的乳化原油8h后才開始脫水，15h后完全實現(xiàn)油水分離。這是由于固體顆粒在液珠表面形成吸附層，以及分散在液珠之間阻礙水滴聚并，增加了乳化液體系的穩(wěn)定性。但在含水率一定的情況下，隨著固體微粒添加量的增加，重力對微粒的影響將愈發(fā)顯著，微粒的聚集沉降將導(dǎo)致乳化液體系的穩(wěn)定性下降。

3.2破乳劑破乳效果評價實驗

針對WZ11—1N油田A2井乳化原油為固相微粒影響所形成，提出采用陰離子型表面活性劑SA—5對其進(jìn)行破乳。SA—5疏水鏈締合吸附于顆粒的親油表面，利用其親水基團提高顆粒親水性，使顆粒表面變?yōu)樗疂裥员砻妫瑥亩档皖w粒對油包水乳狀液的穩(wěn)定性，最終實現(xiàn)乳化原油破乳。由硫酸鋇配置的穩(wěn)定乳化原油，在添加各濃度破乳劑攪拌后均立即出現(xiàn)了油水分層，且隨著靜置的時間增加，實現(xiàn)了大于90%的脫水率，如圖1所示。根據(jù)破乳劑性能評價與優(yōu)選結(jié)果，推薦采用濃度為1.5%的SA—5對A2井乳化原油進(jìn)行破乳處理。

圖1 破乳劑SA—5破乳性能評價與優(yōu)選

4 結(jié)論及建議

（1）由于A2井原油中天然乳化劑含量較低，溫度、含水率的變化都不易導(dǎo)致A2井原油形成穩(wěn)定乳化原油。

（2）堿性條件會顯著增加A2井乳化原油穩(wěn)定性。油井在進(jìn)行堿性條件的井下作業(yè)時，必須考慮乳化原油防破乳問題。

（3）高嶺石、硫酸鋇結(jié)垢等固相微粒的存在會明顯增加A2井乳化原油穩(wěn)定性。油井生產(chǎn)過程中需對生產(chǎn)制度嚴(yán)格控制，保持合理的生產(chǎn)壓差，避免近井地帶發(fā)生微粒運移，并對油井進(jìn)行除防垢處理。

（4）針對目前A2井由固相微粒影響所形成的穩(wěn)定乳化原油，推薦采用濃度1.5%的SA—5陰離子型表面活性劑進(jìn)行破乳處理。

[1]馮濤，宋軍，王寶輝．低溫下原油/水的乳化形貌與微觀結(jié)構(gòu)研究[J]．油氣田地面工程，2006，25（11）：10-11.

18980864518、liangyk1@cnooc.com.cn

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.2.002

梁玉凱：工程師，2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）油氣田開發(fā)工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)在中海石油（中國）有限公司湛江分公司從事采油工藝研究工作。