含酸原油破乳劑研究與應(yīng)用

趙楊

北京迪威爾石油天然氣技術(shù)開發(fā)有限公司 北京 100000

美國聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局（USGS）估計(jì)，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(jì)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(shù)被稱為原油酸值。按酸值可將原油分為：

低酸原油（常規(guī)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(huán)烷酸，是羧基通過碳鏈或直接連接在環(huán)烷烴上的一類有機(jī)酸的總稱。原油中環(huán)烷酸主要結(jié)構(gòu)見圖1。以一環(huán)酸為主，約點(diǎn)70%以上；隨著環(huán)數(shù)增加，含量減少。

圖1 原油中環(huán)烷酸結(jié)構(gòu)

1 含酸原油脫水存在的主要問題

原油中的環(huán)烷酸多以鹽的形式存在，典型的雙親結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的降低油水界面張力和形成較高機(jī)械性能油水界面膜的能力。在膠質(zhì)、瀝青質(zhì)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(jié)構(gòu)圖。

圖2 某含酸油乳狀液結(jié)構(gòu)

含酸原油的上述特點(diǎn)，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(huán)烷酸的方法，測(cè)試相同條件下國外某原油脫水效率隨環(huán)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(huán)烷酸加入，造成脫水效率急劇下降。原油酸值增加到3mgKOH/g時(shí)，脫水效率降低50%以上。

1.2 脫出水質(zhì)變差

小分子環(huán)烷酸鹽具有優(yōu)良的形成水包油乳狀液的能力，會(huì)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(yīng)用

2.1 分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

利用非洲某含酸原油為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在對(duì)國內(nèi)外各類型破乳劑性能評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，利用破乳機(jī)理與分子結(jié)構(gòu)間的關(guān)系和破乳劑數(shù)據(jù)庫，將含酸原油適用的破乳劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為硅骨架結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)示意見圖5。

圖5 含硅破乳劑結(jié)構(gòu)示意

其中：r=3～30；m=1～60；n=1～60；R1為碳數(shù)1～9的烴基。

2.2 合成工藝條件優(yōu)化及性能評(píng)價(jià)

對(duì)破乳劑聚合度、聚合單元排列以及合成工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，并與類似結(jié)構(gòu)的碳骨架破乳劑進(jìn)行性能對(duì)比。優(yōu)化結(jié)果見圖6。

圖6 破乳劑結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果

2.3 脫水性能評(píng)價(jià)

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(zhì)，與國內(nèi)外其他適用破乳劑性能對(duì)比見表1。

表1 DCP-Si與國內(nèi)外適用藥劑脫水性能對(duì)比

與國內(nèi)外優(yōu)選出的適用于含酸原油破乳劑對(duì)比結(jié)果可見，DCP-Si脫出水量提高20%～50%，水質(zhì)明顯提升。

3 結(jié)束語

含酸原油含量豐富，工業(yè)應(yīng)用價(jià)值高，但破乳脫水困難。針對(duì)其特性開發(fā)適用的破乳劑具有重要的現(xiàn)實(shí)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(duì)含酸原油表現(xiàn)出更為優(yōu)異的破乳脫水性能。

DCP-Si破乳劑對(duì)含酸原油具有優(yōu)良的綜合破乳脫水性能，并成功取得了發(fā)明專利授權(quán)和在世界范圍的推廣應(yīng)用。