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原油破乳剂的种类和研究发展趋势

时间:2017-11-13 15:10:56

原油从地下采出多以油水乳状液状态出现。据了解,如今国内陆上多数油田原油综合含水率达80%以上,如果不及时脱水,会增加泵、管线和贮罐负荷,引起金属表面腐蚀和结垢;而排放水中含有的油也会造成环境污染和原油浪费,因此无论从经济角度,还是从环境保护角度,均需对原油进行破乳脱水。由于化学破乳剂具有活性高、见效快等优点,投加破乳剂是目前最常用的破乳方法。  


 一、油田常用破乳剂的种类  


破乳剂的破乳效果与原油的性质有关,对某一种原油有效的破乳剂,对另一种原油就不一定有效,因此如何根据原油的性质去选择合适的破乳剂是一个非常重要的问题。  目前,国内外的原油破乳剂,品种繁多,但多是非离子型的破乳剂,破乳效果也各有千秋。但就其分子组成来说,主要是环氧乙烷与环氧丙烷的共聚物。目前油田中常用的非离子型破乳剂主要有以下几种: 


l. SP型破乳剂 

SP型破乳剂的主要组分为聚氧乙烯聚氧丙烯十八醇醚,理论结构式为R(PO)x(EO)y(PO)zH,式中:EO-聚氧乙烯;PO-聚氧丙烯;R-脂肪醇;x、y、z-聚合度。  

SP型破乳剂外观呈淡黄色膏状物质,HLB值为10~12,溶于水。SP型非离子型破乳剂对石蜡基原油具有较好的破乳效果。其疏水部分由碳12~18烃链组成,其亲水基是通过分子中的羟基(-OH)、醚基(-O-)与水作用形成氢键而达到亲水的目的。由于羟基、醚基亲水性较弱,所以只靠一两个羟基或醚基不能把碳12~18烃链疏水基拉入水中,必须有多个这样的亲水基,才能达到水溶的目的。

非离子型破乳剂的分子量越大,分子链越长,所含的羟基和醚基越多,它的拉力越大,对原油乳状液的破乳能力越强。SP型破乳剂适应于石蜡基原油的另一个原因是石蜡基原油不含或极少含胶质和沥青质,亲油性表面活性剂物质较少,相对密度较小。对含胶质和沥青质较高(或含水大于20%)的原油,SP型破乳剂的破乳能力较弱,原因是分子结构单一,无支链结构和芳香结构。 


2. AP型破乳剂 

AP型破乳剂是以多乙烯多胺为引发剂的聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚,是一种多枝型的非离子型表面活性剂分子结构式为:D(PO)x(EO)y(PO)z H,式中: EO-聚氧乙烯;PO-聚氧丙烯;R-脂肪醇;D-多乙烯多胺:x、y、z-聚合度。

AP型结构的破乳剂用于石蜡基原油乳状液的破乳,效果好于SP型破乳剂,它更适合于原油含水率高于20%的原油破乳,并能在低温条件下达到快速破乳的效果。如SP型破乳剂在55~60℃、2h内沉降破乳的话,AP型破乳剂只需在45~50℃、1.5h内沉降破乳。这是由于AP型破乳剂分子的结构特点所致。引发剂多乙烯多胺决定了分子的结构形式:分子链长且支链多,亲水能力高于分子结构单一的SP型破乳剂。多支链的特点决定了AP型破乳剂具有较高的润湿性能和渗透性能,当原油乳状液破乳时,AP型破乳剂的分子能迅速的渗透到油水界面膜上,比SP型破乳剂分子的直立式单分子膜排列占有更多的表面积,因而用量少,破乳效果明显。目前该类破乳剂是大庆油田使用较好的非离子型破乳剂。

 

3. AE型破乳剂 

AE型破乳剂是以多乙烯多胺为引发剂的聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚,是一种多枝型的非离子型表面活性剂。与AP型破乳剂相比,所不同的是AE型破乳剂是一种二段型的聚合物,其分子小,支链短。分子结构式为:D(PO)x(EO)yH,式中:EO-聚氧乙烯:PO-聚氧丙烯:D-多乙烯多胺;x、y -聚合度。

虽然AE型破乳剂和AP型破乳剂的分子相貌存在很大的差异,但分子成分是相同的,只是在单体用量和聚合顺序上有所差别。 

(1)两种非离子型破乳剂在设计合成时,其头、尾的用料量不同,产生聚合分子的长短也不同。 

(2)AP型破乳剂的分子为二段式的,以多乙烯多胺为引发剂,与聚氧乙烯、聚氧丙烯聚合形成嵌段共聚物:AE型破乳剂的分子为二段式的,以多乙烯多胺为引发剂,与聚氧乙烯、聚氧丙烯聚合形成两段共聚物,因此,设计出的AP型破乳剂的分子应比AE型破乳剂的分子长。  

AE型是两段多支结构的原油破乳剂,同样适应于沥青质原油乳状液的破乳。沥青基原油中亲油的表面活性剂含量越多,粘滞力越强,油水密度差小,不易破乳。而采用AE型破乳剂破乳速度快,同时,AE型破乳剂又是较好的防蜡降粘剂。由于其分子的多支结构,极易形成微小的网络,使原油中已形成的石蜡单晶落入这些网络,阻碍石蜡单晶体自由运动,不能相互连接,形成石蜡的网状结构,降低原油的粘度和凝固点,防止蜡晶聚结,从而达到防蜡的目的。  


4. AR型破乳剂 

AR型破乳剂由烷基酚醛树脂(AR树脂)与聚氧乙烯、聚氧丙烯聚合而成的新型油溶性的非离子型破乳剂,HLB值在4~8左右,破乳温度低达35~45℃。分子结构式为:AR(PO)x(EO)y H,式中:EO-聚氧乙烯;PO-聚氧丙烯;AR-树脂;x、y、z-聚合度。 

AR树脂在合成破乳剂的过程中,既起引发剂的作用,又进入破乳剂的分子中成为亲油基。AR型破乳剂的特点是:分子不大,在原油凝固点高于5℃的情况下有较好的溶解、扩散、渗透效应,促使乳化水滴絮凝、聚结,能在45℃以下,45 min内把含水率在50 %~70 %的原油中的水脱出80 %以上,这是SP型、AP型破乳剂所不能比的。 


破乳剂研究发展趋势 


 目前国内大部分油田处于三次采油时期,在三次采油(也叫强化采油)中为了增大采收率,要加入驱油剂(如聚合物溶液、碱溶液、表面活性剂溶液),所以三次采油采出的乳化原油更稳定。由于这种水包油型乳化原油与通常的油包水型乳化原油不同,具有不同的破乳特性,传统的油包水型原油破乳剂对水包油型原油的破乳己不再适用。所以三采破乳剂的研制变得越来越重要。  

原油破乳剂的一个重要特点是专一性强。对某一油区或油区某些油井原油有效的破乳剂,对其他油区或油区其他油井未必有效,在某油区原来十分有效的破乳剂随着油田开发的进行,使用效果会变差。寻找普遍适用的原油破乳剂实际上是不可能实现的愿望。高效破乳剂应具有良好的界面活性、絮凝聚结能力和润湿渗透能力,在一个产品中这些性能不可能全部达到最佳。而且利用破乳剂之间的协同效应,可以使破乳剂的破乳性能大大提高。因此,破乳剂复配是提高破乳剂性能的经济、快捷、便利、有效的技术途径 。  

世界石油资源基数大概要超过6万亿桶,但由于普通原油的可采储量在逐年减少,所以稠油将会成为21纪的主要能源。由于开采原油中稠油比例的增加,所以稠油破乳剂的研制也是破乳剂研究的一个趋势。




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