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上一级

在复杂稳定环境下采出液的破乳脱水

 

 

 

     

    在原油开采过程中,原油通常伴随地层水以乳状液的形式被采出,采出液破乳脱水对原油的开采、集输和加工都十分重要,添加破乳剂是常用的化学破乳方法

    大多数老油田进入中后期,原油综合含水大幅度上升,原油产量逐年降低,油田为了增产和稳产,一方面加大力度增加可采探明储量,另一方面使用各种化学复合驱增产措施(聚合物驱、三元复合驱和具有表面活性的聚合物驱等)提高老油田的采收率以及增加特稠油的产量(sagd蒸汽辅助重力卸油技术),导致采出液的乳状液结构比较复杂、稳定性增强,破乳脱水难度加大,出现一些十分突出并急待解决的问题,主要表现:
(1)油水沉降分离速度减慢
(2)沉降分离过程中出现严重的乳化过渡层
(3)电破乳速度降低,污水含油量增加

    目前常用的破乳剂很难满足复杂稳定采出液的破乳脱水要求,给破乳剂的研究提出了更广阔的应用前景。为了解决上述采出液的破乳脱水问题,国内外科研工作者投入了大量的精力进行研究,取得了一定的进展,但还存在许多尚未解决的问题

    目前,聚合物驱油技术已在大庆,大港、吉林、新疆等油田大规模推广应用。三元复合驱技术已逐渐成为油田打交道稳产的关键技术之一,该技术已在大庆等油田进行先导性矿场试验,取得了较好的增油降水效果,但采出液稳定,破乳脱水困难,给生产带来了许多难题。不久的将来,三元复合驱技术将在油田大面积推广应用,破乳脱水难的问题也将日益突出

    稠油sagd(蒸汽辅助重力泄油)是超稠油开发的一项前沿技术,该技术在我国超稠油区块成功进行了先导试验,采收率达60.5%,与蒸汽吞吐相比提高采收率25%以上,该技术将成为超稠油蒸汽吞吐开采后最有效的接替方式之一。但从sagd先导试验情况看,采出液比较稳定,给生产带来较大的困难。复杂稳定采出液的破乳脱水难的问题必将制约化学复合驱技术和sagd技术的推广应用

化学驱采出液破乳

化学驱采出液稳定性原因分析
   目前油田应用的化学驱主要包括:聚合物驱、三元复合驱和具有表面活性的聚合物驱,与水驱比,化学复合驱采出液的组成和结构有较大不同

主要表现:①原油的组成和结构不同  ②水相含有化学剂(碱、表面活性剂、聚合物)③乳液的结构比较复杂,除油包水乳液w/o、水包油乳液o/w外,还有多重乳液w/o/w、o/w/o等,导致采出液破乳脱水困难。乳状液的稳定性主要取决于油水界面膜的强度,化学复合驱乳液成膜物质包括沥青质、胶质、有机酸(如环烷酸)、晶态石蜡、微型碳酸盐、硅石、粘土外,还有碱、聚合物、表面活性剂

(1)原油的组成和结构变化对乳液稳定性的影响
与水驱比,聚合物驱及三元复合驱油样中沥青质、胶质含量增加;芳烃含量增加;饱和烃含量减少。沥青质和胶质的结构相似,基本结构是以稠合的芳香环系为核心,周围连若干个环烷烃、芳香烃、杂环、其环上带有若干个长度不一的正构(异构)烷基侧链,分子中含有各种含s、n、o的基团(如-oh、-nh2、-cooh)有时还络合有ni、v、fe等金属

沥青质和胶质是原油中天然乳化剂的主要成分,沥青质和胶质是原油中天然乳化剂的主要成份,沥青质和胶质吸附在油水界面,形成具有一定粘弹性的界面膜,可承受高压,乳化能力较强。主要原因是沥青质和胶质在油水界面占据较大的面积,空间位阻较大;沥青质和胶质电离后产生阳离子、阴离子、具有电粘任用;沥青质和胶质吸附在油水办,界面粘度增加

(2)驱油剂对乳液稳定性的影响

    由于碱、聚合物和表面活性剂的存在,降低了油水界面的张力,使体系的界面自由能降低,而导致乳状液稳定性增加。但影响乳状液稳定更重要的是动力学问题,即包围在液滴周围具有一定强度的界面膜的形成,阻滞了水油滴间相互碰撞而发生的聚并,提高了原油乳状液的稳定性

    ◆ 碱与原油中的酸性化合物和脂类化合物反应,生产乳化剂钠皂,吸附在油水界面层上,提高界面膜强度。

    ◆ 表面活性剂吸附到油水界面层上,使油水界面张力降低,使得液滴尺寸降低,在油水界面上形成紧密排列的吸附膜,提高界面膜强度,表面活性剂含强亲水基-so3na,生成-粟,使水膜带负电,导致乳液稳定性增加

    ◆ 聚合物对乳液稳定性的贡献主要表现为:聚合物水溶液的粘度较高;聚合物吸附在油水界面,形成结构紧密且具有弹性的吸附层;聚合物含有大量强亲水基-coona电离,生成-coo使得水膜带负电,导致乳液稳定性增大;hpam分子具有较强的空间阻力

(3)乳液结构对乳液稳定性的影响

    油田开采初期,采出液以油包水(w/o)乳液为主,进入高含水期,出现水包油(o/w)乳液,化学复合驱采出液含化学驱油剂,导致采出液乳化状态更加复杂,除含油包水(w/o),水包油(o/w)外,还含有多重乳液

合成破乳剂技术路线(一)

(1)双重乳液破乳剂
    破乳剂具有两方面作用,①破除油包水w/o乳液,促使水珠聚并分享,使采出液内油珠中的水降低②破除水包油o/w乳液,促使水中的油珠聚并分离,降低污水含油。化学复合驱采出液的乳液结构比较复杂,既含有油包水乳液又含有水包油乳液,同时还有多重乳液。针对上述特点,设计合成既能解决油包水型乳液的破乳又能解决水包油型乳液的双重乳液破乳剂

传统的聚醚型破乳剂能满足水驱采出液中油包水型乳液的破乳要求,配合电脱水工艺,可以使油中含水达到外输要求;阳离子型反相破乳剂能较好的破除水包油型乳液,配合过滤、沉降等工艺,可以使污水的技术指标达到外排要求。设计合成兼具适应油包水型乳液的结构和适应水包油型液的结构的双重功能破乳剂,是解决化学驱复杂采出液破乳的有效途径

(2)较高分子量破乳剂

    在注入的驱油剂和天然乳化剂同时存在的情况下,油和水经过地层孔道的长时间剪切,形成尺寸较小的w/o、o/w及复杂的多得乳液,这种细小乳液比较稳定,不易聚并,因此很难破除。
根据破乳机理及化学复合驱乳液的特点,合成具有较高分子量的破乳剂是解决上述问题的有效途径,主要原因是①一个破乳剂分子可以同时吸附在多个液珠的表面上,使乳液颗粒有更多的机会碰撞、聚结;②高分子量破乳剂分子易形成胶束,增溶乳化剂分子,使乳状液破乳;③高分子量破乳剂取代界面上原有的乳化剂,形成的界面膜不紧密、不牢固,强度较低

(3)稠油破乳

   目前,世界能源危机日趋严重,易开采和品质较好的原油储量逐渐减少,人们日益重视对储量丰富的稠油开采。据统计,我国稠油产量约占原油总产量的10%,随着稠油产量的增加,稠油采出液破乳难的问题将日益突出,稠油采出液用破乳剂具有很大的市场,因此研究稠油专用破乳剂具有十分重要的价值

sagd采出液稳定性原因分析

   稠油增产措施(蒸汽吞吐前置液)的应用以及针对特稠油的sagd(蒸汽辅助重力卸油)技术的应用,使得采出液变得越来越复杂,现有的破乳剂不能满足要求,加破乳剂脱水后,油中含水超标(大于1%),污水含油严重超标(大于1000mg/l)不但导致稠油产量损失,同时也增加了污水处理难度

   sgad采出液破乳脱水难度大的主要原因是:①与稀油相比稠油中沥青质和胶质的含量高,导致油水密度差较小,油水界面强度大, 乳液比较稳定;②稠油油藏比较疏松且稠油油的携带能力较强,导致产出液粘土颗粒的含量较高(1.2%)。增加了乳液的稳定性;③乳液结构复杂,水包油、油包水和多重乳液同进存在;④破乳脱水温度较高(140-180℃)

沥青质/胶质对稠油乳液稠定性的影响

   稠油乳液的成膜物质主要有沥青质、胶质、石油酸皂、蜡晶、微型碳酸盐、粘土颗粒等天然乳化剂,其中的沥青质/胶质对乳液稳定性的贡献较大,这类物质含量越高,原油乳状液就越稳定。与石蜡基原油比,稠油中沥青质、胶质含量较高,且沥青质胶质与饱和烃比值较大,所以稠油乳液具有较高的稳定性。此外,稠油中的沥青质,胶质具有非常强的极性,极易吸附杂质;油水相对密度又非常接近。上述因素导致稠油乳液非常稳定

粘土颗粒对稠油乳液稳定性的影响

   由于碱性蒸汽对地层岩石的冲刷、溶蚀作用,且稠油的粘度大,携带能力强,导致sagd采出液中粘土颗粒的含量较高(1.2%)。微细、不溶的固体颗粒构成重要的一类乳化剂。固体颗粒对乳液稳定性的贡献取决于:粒子大小、粒子间相互作用、粒子浓度和粒子润湿性质。一般情况下,固体颗粒在油水界面上形成的刚性结构阻碍乳液液滴间的聚并,此外,固体颗粒还能提供一定程度的静电排斥作用,进一步稳定乳状液。固体颗粒的润湿性质决定了它们能分散漂浮在界面上,而液体的毛细作用又使它们在界面上聚集。其中,水润湿粒子有利于稳定o/w型乳状液,油润湿颗粒可以很好的稳定w/o型乳状液

乳液结构对乳液稳定性的影响

   一般情况下,采出液以油包水(w/o)乳液为主,由于sagd采出液组成的特殊性(沥青质、胶质含量高;粘土颗粒含量高)导致乳化状态更加复杂,除含油包水(w/o)、水包油外,还含有多重乳液。

合成破乳剂技术路线(二)

合成高芳香度破乳剂
    原油乳状液的破乳过程包括破乳剂加穿过乳状液扩散到界面,渗入界面顶替界面上的天然乳化剂并破坏界面膜,被乳化的水滴相互接近、聚结、从原油中分离出来等一系列过程,根据上述破乳过程,提高破乳剂分子在乳液中的扩散能力,渗透进入界面膜的能力,顶替及增溶乳化剂的能力等,可以提高破乳剂的破乳效果

   由于稠油富含沥青质胶质,导致原油粘度较大,对破乳剂扩散的阻力也较大,稠油乳液的成膜物质主要是沥青质、胶质、界面膜比较致密,强度较大,破乳剂不易渗透进入。具有较高芳香度的破乳剂与稠油中的沥青质、胶质结构相近,所以在稠油中的扩散阻力以及穿透界面膜的阻力应小于非芳香结构(或芳香度较低)的破乳剂,因此提高破乳剂的芳香度,可以增加破乳剂在稠油中的扩散、渗透能力

   成膜物质(沥青质/胶质)对乳液稳定性的贡献主要取决于其在油相中的存在状态。沥青质在原油中有三种存在状态,①单个沥青质分子不足以稳定原油乳液②沥青质分子中油相中形成胶团时,原油稳定性增强,胶团浓度越高则乳液稳定性越强③沥青质以凝聚体存在,对乳液稳定性的贡献最大,因此较高芳香度的破乳剂对稠油乳液的界面膜物质(沥青质/胶质)具有较强的增溶能力及较强的降低膜强度的能力,如何改变沥青质的存在状态对破乳来说是关键。研究表明,油相的芳香度和极性决定沥青质分子在原油中的三种存在状态之间的平衡,增加环境的芳香度,平衡会向沥青质单分子方向移动,降低沥青质的活性,因此,高芳香度破乳剂通过芳环之间的键作用对沥青质产生增溶效果,从而降低膜强度,提高破乳效果

合成较高润湿性能的破乳剂
    由于sagd采出液粘土颗粒的含量较高(1.2),增加了乳液的稳定性。增强破乳剂的润湿性能,可以促使破乳剂分子向乳化液滴扩散并渗透过固体粒子之间的保护层时,易吸附在固体粒子表面,降低它们的表面能

   破乳剂的润湿能力与其分子结构有密切关系,具有分支结构的破乳剂不利于分子缔合和形成胶束,而有利于分子在固体表面吸附,具有较强的润湿性

引入耐温基团
    sagd采出液的温度比较高(高达180℃),一般聚醚型破乳剂在这样高的温度下失去了活性,很难满足高温破乳的要求,在破乳剂分子结构中,引入耐温基团(比如-so3)可以提高破乳剂的耐温性能

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