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聚合物驱原油破乳剂的研究及应用

李仲伟  
【摘要】:石油开采过程中为了提高原油采收率,聚合物驱油技术已在我国广泛应用。原油在开采过程中,不可避免的与水形成了油水乳状液,而原油收率在提高的同时,由于聚合物的存在,这种油水乳状液变得更加稳定了,现在的破乳剂也越来越难以满足现场的需求,因此破乳剂的更新换代也势在必行。此外,海上平台的处理空间狭小,对于破乳剂的更新换代需求更加迫切,因此需要研发一种脱水速度快、脱水效率高的破乳剂。本文针对海上聚合物驱原油,研究该原油破乳规律,开发出适合海上平台应用的破乳剂,为聚合物驱原油的破乳,特别是海上处理平台的破乳提供参考依据。论文的研究内容主要分为以下部分:(1)对破乳剂相关文献进行了归纳总结,分类叙述了当前破乳剂所取得的成果、各种破乳机理、聚合物驱采出液的特点,并重点对影响破乳效果的因素进行了梳理。(2)基于双酚A酚胺树脂,合成了高度支化的BPA聚醚,通过核磁计算出的PO/EO比例与实际比例基本一致,说明破乳剂合成工艺方面是非常稳定的。聚集行为研究表明,疏水部分反作用于临界胶束浓度(cmc),能够促进胶束的形成。多种混合无机盐在溶液中的存在,轻微的增加了 cmc、降低了表面张力、提高了表面活性。温度的升高极大地降低了 cmc、表面张力。说明升温有利于胶束形成,同时分子的热运动促使分子在表面上占有面积增加。(3)以BPA聚醚为破乳剂研究表明,三、四嵌段类型脱水率低,无法满足海上平台破乳要求。二嵌段类型破乳剂则表现出了脱水率高、脱水速度快的特点,其中一个超过了现场所用的破乳剂。苯环在破乳过程中扮演了积极的角色,含有苯环的改性剂可以大幅度提高脱水率,并且改性剂中含苯环越多,脱水效果越好。瓶试法破乳与稳定性分析仪得出了相同的结论。(4)采用创新性的工艺,合成了基于四酚基乙烷的聚醚破乳剂。研究了该聚醚的表面活性及温度、无机盐对胶束性质及形貌的影响。该破乳剂核心含有4个苯环,是BPA系列的2倍,由于支数较少,破乳剂效果依然不佳,说明支数对破乳影响比苯环要大。经过进一步改性后,脱水率有所改善,但是对于聚合物驱原油脱水率依然不理想。(5)利用四酚基乙烷酚胺树脂合成了具有更高支数的TPEA系列聚醚。与少分支的聚醚相比,在降低表面张力效率与能力方面,高度支化的聚醚表现出效率有余,而能力不足。说明其效率随聚醚分支数增多、疏水核心碳原子数增多而增强,但是其能力却不是正比于分支数。无机盐对表面张力的影响,表现为浓度小于cmc时明显,超过cmc后几乎可以忽略。无论无机盐存在与否,升温都会明显的降低聚醚的表面张力和cmc,增加聚醚分子的表面活性。(6)通过瓶试法对TPEA聚醚进行了破乳研究发现,该系列破乳剂的破乳能力更强,不仅优于现场破乳剂,也优于BPA系列破乳剂,同时也得出了该原油适合HLB在5左右的破乳剂。原油乳液的不稳定分析的脱水量的顺序与瓶试法相一致。显微镜观察发现,水滴的变大是通过对相近粒径之间的"并"和与小水滴的"吞"实现的。破乳后的分配系数表明,随着破乳进行,水相中破乳剂分子越来越多。当加入破乳剂的浓度低于200 mg·L-1时,最终油相中破乳剂的含量几乎可以被忽略。破乳剂在扩散过程中受到阻碍作用,会阻碍从油相向水相中的扩散,导致油相中破乳剂会随加入浓度的增加而增加。(7)利用创新且成熟的工艺,合成了基于1,3,5-三(4-羟基苯基)苯的TPB-PPO-PEO新型嵌段聚醚,该聚醚的浊点和cmc与其亲油性、亲水性相关。无机盐通过盐析效应而降低浊点,降低能力与其离子价态有密切关系。该聚醚在水溶液中呈现出浓度引起的荧光猝灭,而在非极性正已烷溶剂中呈现出相反的荧光增强效应。说明,不同极性的溶剂可以调节聚醚的荧光性质。该聚醚对Fe3+具有选择性,无论端基是羟基的聚醚,还是端基是甲氧基的聚醚,都呈现出荧光猝灭性,证明起作用的是醚键。聚醚对Fe3+检测的灵敏程度与PPO、TPB含量相关。正庚烷/水的分配系数表明,聚醚依然大部分在水中,只是分配系数受浓度的影响与在原油的规律相反,说明与真实情况差距较大。该聚醚虽然具有大的共轭苯环,但是支数少,破乳表现不佳。


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