防乳助排剂配方的筛选及性能评价

第38卷第4期 石油与天然气化工 CHEMICALENGINEERINGOFOIL&GAS 防乳助排剂配方的筛选及性能评价’ 张晓丹1 郑延成1 (1．长江大学化学与环境工程学院 谢军德2 刘俊龙1 2．河南油田分公司工程技术研究院) 摘 要 实验筛选出面活性剂TA83、PE2040、OS一15、JFC，通过正交试验研究了它们复配 之后的脱水率和表面张力，得到最佳防乳助排剂FRP。考察了温度、FRP加量以及酸液添加剂等 对脱水性能的影响。结果表明，在温度为60℃，FRP加量为100mg／L时，破乳率可达96％；当模 拟酸液体系中加入o．5％FRP后，其表面张力可从62．1mN／m降至36．3mN／m；破乳率从32． 0％上升至66．7％。岩心实验表明，注入FRP可以提高洗油率、增加储层渗透率。 关键词 表面活性剂 助排破乳 岩心试验 DOI：10．3969／j．issn．1007—3426．2009．04．016 在油气井酸化作业中，残酸的返排一直是一项 技术难，返排是否完全是影响施工效果的一个重 要因素，特别是在能量低、渗透性差、堵塞及污染严 重的油气井，返排更加困难[1]。另外，原油中含有天 然乳化剂(如胶质，沥青等)，故乳化原油含水会增加 泵、管线和储罐的负荷，引起金属表面腐蚀和结垢， 因此乳化原油外输前要破乳‘2~6]。针对此情况，在 考虑助排的同时，还应考虑返排原油／水的乳化问 题。本试验结合油田酸化处理中存在的残酸返排困 难问题，筛选评价了复配表面活性剂的脱水率和表 面张力，得到了防乳助排剂FRP。 l实验 1．1实验仪器及试剂 仪器：JK99B全自动张力仪；分析天平(感量 0．01g与0．0001g)；电子天平；恒温水浴箱(控温精 度±1℃)；塑料杯；温度计；玻璃仪器。 试剂：表面活性剂(TA83、PE2040、OS一15、OE 一9、JFC、EP一435、OP一30、OS一20、AC一285、 AES、BP一169)、盐酸、乙酸、乙二醇丁醚等。 南阳原油，40℃粘度820mPa·S。 I．2实验方法 1．2．1表面活性剂性能测定 表面张力采用JK99B型全自动张力仪测定。 浊点的测定：配制质量分数为1％的表面活性 剂水溶液，吸取15mL放入置于玻璃烧杯中的30 mL试管中，不断搅拌管内溶液，缓慢加热，观察测 定开始混浊时的温度，并将试管取出，冷却，再测浑 浊液变澄清时的温度。重复测定三遍，取其平均值。 1．2．2原油乳状液的配制 按油水体积比为7：3配制原油乳状液，用搅拌 器在转速6000r／rain下搅拌5rain，使其充分混合， 形成人工配制的原油乳状液。 2实验结果讨论 2．1助排用表面活性剂的筛选 2．1．1单剂表面活性剂的筛选 配制相同浓度(1％)的各种表面活性剂溶液，在 室温下测定它们的表面张力与浊点。结果见表l。 由表1可知，TA83、PE2040、OS一15、JFC、BP一 169、AC--285表面张力值较低。但AC一285的浊 点低，在高温下溶解性差，不适宜高温油藏的开采。 *本文为项目“新型系列缓速酸酸化体系研究及应用”部分研究内容，已获得2006年湖北省科技进步奖二等奖。 万方数据 防乳助排剂配方的筛选及性能评价 选取TA83、PE2040、OS一15、JFC做进一步的试配组分。 验。 2．1．2复配表面活性剂的表面张力 根据前面试验结果，选取TA83、PE2040、()S一 15、JFC配制表面活性剂的混合溶液(F，、F。、F。)，在 25℃下测定它们在质量分数为0．01％～1％下的表 面张力，并绘制浓度与表面张力的关系，见图1。 2．2．2破乳剂的复配性能 为了获得TA83及PE2040与互溶剂的复配的 最佳条件，采用组分正交试验确定。以恒温3h时 的脱水量作为评价指标，PE组分、TA组分、互溶剂 组分和破乳温度作为因素；每个因素3个水平，采用 L。(34)正交表进行试验，三个组分总的质量浓度为 100mg／L。结果见表3。 由图1可以看出，F：的CMC在0．25％，F。、F。 的CMC比F：大，F。、F2、F3的托Mc分别为33．33 mN／m、31．93mN／m和33．04mN／m，其中F2的 托Mc值最低。且经测定F。、F2、F。在100℃内未出 现浊点。因此F：可作为助排剂。 2．2破乳剂配方的筛选 2．2．1单一破乳剂的性能 量取50mL原油乳状液，然后加入浓度为50 mg／L的破乳剂，在40℃下恒温3h，分别30 min、60min、90rain、120min、180min的脱水量， 由表3极差结果知，各因素对脱水量影响的大 并观察油水界面的平整程度及脱出污水的色泽情 小顺序为A>D>C>B。其中PE2040的加量对脱 况。实验结果见表2。从表2知，TA83、BP一169、水量的影响最大，其次是温度和互溶剂的加量， PE2040、F：、F。的破乳率较高，其中TA83、TA83的加量对脱水量的影响不是很大，得出最佳 PE2040、Fz油水界面整齐，可作为助排与破乳的复配比为A182C2D3。即在温度为60"C时，三种物质 万方数据 第38卷第4期 石油与天然气化工 CHEMICALENGINEERINGOFOIL&GAS 比为1：2：2，加量为100mg／L时可得到较佳的破 乳效果。 2．3防乳助排剂配方优化实验 使用前面实验得到的破乳剂与助排剂做复配正 交试验，以得到防乳助排剂的复配的最佳，从而 达到一剂两效的效果。结果见表4。 添加剂FEA、ACJ、FPA分别加入时对FRP的 破乳效果影响很小，但是当三种添加剂同时加入时 破乳率下降到了54．7％。从表面张力来看，模拟酸 液体系中加入FRP后体系的表面张力为36．3mN／ m，当加入FEA、ACJ、FPA时其表面张力分别下降 到：32．2mN／m、34．5mN／m、35．1ITIN／m，说明酸 液添加剂的加入能使体系的表面张力下降。 2．4．2温度及加睦对FRP脱水量的影响 分别测定了40℃、50℃、60℃下不同浓度的 FRP在乳化油中的破乳效果。结果见表6。 由表4极差结果可知，各因素对脱水量的影响 大小顺序为：A>C>B。可知F2的加量对脱水量 影响较大，加量越大，脱水量越大。在异丙醇加量为 10％时、FP加量为15％时，脱水量最大。根据此分 析，可得出最佳配比为A382C1。据此配制防乳助 排剂简称为FRP，即3％F。+15％FP+10％异丙 醇。 2．4防乳助排效果的影响因素 2．4．1酸液添加剂对防乳助排效果的影响 将原油与酸液(12％HCI及5％乙酸)配成质量 比3：7的混合液，然后在模拟酸化体系中分别加入 FEA(铁离子稳定剂)、ACJ(缓蚀剂)、FPA(防膨剂) 及三者的混合溶液，考察酸液添加剂对脱水率的影 响。实验条件：温度40℃，时间180min。实验结果 见表5。从表5可知，将加入了0．5％FRP的溶液 由表6可知。温度越高，脱水量越大。在60℃， 与空白(酸液+原油)的脱水率和表面张力作比较， FRP加量为100mg／L、破乳时间180rain时，破乳 在酸液中加入FRP可以使脱水率从无添加剂的 率可达到96．0％。 32．0％上升至66．7％，表面张力亦从原来的62．1在温度一定时，脱水率随着FRP浓度增加而先 mN／m降低到36．3mN／m。 升后降。当FRP浓度为100mg／L时，脱水率达到 万方数据 330 防乳助排剂配方的筛选及性能评价 最大，在40"C时为24．O％，50。C时为94．7％，60'C 时为96．0％；在相同浓度下，温度越高，脱水率越 大。 2．5岩心模拟实验 使用南阳未洗油岩心进行模拟实验，测岩心原 始渗透率，驱入FRP活性水2PV，稳定2h，再测岩 心渗透率恢复值，实验结果见表7。 由表7可知，驱人FRP后能洗出大量原油，驱 出液体的含油量高，并使渗透率有较大程度的提高。 可见FRP具有防止乳化驱油特性。 3结论 (1)针对酸化残酸返排困难的问题，配制了防 乳助排剂FRP，该剂有较强的破乳性能，在60℃、加 量为100mg／L时，破乳率达到96．o％。该剂能有 效地降低油水界面张力，加量为0．5％时，表面张力 仅为36．31TIN／m。 (2)添加剂FEA、ACJ、FPA分别加入时对 FRP的破乳效果影响很小，但是当三种添加剂同时 加入时，破乳率下降到了54．7％。从表面张力来 看，模拟酸液体系中加入FRP后体系的表面张力为 36．3mN／m，当加入FEA、ACJ、FPA时，其表面张 力分别下降到32．2mN／m、34．5mN／m、35．1raN／ tn，说明酸液添加剂的加入能使体系的表面张力下 降。 ’ (3)温度越高，脱水量越大，在60℃下，FRP加 量为100mg／L，破乳180rain，脱水率可达到 96．0％。在温度一定时，脱水率随着浓度增加而先 升后降。当FRP浓度为100mg／L时，脱水率达到 最大，在40℃时为24．0％，50℃时为94．7％，60℃ 时为96．0％；在相同浓度下，温度越高，脱水率越 大。 (4)岩心实验表明，注入FRP可以提高洗油 率、增加储层渗透率。 参考文献 1孙铭勤，张贵才，葛际江，等．高温酸化助排剂Hc2—1的研究I-J1． 油气地质与采收率．200ff，12(3)：93—96 2周效全，范 波．试论油田化学药剂与表面活性剂的关系[J]．石 油与天然气化工，2002，(01)：37—40 3常燕．助排剂JM一3的改进研究及性能评价[J]．湖北化工， 1998，5：31—3Z 4张艳杰，杨胜来，何建军．新型破乳一助排剂的研制及其在吉林油 田应用EJ]．内蒙古石油化工，2006。8：142—143． 5李文建，王太聪，严思明，等．APR一60防乳破乳助排剂的研制及 性能评价[J]．石油钻采工艺，1997，19(6)：96—97 6向 斌，俞宗谷．CT5～4压裂酸化工艺助排剂的现场应用效果 [J]．石油与天然气化工，1995，(04)：267—270 作者简介 张晓丹：女，1983年生，硕士研究生，从事油田化学方面的研究 工作，联系电话：15826537760。 收稿日期；2008一09—16；收修改稿：2008--II一20；编辑：冯学军 天然气化工关键技术获得突破 由中国石油大学(华东)化学化工学院完成的甲 烷C0：重整反应制合成气技术中试试验项目，2009 年5月通过山东省科技厅组织的专家鉴定。这项天 然气化工应用的关键技术具有创新性，整体技术达 到国际先进水平。 甲烷C0：重整反应是天然气化工应用的关键 技术。该技术中的反应物甲烷、C0：均是非常丰富 的自然资源，将其催化转化成高附加值的化学品，有 利于碳资源的合理开发与利用。该项目的成功开发 不但能减少温室气体的排放，对保护生态环境有利， 而且从该技术的生成产物来看，氢碳比低，能直接用 于费托合成、氢甲酰化反应等，从而克服已工业化的 水汽重整H／C比高给相应应用带来的不利。此外， 与空气、水蒸气等氧源相比，以COz为氧源反应条 件温和，容易控制。 该项目在催化剂载体中，创新性地利用固 态反应结构导向法和醇热法合成介孔纳米二氧化 锆，所得产物比表面积大，孔分布集中。该成果在介 孔氧化铝的合成中，首次使用葡萄糖和蔗糖等生物 小分子作为结构导向剂，合成出了比表面和孔径可 调的介孔氧化铝。中试结果表明，新型催化剂拥有 较高的金属分散度，显示出优良的催化活性和化学 稳定性。两种介孔材料合成的催化荆具有巨大的应 用潜力。 钱伯章报道 万方数据 防乳助排剂配方的筛选及性能评价 作者： 张晓丹， 郑延成， 谢军德， 刘俊龙 作者单位： 张晓丹,郑延成,刘俊龙(长江大学,化学与环境工程学院)， 谢军德(河南油田分公司工程技 术研究院) 刊名： 石油与天然气化工 英文刊名： CHEMICAL ENGINEERING OF OIL AND GAS 年，卷(期)： 2009，38(4) 引用次数： 0次 参考文献(6条) 1.孙铭勤.张贵才.葛际江.铁磊磊 高温酸化助排剂HC2-1的研究[期刊论文]-油气地质与采收率 2006(2) 2.周效全.范波 试论油田化学药剂与表面活性剂的关系[期刊论文]-石油与天然气化工 2002(1) 3.常燕 助排剂JM-3的改进研究及性能评价 1998(5) 4.张艳杰.杨胜来.何建军.李丽书.吕文峰 新型破乳-助排剂的研制及其在吉林油田的应用[期刊论文]-内蒙古石油 化工 2006(8) 5.李文建.王太聪.严思明 APR-60防乳破乳助排剂的研制及性能评价 1997(6) 6.向斌.俞宗谷 CT5-4压裂酸化工艺助排剂的现场应用效果 1995(4) 相似文献(10条) 1.学位论文 王关民 助排剂研究 1997 压裂、酸化是油气井增产的主要手段.施工后,残液的返排能力是影响增产效果的重要因素.该文合成了具有助排性能的有机硅化合物(GQ9),通过室内 模拟实验,较为系统地考察了GQ9,表面活性剂,低级醇等物质及其复配物的助排效果.实验结果表明,上述三类物质的一些复配物具有明显的协同效应,能提 高处理液的助排能力.该文基于表面张力、接触角的测定,根据Laplace公式,讨论了上述三类物质的助排机理. 2.期刊论文 张贵才.陈兰.刘敏.尹海峰.宗鹏.ZHANG Gui-cai.CHEN Lan.LIU Min.YIN Hai-feng.ZONG Peng 表面张 力和接触角对酸液助排率的影响研究 -西安石油大学学报（自然科学版）2008,23(1) 利用不同类型表面活性剂对表面张力和润湿性影响的差异,研究了酸液表面张力、润湿性与助排率的关系.研究中通过测定非离子、氟碳和阳离子三 类表面活性剂对酸液表面张力、酸岩接触角和助排率的影响,证明表面张力降低和接触角增加对酸液助排率的影响同样重要,并建立了相应的定量关系式 .将上述研究结论应用于高性能助排剂的开发,优化实验表明FX-2、CTAB和OP-8质量比为1:2:2复配时,使用质量浓度为800 mg/L,助排率可达90%以上. 3.期刊论文 李克华.王任芳.张丽萍.吴学庆.Li Kehua.Wang Renfang.Zhang Liping.Wu Xueqing 高效酸液助排剂 NC-1的制备及性能评价 -精细石油化工进展2006,7(8) 以表面活性剂OPB-15、破乳剂PR-1和PR-2、互溶剂异丙醇和二乙二醇丁醚为原料,研制出了一种新型助排剂NC-1.确定了最佳配方:m(OPB-15):m(PR- 1):m(PR-2):m(异丙醇):m(二乙二醇丁醚)=2:2:1:1:1.性能评价结果表明,NC-1具有良好的溶解性、配伍性和热稳定性,能显著降低工作液界面张力,无乳 化倾向,并且生产工艺简单,使用方便,可用于油气井酸化作业中配置酸化液. 4.会议论文 冯玉军.陈权生 氟碳表面活性剂在油气开采中的应用及前景 2006 本文从表面活性剂在油气开采中的作用入手,分析和总结了氟碳表面活性剂在石油工业的上中游中的应用,并展望了几类结构新型的氟碳表面活性剂 的发展前景. 5.会议论文 刘伟 改进现行助排剂性能指标的室内研究 1997 该文对大庆油田现行使用的助排剂进行了系列研究，通过改变其主要成份和助剂来降低表面张力和减少环境污染，对氟表面活性剂的使用开拓了新 的领域。 6.学位论文 陈兰 界面性质在酸化添加剂中的作用及应用 2007 全面、深入的研究酸化添加剂中界面性质的作用，对于新型助排剂、粘土防膨剂的开发与使用，以及研究它们的作用机理具有重要的指导意义。 研究了30℃、20％HCl体系中，由不同类型助排剂所形成的酸液的表面活性及在岩石表面的润湿性对酸化助排的影响，结果表明：当润湿角不变时，表 面张力与酸化助排率的关系基本成线性趋势，当表面张力为24mN/m时，对应的助排率为81.2％；当表面张力不变而酸液与岩石表面的润湿接触角由 42.5°变为接近中性润湿时，酸化助排率可以提高近30％。氟碳表面活性剂主要是靠降低表(界)面张力起到助排作用，有机硅主要是靠改变地层的润湿 性起到助排作用，阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂主要靠降低表(界)面张力和改变地层的润湿性二者共同作用起到助排作用。 研究了粘土表面的Zeta电位、润湿性对防膨率的影响，结果表明：无机盐只能将粘土表面Zeta电位降为-10mV左右，且质量浓度大于40g/L时才能表 现出较好的防膨效果，对应的防膨率可达90％；阳离子单体能使粘土表面Zeta电位发生反转，其中ETA防膨效果较好，当质量浓度为2g/L时，对应的防膨 率大于80％；有机硅主要是通过改变地层润湿性起到防止粘土膨胀，可将防膨率提高44.6％。 由阳离子单体、非离子表面活性剂、氟碳表面活性 剂、有机硅构成的具有助排防膨双重作用的酸化添加剂CH-1，使用质量浓度为200mg/L时，助排率大于85％，百分浓度为1％时，防膨率大于85％。该剂 在地层温度130℃下热稳定性好，与目前油田其它酸化添加剂配伍性好。 7.期刊论文 陈兰.孙铭勤.董雯.CHEN Lan.SUN Ming-qin.DONG Wen 砂岩-非离子表面活性剂的润湿性及酸液助排性 能 -承德石油高等专科学校学报2008,10(3) 利用Washburn方程测量固体粉末的润湿性,研究了20%的HCl中OP-4、OP-8、OP-10溶液与石英砂固体粉末的接触角,用JZHY-180型界面张力仪测定了表 面张力的大小,并由此讨论了20%的HCl中OP系列非离子表面活性剂在固体粉末的润湿性,表面张力与助排率的关系. 8.会议论文 窦保国.闫长泉.王琳.张宝银.王雪枫 醇醚磷酸酯中添加高碳醇对表面张力的影响及应用 2008 以脂肪醇、环氧乙烷与五氧化二磷为原料合成了脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯，该醇醚磷酸酯与少量C12-14脂肪醇复配，可大幅降低水的表面张力，达 到25.3mN/m。上述复配物与OP一10等比例复配，可作为油田酸化助排剂使用。 9.期刊论文 孙铭勤.张贵才.葛际江.铁磊磊 高温酸化助排剂HC2-1的研究 -油气地质与采收率2006,13(2) 为了满足高温油藏和深井酸化作业残酸返排的需要,通过表面活性剂的筛选和复配研究,得到了高温酸化助排剂HC2-1.其性能评价结果表明,HC2-1具 有使用浓度低、表面活性高的特点,在20%的HCl溶液中,当其浓度为50mg/L时,表面张力为20.7mN/m;具有良好的耐温性能,在180℃下恒温48h,HC2-1仍保持 较高的表面活性;具有良好的耐盐能力,加有HC2-1的20%HCl溶液和CaCO3反应至HCl完全消耗,整个反应过程体系无新相生成且表面张力基本不变;可增大酸 液体系的润湿角,进一步降低毛细管阻力,使酸液返排率由46%提高到97%,在促进酸液返排的同时与原油不发生乳化反应. 10.会议论文 王宝峰.许志赫.曾斌.田秀凤 表面活性剂在酸化中的开发与应用 2001 文章概述了下列酸液体系的缓速机理和酸液添加剂的机理:乳化酸、微乳酸、泡沫酸、化学缓速酸及酸化工作液中的缓蚀剂、助排剂、粘土稳定剂、 互溶剂、防乳-破乳剂、防酸渣剂、润湿反转剂、消泡剂、悬浮剂、泡沫转向剂.概述了表面活性剂在上述酸液及添加剂中的开发和应用.讨论了表面活性 剂的类型、分子结构对所应用添加剂的影响. 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_syytrqhg200904016.aspx 下载时间：2010年1月13日