一種原油乳狀液中特殊油水乳化層的模擬方法與流程
2024-01-25 18:29:15
本發明屬於石油領域，具體涉及一種油田原油乳狀液中特殊油水乳化層的模擬方法。
背景技術：
化學驅油技術在我國各大油田得到了廣泛應用，在大幅提高原油採收率的同時，採出液的油水分離難度也加大。由於採出液中產出聚合物(通常為聚丙烯醯胺)的存在，採出的油水乳狀液穩定性顯著增加，導致原油破乳脫水的難度大幅增加，脫出後的汙水含油量高且油水分離困難。特別是在原油破乳脫水過程中，油水界面上會形成一層非常穩定的特殊油水乳化層(又稱中間過渡層)，該乳化層界於上部油層和下部汙水層，屬於一類難以分離的油水多相混合物。特殊油水乳化層的組分複雜，主要有油包水及水包油乳化顆粒、高分子絮狀物(主要為產出驅油劑、外加的破乳劑等藥劑)、膠質、瀝青質、機械雜質(汙泥、腐蝕產物)等，其中高分子絮狀物、膠質和瀝青質等對乳狀液的穩定性起決定作用。由於該乳化層極為穩定，採用傳統單一的藥劑或常規處理工藝難以取得有效的處理效果，因此成為油田生產中面臨的棘手問題。隨著各種化學藥劑的使用量增加，特殊油水乳化層有逐漸增厚的趨勢，對原油破乳脫水及脫後汙水處理等均產生不良影響，原油脫水設備無法正常運轉，處理效率大幅降低。
目前，研究人員針對該類特殊油水乳化層開展了相關工作，但受限於無法獲取有效的實驗對象，原油破乳劑及反相破乳劑的設計和篩選很難直接體現對特殊油水乳化層的改善，針對性的解決策略並不明確。此外，由於不同油田採用的驅油聚合物不同、原油組分不同等，導致不同油田特殊油水乳化層的成分、性質差異較大。因此，為更具針對性的解決特殊油水乳化層難以處理的問題，考察相關藥劑和技術的有效性、適用性，亟需一種油田原油乳狀液中特殊油水乳化層的模擬方法，以此提供室內研究必需的模擬特殊油水乳化層樣品。同時，為研究油田特殊油水乳化層的特性和成因，從根本上預防該類特殊乳化層的形成，也迫切需要一種油田特殊油水乳化層的模擬方法，目前尚無針對此方面的報導。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種油田原油乳狀液中特殊油水乳化層的模擬方法，利用此方法可以實現不同類型、不同比例組成的特殊油水乳化層的模擬製備。
本發明所提供的油田原油乳狀液中特殊油水乳化層的模擬方法，包括如下步驟：
1)採用溶劑萃取法對油田原油進行組分分離，分別得到瀝青質組分、膠質組分；
2)將油田原油及步驟1)得到的瀝青質組分、膠質組分加入到甲苯中，混合均勻，得到甲苯混合溶液；
3)採用油田模擬礦化水和驅油用聚合物，配製聚合物溶液，並將所述聚合物溶液進行降解和剪切處理，得到模擬產出聚合物溶液；
4)將步驟2)得到的甲苯混合溶液與步驟3)得到的模擬產出聚合物溶液進行混合，混合均勻後於靜置，得到模擬的原油乳狀液及特殊油水乳化層。
上述方法步驟1)中，所述對油田原油進行組分分離的操作如下：a)將原油用正戊烷稀釋，攪拌，靜置，離心，分離，得到沉澱物和上清液，所得沉澱物為瀝青質組分；b)向步驟a)中分離出的上清液中加入丙酮，攪拌，靜置，離心，分離，所得沉澱物為膠質組分。
a)中，原油與正戊烷的體積比為1:20～1:60，具體可為1:30、1:50，攪拌速率為100～500rpm，攪拌時間為10～30min，靜置的時間為12～24h，離心機旋轉5～15min；
b)中，正戊烷濾液與丙酮的體積比為6:1～2:1，具體可為3:1、5:1，攪拌速率為100～500rpm，攪拌時間為10～30min，靜置的時間為12～24h，離心機旋轉5～15min。
步驟2)中，所述油田原油、瀝青質組分和膠質組分的體積比依次為3：(1～2)：(1～2)，具體可為3:1:1、3:2:1，三者在甲苯溶液的體積百分數為1％～5％，具體可為5％、2.5％；所述混合均勻的條件為攪拌速率300～1000rpm，攪拌時間20～60min。
步驟3)中，所述油田模擬礦化水的無機礦化離子組成包括Na+、K+、Ca2+、Mg2+、CO32-、HCO3-、SO42-、Cl-等，具體各離子濃度比例參照實驗目標油田。
所述油田驅油用聚合物可為疏水締合型、高分子量線型或枝化型聚丙烯醯胺，聚合物性能參數具體參照實驗目標油田。
所述聚合物溶液的質量濃度為50～500mg/L，具體可為400mg/L、200mg/L、。
所述對聚合物溶液進行降解和剪切處理的條件為：高壓汞燈強度為500W，降解時間為20～40min，之後將降解後的聚合物溶液高速攪拌，攪拌速率為4500～6500rpm，攪拌時間為3～10min×6次。
步驟4)中，所述甲苯混合溶液與模擬產出聚合物溶液的體積比為3:1～8:1，具體可為4:1、6:1；所述混合均勻的條件為攪拌速率1200～2000rpm，攪拌時間20～40min；所述靜置時間為60～180min。
步驟1)～步驟4)均可在實驗溫度40～80℃的條件下進行。
通過上述方法模擬的油田原油乳狀液中特殊油水乳化層也屬於本發明的保護範圍。
本發明提供的油田原油乳狀液中特殊油水乳化層的模擬方法，利用油田原油中的界面活性組分即瀝青質、膠質，以及外加的產出聚合物，實現了對乳化穩定性極強的特殊油水乳化層的模擬。根據本發明提供的方法，可以根據油田具體情況靈活調整各界面活性組分的比例，製備的模擬特殊油水乳化層可用於室內對各類藥劑及處理技術的適用性評價。本發明提供的模擬方法簡單可靠，調整靈活，為原油乳狀液中特殊油水乳化層問題的解決提供了必要實驗條件。
附圖說明
圖1為實施例1～4製備的模擬的原油乳狀液及特殊油水乳化層照片，其中，上層黑色的液體為原油乳狀液，下層為水，中間油水界面處的物質為特殊油水乳化層。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本發明進行說明，但本發明並不局限於此。
下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法；下述實施例中所用的試劑、材料等，如無特殊說明，均可從商業途徑得到。
下述實施例中所用的油田脫水後原油分別由渤海A油田和B油田提供，原油含水率分別為0.3％和0.4％(質量分數)。
所用的油田礦化水無機離子組成分別見表1(油田A)和表2(油田B)。
表1 渤海A油田模擬礦化水無機離子組成
表2 渤海B油田模擬礦化水無機離子組成
所用的聚合物分為2種：疏水締合型聚丙烯醯胺，重均分子量為4.2×106g/mol，水解度33％，由四川光亞公司提供；高分子量線性型聚丙烯醯胺，重均分子量為2.0×107g/mol，水解度30％，由山東寶莫公司提供。
實施例1
(1)將A油田的原油置於45℃水浴中加熱，取原油10mL，加入300mL正戊烷進行稀釋，攪拌速率200rpm下攪拌20min，靜置12h後用離心機旋轉10min，分離得到瀝青質組分；向過濾後的正戊烷濾液中加入100mL丙酮，攪拌速率200rpm下攪拌15min，靜置12h後用離心機旋轉15min，分離得到膠質組分。
(2)取A油田原油3mL、瀝青質組分1mL和膠質組分1mL，加入至100mL甲苯中，攪拌速率500rpm下攪拌40min，得到甲苯混合溶液。
(3)根據A油田的礦化水離子組成(見表1)配製5L油田模擬礦化水，加入2g疏水締合型聚丙烯醯胺，置於50℃水浴中加熱，配製得到質量濃度為400mg/L的聚合物溶液；將溶解好的聚合物溶液置於高壓汞燈500W下降解40min、攪拌速率6500rpm下剪切10min，共剪切6次，得到模擬產出聚合物溶液。
(4)取甲苯混合溶液40mL、模擬產出聚合物溶液10mL，攪拌速率1500rpm下攪拌40min，置於60℃水浴中加熱，靜置120min後得到模擬原油乳狀液及特殊油水乳化層。
實施例2
(1)將A油田的原油置於45℃水浴中加熱，取原油10mL，加入500mL正戊烷進行稀釋，攪拌速率300rpm下攪拌10min，靜置12h後用離心機旋轉6min，分離得到瀝青質組分；向過濾後的正戊烷濾液中加入100mL丙酮，攪拌速率300rpm下攪拌10min，靜置12h後用離心機旋轉10min，分離得到膠質組分。
(2)取A油田原油3mL、瀝青質組分2mL和膠質組分1mL，加入至200mL甲苯中，攪拌速率800rpm下攪拌30min，得到甲苯混合溶液。
(3)根據A油田的礦化水離子組成(見表1)配製5L油田模擬礦化水，加入1g疏水締合型聚丙烯醯胺，置於50℃水浴中加熱，配製得到質量濃度為200mg/L的聚合物溶液；將溶解好的聚合物溶液置於高壓汞燈500W下降解30min、攪拌速率7000rpm下剪切6min，共剪切6次，得到模擬產出聚合物溶液。
(4)取甲苯混合溶液60mL、模擬產出聚合物溶液10mL，攪拌速率2000rpm下攪拌30min，置於65℃水浴中加熱，靜置180min後得到模擬原油乳狀液及特殊油水乳化層。
實施例3
(1)將B油田的原油置於60℃水浴中加熱，取原油10mL，加入300mL正戊烷進行稀釋，攪拌速率400rpm下攪拌20min，靜置16h後用離心機旋轉15min，分離得到瀝青質組分；向過濾後的正戊烷濾液中加入100mL丙酮，攪拌速率400rpm下攪拌25min，靜置12h後用離心機旋轉10min，分離得到膠質組分。
(2)取B油田原油3mL、瀝青質組分1mL和膠質組分1mL，加入至100mL甲苯中，攪拌速率400rpm下攪拌60min，得到甲苯混合溶液。
(3)根據B油田的礦化水離子組成(見表2)配製5L油田模擬礦化水，加入2g高分子量線型聚丙烯醯胺，置於65℃水浴中加熱，配製得到質量濃度為400mg/L的聚合物溶液；將溶解好的聚合物溶液置於高壓汞燈500W下降解40min、攪拌速率6000rpm下剪切8min，共剪切6次，得到模擬產出聚合物溶液。
(4)取甲苯混合溶液40mL、模擬產出聚合物溶液10mL，攪拌速率2000rpm下攪拌30min，置於65℃水浴中加熱，靜置120min後得到模擬原油乳狀液及特殊油水乳化層。
實施例4
(1)將B油田的原油置於60℃水浴中加熱，取原油10mL，加入500mL正戊烷進行稀釋，攪拌速率300rpm下攪拌20min，靜置12h後用離心機旋轉15min，分離得到瀝青質組分；向過濾後的正戊烷濾液中加入100mL丙酮，攪拌速率400rpm下攪拌30min，靜置12h後用離心機旋轉10min，分離得到膠質組分。
(2)取B油田原油3mL、瀝青質組分1mL和膠質組分2mL，加入至200mL甲苯中，攪拌速率800rpm下攪拌40min，得到甲苯混合溶液。
(3)根據B油田的礦化水離子組成(見表2)配製5L油田模擬礦化水，加入1g高分子量線型聚丙烯醯胺，置於65℃水浴中加熱，配製得到質量濃度為200mg/L的聚合物溶液；將溶解好的聚合物溶液置於高壓汞燈500W下降解20min、攪拌速率5000rpm下剪切6min，共剪切6次，得到模擬產出聚合物溶液。
(4)取甲苯混合溶液60mL、模擬產出聚合物溶液10mL，攪拌速率2000rpm下攪拌40min，置於65℃水浴中加熱，靜置180min後得到模擬原油乳狀液及特殊油水乳化層。
圖1為實施例1～4製備的模擬原油乳狀液及特殊油水乳化層照片。對比實施例1(a)和實施例2(b)、對比實施例3(c)和實施例4(d)可知，隨著油水界面活性組分如瀝青質組分、膠質組分及產出聚合物組分的加入量增大，特殊油水乳化層的厚度和乳化程度也顯著增加。實驗也發現，不同油田製備的原油乳狀液及特殊油水乳化層有明顯區別，說明油田的原油組分和採用的驅油用聚合物等對油水乳化層的形成有直接影響。由此可知，本發明提供的方法可以有效實現對不同油田原油乳狀液及特殊油水乳化層的模擬。