论文总字数：21985字

摘 要

随着三次采油技术在中国的普遍应用和苏北洲城联合站对油田的持续开发，洲城联合混合油样采出液正在变得越来越稳定，原油乳状液中不断提高的含水率，也导致了原油处理中油水分离这一步骤的难度不断增加。对破乳剂进行改性，复配以获得脱水率更高的破乳剂，可以有效降低原油储存和精炼过程中泵、管道和储罐等设备的负担，从而降低开采成本。在这一背景下，本文将利用有机硅改性复配，以提高传统破乳剂的破乳能力和效率，以此降低原油的开采成本，本文研究内容如下。

（1）针对洲城联合站的混合油样，研究中选用了14 种常见破乳剂，对其破乳效果筛选对比实验，挑选出五种效果最优的破乳剂。并进一步在正交实验中优化了实验的工艺条件。

（2）通过将OF型聚醚基础物通过与含氢硅油进行硅氢加成反应，改性合成了一种有机硅聚醚类破乳剂。经破乳性能对比实验后，结果表明改性后破乳剂的脱水率比筛选实验中表现较好的DE-401破乳剂更高

（3）将改性后破乳剂先后与有着降低粘度，提高原油脱水效率作用的进行原油降粘剂，以及筛选实验中其它表现优良的破乳剂进行复配，并最后进行三元复配，结果表明该三元复配破乳剂对该混合油样有良好的破乳效果，具有重要应用价值。

关键词：破乳剂，破乳环境，有机硅改性，复配

ABSTRACT

With the general application of the tertiary oil recovery technology in China and the continuous development of the oilfield by the Zhoucheng united station in Northern Jiangsu Province, the produced fluid of the Zhoucheng combined oil sample is becoming more and more stable. The increasing water content in the crude oil emulsion also leads to the increasing difficulty of oil-water separation in the crude oil treatment.The demulsifier modified and compounded to obtain a higher dehydration rate demulsifier can effectively reduce the burden of pumps, pipelines, tanks and other equipment in the crude oil storage and refining process, thus reducing the production cost.

In this context, this paper will use organosilicon modified compound to improve the demulsification capacity and efficiency of traditional demulsifiers, so as to reduce the cost of crude oil production.

(1)For the mixed oil samples of Zhoucheng United Station, 14 common demulsifiers were selected in the study, and five demulsifiers with the best demulsification effect were selected through screening and comparison experiments.The process conditions were further optimized in orthogonal experiments.

(2) An organosilicon polyether demulsifier was modified and synthesized by hydrosilylation of the OF-type polyether base with hydrogen-containing silicone oil.The results showed that the dehydration rate of the modified demulsifier was higher than that of DE-401 demulsifier which performed better in screening experiment.

(3) The modified demulsifier was compounded with other demulsifiers with good performances in screening experiments, which can reduce the viscosity and improve the dehydration efficiency of crude oil. Finally, the ternary demulsifier was compounded. The results showed that the ternary composite demulsifier had good demulsification effect on the mixed oil sample and had important application value.

Key words: demulsifier, demulsifying environment, organosilicon modification, compounding

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪 论 1

1.1研究背景 1

1.2破乳剂的破乳机理 1

1.2.1 顶替或置换机理 1

1.2.2絮凝-聚结机理 2

1.2.3 膜击破机理 2

1.2.4 反离子作用机理： 2

1.3 原油乳状液的性质 2

1.3.1乳状液中的成膜物质 3

1.3.2原油粘度 3

1.3.3乳化水特性 3

1.3.4 乳状液中的含水量与粒径 3

1.4 破乳剂的性质 4

1.5 破乳剂的种类 4

1.5.1 SP型破乳剂 4

1.5.2 AP、AE型破乳剂 5

1.5.3 AR型破乳剂 ． 6

1.6 破乳剂的改性 6

1.6.1改头改性 7

1.6.2换尾改性 7

1.6.3 加骨改性 7

1.6.4 扩链和交联改性 7

1.6.5 复配改性 8

1.7本文的目的与意义 8

第二章 原油乳状液破乳剂的筛选实验 10

2.1 原油的性质 10

2.2实验试剂、原料及仪器 11

2.3 实验步骤 13

2.4破乳剂筛选 13

2.5 正交实验 15

2.5.1 温度对破乳效果的影响 15

2.5.2 破乳剂使用量对破乳效果的影响 16

2.5.3 pH值对破乳效果的影响 17

2.6 本章小结 18

第三章 有机硅改性聚醚破乳剂的合成与复配 19

3.1 实验试剂 19

3.2 实验步骤 19

3.3 结果与讨论 21

3.4 破乳剂的复配 22

3.4.1 与原油降粘剂的复配 22

3.4.2 与其它种类破乳剂的复配 23

3.5 本章小结 24

第四章 结果与展望 25

参考文献 26

致谢 28

第一章 绪 论

1.1研究背景

在油田的开采过程中，原油是人们最希望能获得的产物，但通常情况下，原油在采出后会与地层水和注入水混合，以水为分散介质，形成一种具有较好稳定性的油包水(W/O)乳化液，也就是俗称的原油乳状液^[1]。它有着与纯油、纯水完全不同奇特的性质。而原油乳状液的化学稳定性与组成成分的复杂性，也使得在油田的生产过程中，原油的破乳脱水步骤存在有一定的技术难度。

原油破乳剂是分离原油乳状液中的油相与水相的重要化学药剂。近年来，随着三次采油技术的广泛应用，原油的产量也在不断提高，原油乳状液的含水率与稳定性也越来越高。高含水率会提高原油乳状液在输送和精炼的过程中对储存与运输设备造成的负荷。同时，原油乳状液的水相中包含各种复杂组分，这些组分也同样会影响油田生产过程中开采装置的使用年限。因此在对开采出的原油进行运输和炼制前，破乳脱水可以说是必不可少的。

1.2破乳剂的破乳机理

到目前为止，国内外已经有大量的研究人员通过实验，从多个方面探讨了破乳剂的破乳机理。但由于原油乳状液组分的不确定性，为实验带来了很多的不可控的变数，也使得对破乳机理的研究存在较大的难度。目前通过研究得出的破乳机理，一共有以下四种主流观点。

1.2.1 顶替或置换机理

该机理认为，破乳剂比天然表面活性剂具有更高的活性。这导致了破乳剂分子更容易因热能和机械能的作用而进入原油乳状液的油水界面膜。在排出或取代了原界面膜的天然活性物质后^[2]。破乳剂分子会形成一层新的油水界面膜，并将水包油乳液转化为水包油乳液。从而使外相水凝结成水滴，并在重力作用下从油相沉淀下来。达到油水分离的效果。

1.2.2絮凝-聚结机理　

这一机理适用于非离子型破乳剂。这种破乳剂的分子结构使得它比一般的表面活性剂有更大的分子。这些分散在乳状液中的破乳剂分子因热能和机械能的影响，会有较大的分散面，可以将漂浮在乳状液中的细小水滴凝聚成分散的液珠，之后这些分散的液珠再进一步地融合，在经过一个被称为絮凝的不可逆过程之后，形成一个大的液滴^[3]。大液滴继续相互合并，并在直径达到一定值后，由于油水密度的不同而沉降分离，从乳状液中分离出来。对于适用此机理的破乳剂，分子面积越大，破乳效果也就越好。

1.2.3 膜击破机理

这一机理适用于高分子破乳剂^[4]。该种破乳剂具有分子结构高、用量少、效果好等特点。该理论对此提出以下解释：此种类原油破乳剂多为油溶性破乳剂，易在油水乳状液中分散。因此，它与其他类型的破乳剂相比可以更快地接触油水界面膜，并通过碰撞界面膜排替一部分活性物质，从而使膜破裂或降低其稳定性。然后，再通过分子中具有结合水能力的亲水基团，将分散的小液滴聚集起来，将乳化水分离。

1.2.4 反离子作用机理：

这一机理认为破乳剂可以将自身带有的相反电荷与乳状液中油水界面膜上起稳定作用的电荷发生中和，从而使乳状液中界面膜处电荷产生的排斥力消失，使水滴开始发生聚结与沉淀，并最终做到破乳脱水^[5]。

1.3 原油乳状液的性质

对于原油乳状液，理化性质是决定其自身稳定性的关键。不同产地和不同地层下开采出的原油组成和特征都不同。这也导致了在破乳脱水反应中，破乳剂通过各种机理破坏乳状液油水界面膜的难度并不是确定的。因此，对乳状液构成与特性的分析是探究原油乳状液的破乳要素中至关重要的一环。

1.3.1乳状液中的成膜物质　

在所有的原油乳状液中，都有着成膜物质的存在，如胶质、沥青质及固体石蜡^[6]。乳状液的稳定性与这些物质在原油中的含量呈正比, 如果原油中含有大量类似物质, 那么这些成膜物质就会给原油乳状液的界面膜带来更好的热稳定性与机械强度。

1.3.2原油粘度　

原油的粘度也同样与乳状液的稳定性息息相关，一般情况下，因为高粘度的原油中含有大量沥青质、胶质及其他大分子的环烷化合物，所以这种原油能形成的具有更好稳定性的原油乳状液。同时, 高粘度的连续相介质会增加水相在移动时受到的阻力, 从而降低了水滴在乳状液中发生碰撞聚结的概率, 并减缓了油水分离后，水滴的沉淀速率。所以,想要破坏原油乳状液的稳定性，最常用的方法之一就是降粘^[7]。最常见的降低原油粘度的方法就是提高原油的温度。无论是在实验室，还是在工业应用中，加热都是化学破乳过程中不可或缺的一环, 其目的就是通过加热达到降粘的效果, 从而提高破乳剂的破乳效率。

1.3.3乳化水特性　

在一般情况下，原油乳状液中会混合大量的地层水和注入水, 这些水的密度由矿化度的高低决定, 水的密度会随着乳化水矿化度的提高而增大，从而增加乳状液中油相与水相的密度差^[8]。对原油乳状液来说，油水密度差越大,沉降脱水的难度就越低。

1.3.4 乳状液中的含水量与粒径　

原油乳状液中水相的占比多少及其聚结后在乳状液中的粒径是否均匀，都将直接影响其稳定性。一般情况下，乳状液中含水量越高，且水珠粒径分布越不均匀，则其稳定性越差;反之，含水量较低且粒径分布较均匀的乳状液, 则具有较强的稳定性，稳定性越低，对原油乳状液的破乳脱水也就越容易^[9]。此外,对于含水量较低的乳状液来说,其稳定性主要受乳化水中含盐量的影响。含盐量的多少与乳状液的稳定性为负相关关系。

1.4 破乳剂的性质

破乳剂的性质将直接影响破乳过程的难易程度。原油破乳剂本质上是一种特殊的，同时拥有亲水和亲油能力的表面活性剂，这一点也决定了它能改变油水界面膜的性质。不同种类的破乳剂，性能也有所不同，这取决于它们相异的分子结构。一种性能良好的破乳剂, 其成分中应该含有较强的表面活性剂，且可以从其优秀的絮凝聚结与湿润能力等多个方面体现出其对乳状液界面膜的的高效破坏性^[10]。

1.5 破乳剂的种类

原油破乳剂可以按其破乳机理简单分为四大类^[11]。阳离子型破乳剂主要为以季铵盐类破乳剂，这种破乳剂存在有局限性较大的缺点，对除了稀油以外的其它油类破乳效果有限，现代生产中多将其用作为破乳辅助剂。阴离子型主要包括了我国在油田生产早期使用过的磺酸盐和羧酸盐等破乳剂。这些破乳剂因为用量大，效果差，早已无法胜任现代的原油破乳工作。两性离子型破乳剂现主要在原油脱水的过程中担任协同脱水剂、预脱水剂及反向破乳剂。非离子型破乳剂以嵌段聚醚类破乳剂为主^[12]，同时这种破乳剂也是目前我国油田生产中所使用的主流破乳剂。非离子型破乳剂种类众多，且破乳能力优秀, 目前在油田应用中常用的非离子型破乳剂主要分为四种，分别为SP型、AP型、AE型与AR型。

1.5.1 SP型破乳剂

SP型破乳剂是以丙二醇、丙三醇以及高碳醇等醇类为起始剂的聚醚破乳剂。这种破乳剂的代表性物质是 SP169，其理论结构式为：

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