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酚胺树脂聚醚型破乳剂分子结构、浓度对油-水界面张力的影响——结果与讨论、结论

来源:石油学报(石油加工) 浏览 396 次 发布时间:2024-09-13

2、结果与讨论


2.1酚胺树脂聚醚破乳剂(PAPE13)质量浓度对体系油-水界面张力的影响

图1不同PAPE13质量浓度的破乳剂溶液-孤东二元驱原油体系的动态油-水界面张力


图1为30℃时不同PAPE13质量浓度的PAPE13溶液-孤东二元驱原油体系的动态油-水界面张力。由图1可见,PAPE13破乳剂能够有效地降低体系的油-水界面张力,当PAPE13质量浓度为50mg/L时,即可将油-水界面张力降至1.45mN/m;随着PAPE13质量浓度的增大,油-水界面张力逐渐下降,当PAPE13质量浓度大于800mg/L时,油-水界面张力降至10-2数量级的低水平,充分显示了该破乳剂具有较强的界面活性。由图1还可见,随着时间的延长,体系的油-水界面张力逐渐趋于稳定,达到稳态值所需的时间随着破乳剂质量浓度的增大而缩短。PAPE13质量浓度为50mg/L时,油-水界面张力达到稳态所需的时间为15min;质量浓度为100mg/L时,缩短为12min;质量浓度为200mg/L时,进一步缩短至4min;而当PAPE13质量浓度再增加时,油-水界面张力几乎在瞬间就能降低至稳态水平。其他8种酚胺树脂聚醚破乳剂浓度对体系油-水界面张力的影响规律与PAPE13类似。


2.2温度对酚胺树脂聚醚破乳剂(PAPEmn)界面活性的影响


温度对于酚胺树脂聚醚破乳剂(PAPEmn)的界面活性有着显著的影响,不同温度下9种破乳剂溶液-原油体系的油-水界面张力的稳态值列于表2。由表2可见,随着温度从30℃升高至50℃,各体系的油-水界面张力均显著升高,而且随着温度升高,油-水界面张力升高的幅度也在增大,以PAPE11破乳剂为例,从30℃升高至40℃时体系油-水界面张力升高了4.73mN/m,但从40℃升高至50℃时体系油-水界面张力却升高了10.70mN/m。该系列酚胺树脂破乳剂的界面活性随着温度升高而降低。

表2不同温度下9种PAPEmn溶液-孤东二元驱原油体系的油-水界面张力的稳态值(γ)


2.3酚胺树脂聚醚破乳剂相对分子质量和HLB值对体系油-水界面张力的影响


考察了不同相对分子质量和HLB值的酚胺树脂聚醚破乳剂(PAPEmn)在不同浓度下对PAPEmn溶液-原油体系油-水界面张力的影响,结果列于表3。由表3可以看出,随着PAPEmn质量浓度增大,PAPEmn降低油-水界面张力的能力也越强,尤其是对HLB值较大的PAPEmn(水溶性较强),其界面活性随其质量浓度升高迅速增强,在高质量浓度区油-水界面张力甚至能降低至超低水平(10-3mN/m)。笔者研究的PAPEmn的界面活性要强于沈明欢等[7-9]报道的破乳剂的界面活性。顶替理论认为,当破乳剂加到原油乳状液中以后,其分子会将沥青、石蜡及驱油化学剂等表面活性物质顶替出来,在油-水界面形成一层新的混合界面膜。这层膜的强度较低,从而使整个乳状液处于不稳定状态。并最终达到破乳的目的[10-11]。PAPEmn高的界面活性有利于其分子到达油-水界面,取代原有的界面膜,达到破乳的目的。破乳剂在溶液中的浓度越高,则被替换出的表面活性剂分子越多,油-水界面张力下降越大,破乳效果越好,乳状液越不容易形成。


PAPE11、PAPE12和PAPE13是相对分子质量相当、HLB值逐渐增大,亦即其亲水性逐渐增强的3个破乳剂样品。从表3还可以看出,在同样的破乳剂浓度下,HLB值越大的破乳剂降低油-水界面张力的幅度越大,油-水界面张力越低,甚至发生数量级的变化;而要将油-水界面张力降低至同样的水平,HLB值大的破乳剂所需要的浓度则更低,即其降低油-水界面张力的效率越高。PAPE21、PAPE22和PAPE23以及PAPE31、PAPE32和PAPE332个系列的破乳剂随着HLB值的增大也表现出同样的规律。PAPE12、PAPE22和PAPE32是保持HLB值相当、相对分子质量逐渐增大的3个破乳剂样品,随着相对分子质量的增大,它们降低油-水界面张力的能力均有所增强,但增强的幅度不大,大体均在同一数量级内变化。PAPE13、PAPE23和PAPE33是水溶性最好的一组破乳剂,随着相对分子质量的增大,其降低油-水界面张力的能力也有所增强,但增强幅度仍然不大。由此可见,在所研究的破乳剂相对分子质量变化范围内,相对分子质量变化对PAPEmn界面活性的影响较小。

表3 PAPEmn的相对分子质量和HLB值对孤东二元驱原油体系油-水界面张力(γ)的影响


2.4酚胺树脂聚醚破乳剂(PAPEmn)对不同原油体系油-水界面张力的作用


目前,在胜利油田的现场开采中有二次采油即水驱,也有三次采油即二元驱技术。二元驱技术中加入了表面活性剂和聚合物,采出液的性质必然与水驱有所不同,为此进一步考察了PAPEmn破乳剂对二元驱原油和水驱原油体系的动态油-水界面张力的影响,结果列于表4。PAPEmn系列破乳剂不仅能有效降低二元驱原油体系的油-水界面张力,同样也能降低水驱原油体系的油-水界面张力。以破乳剂PAPE33为例,其降低二元驱原油体系的油-水界面张力远胜于降低水驱原油体系的油-水界面张力,其他8个破乳剂也表现出同样的规律。二元驱原油中残留少量的驱油表面活性剂,正是这些残留表面活性剂与破乳剂间产生了协同作用,从而导致二元驱原油体系的油-水界面张力低于水驱原油体系的。

表4加入酚胺树脂聚醚破乳剂的不同原油体系的稳态油-水界面张力(γ)


3结论


(1)在实验范围内,9种PAPEmn破乳剂均能够有效降低孤东二元驱原油体系油-水界面张力,而且其降低油-水界面张力的能力要显著强于一些常规破乳剂。


(2)PAPEmn破乳剂的相对分子质量和HLB值对其界面活性有明显影响,其中HLB值对界面活性的影响更为显著;随着HLB值的增大,油-水界面张力迅速下降,破乳剂降低油-水界面张力的能力和效率均有所增强。


(3)温度对所研究的酚胺树脂类破乳剂的界面活性影响较为显著。随着温度升高,油-水界面张力逐渐增大,表明从界面活性角度考虑该系列的破乳剂较适宜在低温下使用。


PAPEmn破乳剂较高的界面活性有利于破乳剂分子扩散至乳状液液珠界面,顶替油-水界面上的沥青质、石蜡及三次采油驱油表面活性剂等界面活性物质,在油-水界面形成一层新的强度较弱的混合界面膜,从而使乳状液处于不稳定状态并最终达到破乳的目的。



酚胺树脂聚醚型破乳剂分子结构、浓度对油-水界面张力的影响——实验部分

酚胺树脂聚醚型破乳剂分子结构、浓度对油-水界面张力的影响——结果与讨论、结论