一种原油乳状液中特殊油水乳化层的模拟方法与流程

本发明属于石油领域，具体涉及一种油田原油乳状液中特殊油水乳化层的模拟方法。

背景技术：

化学驱油技术在我国各大油田得到了广泛应用，在大幅提高原油采收率的同时，采出液的油水分离难度也加大。由于采出液中产出聚合物(通常为聚丙烯酰胺)的存在，采出的油水乳状液稳定性显著增加，导致原油破乳脱水的难度大幅增加，脱出后的污水含油量高且油水分离困难。特别是在原油破乳脱水过程中，油水界面上会形成一层非常稳定的特殊油水乳化层(又称中间过渡层)，该乳化层界于上部油层和下部污水层，属于一类难以分离的油水多相混合物。特殊油水乳化层的组分复杂，主要有油包水及水包油乳化颗粒、高分子絮状物(主要为产出驱油剂、外加的破乳剂等药剂)、胶质、沥青质、机械杂质(污泥、腐蚀产物)等，其中高分子絮状物、胶质和沥青质等对乳状液的稳定性起决定作用。由于该乳化层极为稳定，采用传统单一的药剂或常规处理工艺难以取得有效的处理效果，因此成为油田生产中面临的棘手问题。随着各种化学药剂的使用量增加，特殊油水乳化层有逐渐增厚的趋势，对原油破乳脱水及脱后污水处理等均产生不良影响，原油脱水设备无法正常运转，处理效率大幅降低。

目前，研究人员针对该类特殊油水乳化层开展了相关工作，但受限于无法获取有效的实验对象，原油破乳剂及反相破乳剂的设计和筛选很难直接体现对特殊油水乳化层的改善，针对性的解决策略并不明确。此外，由于不同油田采用的驱油聚合物不同、原油组分不同等，导致不同油田特殊油水乳化层的成分、性质差异较大。因此，为更具针对性的解决特殊油水乳化层难以处理的问题，考察相关药剂和技术的有效性、适用性，亟需一种油田原油乳状液中特殊油水乳化层的模拟方法，以此提供室内研究必需的模拟特殊油水乳化层样品。同时，为研究油田特殊油水乳化层的特性和成因，从根本上预防该类特殊乳化层的形成，也迫切需要一种油田特殊油水乳化层的模拟方法，目前尚无针对此方面的报道。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种油田原油乳状液中特殊油水乳化层的模拟方法，利用此方法可以实现不同类型、不同比例组成的特殊油水乳化层的模拟制备。

本发明所提供的油田原油乳状液中特殊油水乳化层的模拟方法，包括如下步骤：

1)采用溶剂萃取法对油田原油进行组分分离，分别得到沥青质组分、胶质组分；

2)将油田原油及步骤1)得到的沥青质组分、胶质组分加入到甲苯中，混合均匀，得到甲苯混合溶液；

3)采用油田模拟矿化水和驱油用聚合物，配制聚合物溶液，并将所述聚合物溶液进行降解和剪切处理，得到模拟产出聚合物溶液；

4)将步骤2)得到的甲苯混合溶液与步骤3)得到的模拟产出聚合物溶液进行混合，混合均匀后于静置，得到模拟的原油乳状液及特殊油水乳化层。

上述方法步骤1)中，所述对油田原油进行组分分离的操作如下：a)将原油用正戊烷稀释，搅拌，静置，离心，分离，得到沉淀物和上清液，所得沉淀物为沥青质组分；b)向步骤a)中分离出的上清液中加入丙酮，搅拌，静置，离心，分离，所得沉淀物为胶质组分。

a)中，原油与正戊烷的体积比为1:20～1:60，具体可为1:30、1:50，搅拌速率为100～500rpm，搅拌时间为10～30min，静置的时间为12～24h，离心机旋转5～15min；

b)中，正戊烷滤液与丙酮的体积比为6:1～2:1，具体可为3:1、5:1，搅拌速率为100～500rpm，搅拌时间为10～30min，静置的时间为12～24h，离心机旋转5～15min。

步骤2)中，所述油田原油、沥青质组分和胶质组分的体积比依次为3：(1～2)：(1～2)，具体可为3:1:1、3:2:1，三者在甲苯溶液的体积百分数为1％～5％，具体可为5％、2.5％；所述混合均匀的条件为搅拌速率300～1000rpm，搅拌时间20～60min。

步骤3)中，所述油田模拟矿化水的无机矿化离子组成包括Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、CO₃^2-、HCO₃^-、SO₄^2-、Cl^-等，具体各离子浓度比例参照实验目标油田。

所述油田驱油用聚合物可为疏水缔合型、高分子量线型或枝化型聚丙烯酰胺，聚合物性能参数具体参照实验目标油田。

所述聚合物溶液的质量浓度为50～500mg/L，具体可为400mg/L、200mg/L、。

所述对聚合物溶液进行降解和剪切处理的条件为：高压汞灯强度为500W，降解时间为20～40min，之后将降解后的聚合物溶液高速搅拌，搅拌速率为4500～6500rpm，搅拌时间为3～10min×6次。

步骤4)中，所述甲苯混合溶液与模拟产出聚合物溶液的体积比为3:1～8:1，具体可为4:1、6:1；所述混合均匀的条件为搅拌速率1200～2000rpm，搅拌时间20～40min；所述静置时间为60～180min。

步骤1)～步骤4)均可在实验温度40～80℃的条件下进行。

通过上述方法模拟的油田原油乳状液中特殊油水乳化层也属于本发明的保护范围。

本发明提供的油田原油乳状液中特殊油水乳化层的模拟方法，利用油田原油中的界面活性组分即沥青质、胶质，以及外加的产出聚合物，实现了对乳化稳定性极强的特殊油水乳化层的模拟。根据本发明提供的方法，可以根据油田具体情况灵活调整各界面活性组分的比例，制备的模拟特殊油水乳化层可用于室内对各类药剂及处理技术的适用性评价。本发明提供的模拟方法简单可靠，调整灵活，为原油乳状液中特殊油水乳化层问题的解决提供了必要实验条件。

附图说明

图1为实施例1～4制备的模拟的原油乳状液及特殊油水乳化层照片，其中，上层黑色的液体为原油乳状液，下层为水，中间油水界面处的物质为特殊油水乳化层。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例中所用的油田脱水后原油分别由渤海A油田和B油田提供，原油含水率分别为0.3％和0.4％(质量分数)。

所用的油田矿化水无机离子组成分别见表1(油田A)和表2(油田B)。

表1 渤海A油田模拟矿化水无机离子组成

表2 渤海B油田模拟矿化水无机离子组成

所用的聚合物分为2种：疏水缔合型聚丙烯酰胺，重均分子量为4.2×10⁶g/mol，水解度33％，由四川光亚公司提供；高分子量线性型聚丙烯酰胺，重均分子量为2.0×10⁷g/mol，水解度30％，由山东宝莫公司提供。

实施例1

(1)将A油田的原油置于45℃水浴中加热，取原油10mL，加入300mL正戊烷进行稀释，搅拌速率200rpm下搅拌20min，静置12h后用离心机旋转10min，分离得到沥青质组分；向过滤后的正戊烷滤液中加入100mL丙酮，搅拌速率200rpm下搅拌15min，静置12h后用离心机旋转15min，分离得到胶质组分。

(2)取A油田原油3mL、沥青质组分1mL和胶质组分1mL，加入至100mL甲苯中，搅拌速率500rpm下搅拌40min，得到甲苯混合溶液。

(3)根据A油田的矿化水离子组成(见表1)配制5L油田模拟矿化水，加入2g疏水缔合型聚丙烯酰胺，置于50℃水浴中加热，配制得到质量浓度为400mg/L的聚合物溶液；将溶解好的聚合物溶液置于高压汞灯500W下降解40min、搅拌速率6500rpm下剪切10min，共剪切6次，得到模拟产出聚合物溶液。

(4)取甲苯混合溶液40mL、模拟产出聚合物溶液10mL，搅拌速率1500rpm下搅拌40min，置于60℃水浴中加热，静置120min后得到模拟原油乳状液及特殊油水乳化层。

实施例2

(1)将A油田的原油置于45℃水浴中加热，取原油10mL，加入500mL正戊烷进行稀释，搅拌速率300rpm下搅拌10min，静置12h后用离心机旋转6min，分离得到沥青质组分；向过滤后的正戊烷滤液中加入100mL丙酮，搅拌速率300rpm下搅拌10min，静置12h后用离心机旋转10min，分离得到胶质组分。

(2)取A油田原油3mL、沥青质组分2mL和胶质组分1mL，加入至200mL甲苯中，搅拌速率800rpm下搅拌30min，得到甲苯混合溶液。

(3)根据A油田的矿化水离子组成(见表1)配制5L油田模拟矿化水，加入1g疏水缔合型聚丙烯酰胺，置于50℃水浴中加热，配制得到质量浓度为200mg/L的聚合物溶液；将溶解好的聚合物溶液置于高压汞灯500W下降解30min、搅拌速率7000rpm下剪切6min，共剪切6次，得到模拟产出聚合物溶液。

(4)取甲苯混合溶液60mL、模拟产出聚合物溶液10mL，搅拌速率2000rpm下搅拌30min，置于65℃水浴中加热，静置180min后得到模拟原油乳状液及特殊油水乳化层。

实施例3

(1)将B油田的原油置于60℃水浴中加热，取原油10mL，加入300mL正戊烷进行稀释，搅拌速率400rpm下搅拌20min，静置16h后用离心机旋转15min，分离得到沥青质组分；向过滤后的正戊烷滤液中加入100mL丙酮，搅拌速率400rpm下搅拌25min，静置12h后用离心机旋转10min，分离得到胶质组分。

(2)取B油田原油3mL、沥青质组分1mL和胶质组分1mL，加入至100mL甲苯中，搅拌速率400rpm下搅拌60min，得到甲苯混合溶液。

(3)根据B油田的矿化水离子组成(见表2)配制5L油田模拟矿化水，加入2g高分子量线型聚丙烯酰胺，置于65℃水浴中加热，配制得到质量浓度为400mg/L的聚合物溶液；将溶解好的聚合物溶液置于高压汞灯500W下降解40min、搅拌速率6000rpm下剪切8min，共剪切6次，得到模拟产出聚合物溶液。

(4)取甲苯混合溶液40mL、模拟产出聚合物溶液10mL，搅拌速率2000rpm下搅拌30min，置于65℃水浴中加热，静置120min后得到模拟原油乳状液及特殊油水乳化层。

实施例4

(1)将B油田的原油置于60℃水浴中加热，取原油10mL，加入500mL正戊烷进行稀释，搅拌速率300rpm下搅拌20min，静置12h后用离心机旋转15min，分离得到沥青质组分；向过滤后的正戊烷滤液中加入100mL丙酮，搅拌速率400rpm下搅拌30min，静置12h后用离心机旋转10min，分离得到胶质组分。

(2)取B油田原油3mL、沥青质组分1mL和胶质组分2mL，加入至200mL甲苯中，搅拌速率800rpm下搅拌40min，得到甲苯混合溶液。

(3)根据B油田的矿化水离子组成(见表2)配制5L油田模拟矿化水，加入1g高分子量线型聚丙烯酰胺，置于65℃水浴中加热，配制得到质量浓度为200mg/L的聚合物溶液；将溶解好的聚合物溶液置于高压汞灯500W下降解20min、搅拌速率5000rpm下剪切6min，共剪切6次，得到模拟产出聚合物溶液。

(4)取甲苯混合溶液60mL、模拟产出聚合物溶液10mL，搅拌速率2000rpm下搅拌40min，置于65℃水浴中加热，静置180min后得到模拟原油乳状液及特殊油水乳化层。

图1为实施例1～4制备的模拟原油乳状液及特殊油水乳化层照片。对比实施例1(a)和实施例2(b)、对比实施例3(c)和实施例4(d)可知，随着油水界面活性组分如沥青质组分、胶质组分及产出聚合物组分的加入量增大，特殊油水乳化层的厚度和乳化程度也显著增加。实验也发现，不同油田制备的原油乳状液及特殊油水乳化层有明显区别，说明油田的原油组分和采用的驱油用聚合物等对油水乳化层的形成有直接影响。由此可知，本发明提供的方法可以有效实现对不同油田原油乳状液及特殊油水乳化层的模拟。