油田采出液处理用缓蚀剂去乳化助剂筛选及性能评价-辽宁化工2022年06期

摘      要： 如何降低缓蚀剂的乳化倾向以避免其影响水质是困扰油田采出液处理的问题之一。首先以降低缓蚀剂乳化倾向性为指标筛选最佳的去乳化助剂，然后研究了去乳化助剂和缓蚀剂复配比例及温度作用范围，最后探讨了去乳化助剂的作用机理。结果表明：去乳化助剂DE-3能有效降低缓蚀剂的乳化倾向性，当向缓蚀剂中加入≥1%的去乳化助剂DE-3、温度大于35 ℃时，缓蚀剂无乳化倾向性，且缓蚀性能并不会受到影响;缓蚀剂中加入去乳化助剂DE-3后油水界面张力虽然会出现下降，但油水界面膜强度明显下降，乳化层不稳定，因而能起到去乳化的作用。

关  键  词：采出液处理;缓蚀剂;乳化倾向;去乳化助剂

中图分类号：TE357     文献标识码： A     文章编号： 1004-0935（2022）06-0749-04

在油田采出液处理过程中，为有效防止管道和油水分离设备在环境介质中发生腐蚀，在处理流程中加入缓蚀剂是必不可少的^[1-2]。当缓蚀剂加入至采出液处理流程中之后，由于缓蚀剂通常具有一定表界面活性，再加上流体的剪切作用强，导致缓蚀剂很容易对采出液起到一定程度的乳化作用，进而影响清水剂性能和水质^[3-4]。在采出液处理过程中加入缓蚀剂后形成的乳液（或者乳化层）为O/W乳液^[5-6]，为了避免乳化层的形成可以向缓蚀剂中加入去乳化助剂^[7]，通过破坏乳化层稳定性，避免稳定乳化层的产生。去乳化助剂和缓蚀剂中经常添加的非离子表面活性剂具有类似的结构^[8-9]，因此理论上与缓蚀剂具有良好的相容性。本文首先以降低缓蚀剂乳化倾向性为指标筛选最佳去乳化助剂，然后研究了去乳化助剂和缓蚀剂复配比例及温度对去乳化助剂的影响，最后探讨了去乳化助剂的作用机理。本文的研究结果可为油田采出液处理用缓蚀剂的开发提供研究思路，同时为解决油田采出液处理用缓蚀剂乳化倾向的问题提供方法参考。

1  实验部分

1.1  主要实验药品与仪器

1.1.1  主要实验药品

缓蚀剂，工业品，中海油南海某油田现场在用缓蚀剂;去乳化助剂，工业品，其代号分别为DE-1、DE-2、DE-3、…、DE-12、DE-13。

1.1.2  主要实验仪器

美国CNG公司TX-500C旋转滴界面张力仪;德国KRÜSS公司DSA30界面参数一体化测量仪。

1.2  去乳化助剂性能评价方法

参照SY/T 5273—2014《油田采出水用缓蚀剂性能评价方法》进行。向50 mL模拟地层水中加入

1 000 mg·L^-1缓蚀剂，然后加入去乳化助剂，接着加入50 mL10号柴油;一定温度下保温30 min后，上下振动200次后静置;记录静置10 min时油水界面分层情况和乳化层厚度。去乳化剂性能采用乳化倾向降低率定量评价，计算方法见公式（1）。

乳化倾向降低率=[（空白乳化层体积-实验组乳化层体 积）/空白乳化层体积]×100% （1）

模拟水离子的组成如表1所示。

1.3  缓蚀性能评价方法

参照文献^[10]开展缓蚀性能评价实验。常温下向1 L广口瓶中加入1 L已除氧的模拟地层水，然后加入缓蚀剂和去乳化助剂，接着放入65 ℃恒温水浴锅中;通入CO₂至饱和，时间为2 h;从通入CO₂开始计时到取出试片，实验时间为72 h;实验期间间歇补充CO₂（3次，每次2 h）;实验完成后，取出试片，除锈、清洗、干燥后称重并记录数据与试片表面情况，计算缓蚀效率。

1.4  界面张力和界面膜强度测定方法

以模拟地层水为溶剂，固定其中缓蚀剂质量浓度为1 000 mg·L^-1，改变去乳化助剂浓度，在65 ℃下利用TX-500C旋转滴界面张力仪测定柴油/水界面张力;利用DSA30界面参数一体化测量仪采用悬挂滴正弦振荡法测定柴油/水弹性模量和扩张模量。扩张模量e定义为界面张力γ变化与界面面积A相对变化的比值，见式（2）：

ε=dγ/d ln A （2）

对于粘弹性界面，界面张力的周期性变化与界面面积周期性变化之间存在一定的相位差，θ称为扩张模量的相角，扩张模量可写作复数形式，见式（3）：

ε=ε_d+iωη_d  （3）

其中：ε_d为弹性模量，η_d 为扩张黏度，ω是界面面积正弦变化的频率，文献报道^[11]油水界面弹性模量和扩张模量越大，乳液稳定性越强。

2  实验结果与讨论

2.1  去乳化助剂的筛选

本文中所用缓蚀剂能有效降低柴油/水界面张力（见图1），65 ℃下其质量浓度为1 000 mg·L^-1时柴油/水界面张力可由18.32 mN·m^-1降低至0.042 mN·m^-1，其乳化倾向性强（见图1中的实物图）。

65 ℃下向1 000 mg·L^-1缓蚀剂溶液中加入不同去乳化助剂（50 mg·L^-1），开展乳化柴油倾向性评价实验，评价不同去乳化助剂的乳化倾向降低率，结果见图2。

由图2可知，这些去乳化助剂都具有降低缓蚀剂乳化倾向性的能力，其中DE-3的乳化倾向降低率最高，可达100%，即10 min时缓蚀剂完全不产生乳化倾向。因此选择去乳化助剂DE-3。

2.2  不同因素对去乳化助剂性能的影响

2.2.1  浓度（缓蚀剂与去乳化助剂的比例）

65 ℃下改变DE-3的加量（缓蚀剂的浓度始终为1 000 mg·L^-1）开展乳化柴油倾向性评价实验，评价不同浓度DE-3的乳化倾向降低率，结果见图3。由图3可知，当DE-3的加量≥10 mg·L^-1后，乳化倾向降低率为100%。此时缓蚀剂和DE-3的质量比为100∶1，即当DE-3在缓蚀剂中质量分数大于等于1%则能有效降低缓蚀剂乳化柴油的性质。

2.2.2  温度（缓蚀剂与去乳化助剂的比例）

固定DE-3加量为10 mg·L^-1，改变实验温度，考察温度对DE-3去乳化性能的影响，结果见图4。由图4可知，当温度大于35 ℃后，DE-3可具有良好的降低乳化倾向性能。DE-3的去乳化性能受温度影响，当温度高于一定值以后能有效破坏油水界面强度，发挥去乳化作用。

2.3  去乳化助剂对缓蚀剂其他性能的影响

固定缓蚀剂浓度为30 mg·L^-1，改变去乳化助剂DE-3浓度，考察DE-3对缓蚀剂缓蚀性能的影响，结果见表2。由表可知，当DE-3添加到缓蚀剂中、且浓度的逐渐增大到一定浓度时，缓蚀剂的缓蚀效率并未受到去乳化助剂DE-3的影响。

2.4  去乳化助剂作用机理探讨

缓蚀剂乳化倾向性评价过程中，产生乳化层需要满足两个条件：缓蚀剂能降低油水界面张力，在水中形成油滴;油滴能够稳定存在一定时间。油水界面张力越低，则越可能形成乳化层，油水界面弹性模量和扩张模量越大，则水中油滴越稳定，乳化层越稳定。图5显示了65 ℃下向缓蚀剂溶液中加入DE-3后的柴油/水界面张力。由图5可知，随着DE-3的加入界面张力出现了下降，当DE-3质量浓度≥10 mg·L^-1后，界面张力不再下降。这一结果表明向缓蚀剂溶液中加入去乳化助剂DE-3，仍然是有利于在水中形成油滴的。因此进一步通过测定油水界面弹性模量和扩张模量来分析油滴是否稳定。

图6显示了65 ℃下向缓蚀剂溶液中加入DE-3后柴油/水界面的弹性模量和扩张模量。由图可知DE-3加入后油水界面的弹性模量和扩张模量均出现了明显的下降，这表明其去乳化的机理就是通过与缓蚀剂相互作用让形成的油滴界面膜强度变弱，乳化层稳定性下降。

3  结 论

1）去乳化助剂DE-3能有效降低缓蚀剂的乳化倾向性。当向缓蚀剂中加入≥1%的DE-3、温度大于35 ℃时，缓蚀剂无乳化倾向性，且不影响缓蚀剂的缓蚀性能。

2）缓蚀剂中加入去乳化助剂DE-3后虽然油水界面张力下降，但油水界面膜强度会出现明显下降，极大的减弱了因缓蚀剂乳化倾向而形成的乳化层的稳定性，故而起到去除缓蚀剂乳化倾向的作用。

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Screening and Performance evaluation of Demulsifying Additives

for Corrosion Inhibitors in Oilfield Produced Water Treatment

DU Chao-yang， CHANG Zhen， TIE Lei-lei， LI Xiang， WANG Chun-lin，

DONG Hui， ZENG Hao-jian， WANG Ning， YU Meng

（China Oilfield Service Limited， Tianjin 300450， China）

Abstract：  How to decrease the emulsification property of corrosion inhibitor for making sure it has no effect on the oily wastewater treatment is a problem for the produced liquid treatment in oilfield. In this paper， firstly， the best demulsifying additives were screened by using the emulsification tendency decrease as index. Then， the mass ratio of corrosion inhibitor to demulsifying additives and applicable temperature range were investigated. At last， the emulsification tendency decrease mechanism of demulsifying additives was studied. The results showed that the demulsifying additives DE-3 could decrease the emulsification tendency of corrosion inhibitor effectively. When the DE-3 mass fraction in corrosion inhibitor was more than 1% and the temperature was higher than 35 ℃， the corrosion inhibitor had no emulsification tendency and its corrosion inhibition performance was not affected by DE-3. The oil/corrosion inhibition aqueous solution interface tension decreased with the DE-3 addition， however， the interface strength also decreased with DE-3 addition， which was decisive for the emulsion stability and was the reason for emulsification tendency decrease performance of DE-3.

Key words： Produced water treatment; Corrosion inhibitor; Emulsification tendency; Demulsifying additives