本文作者：付亚荣李冬青付丽霞作者单位：中国石油华北油田

基础研究（学科分类：采油采气工程其他学科）。团队创新建立不同物性原油流变模型Binghum本构方程，揭示了影响原油低温脱水的因素，在系统回答影响原油低温脱水关键理论问题的基础上，提出了不同原油脱水低温破乳剂的研究方向。

以中间基原油低温破乳剂研究为例进行说明。中间基原油Binghum流体的流变模式为τ=87.31－0.102γ。根据原油的本构方程和“改头、交联、复配”思路，研发出冀中南部中间基原油低温脱水破乳剂及其制备方法，由此实现了现场节能减排。团队经过大量调查研究后发现，苯酚、四乙烯五胺、甲醛在同一体系中能形成具有互补性、优势性、高活性的破乳剂“头”——以甲苯封口、由酚醛、胺醛、酚胺树酯混合而成。并打破常规束缚制备破乳剂干剂，将氢氧化钠作为催化剂使中间体与环氧丙烷、环氧乙烷聚合，环氧氯丙烷封口，从而提高聚醚的活性。此外，团队创建了正交试验复配现场破乳剂的生产模式。通过正交试验确定合成低温破乳剂CDKT－HB04的起始剂、催化剂等指标（见表2）。通常，需要考察的指标包括在45℃温度并持续90分钟状态下得到的脱水率，以及污水水质与界面。团队围绕影响合成的7个因素，按照具体情况分别选出考察、比较的条件：（1）因素A（起始剂类型）：第一位级（水平）A1＝酚醛、胺醛、酚胺树酯混合类，第二位级A2＝多乙烯多胺类；（2）因素B（催化剂类型）：第一位级（水平）A1＝氢氧化钾，第二位级A2＝氢氧化钠；（3）因素C（PO、EO的接链顺序）：第一位级（水平）A1＝PO—EO，第二位级A2＝EO—PO；（4）因素D（封口剂类型）：第一位级（水平）A1＝环氧氯丙烷，第二位级A2＝醋酸；（5）因素E（反应温度）：第一位级（水平）A1＝120±5℃，第二位级A2＝125±5℃；（6）因素F（反应压力）：第一位级（水平）A1＝0.15MPa～0.30MPa，第二位级A2＝0.20MPa～0.40MPa；（7）因素G（反应时间）：第一位级（水平）A1＝1～2小时，第二位级A2＝2～3小时。对于合成的CDKT－HB04，需要考察脱水率（40℃或45℃、90分钟）、污水水质与界面。通过8次试验的合成结果，团队直接观察发现A1B2C2D2E2F2G1合成条件较好；通过计算极差数据观察发现A1B1C2D1E2F1G1合成条件较好。为掌握造成污水水质清、界面不齐的原因，团队在此基础上进行了第二批正交试验。在分析污水水质界面的影响因素后，挑选出3个因素及其相应位级实施正交试验。选定的因素分别为：（1）起始剂类型，位级A1为四乙烯五胺、位级A2为酚醛树酯；（2）封口剂类型，位级B1是环氧氯丙烷、位级B2是甲苯二异氢酸酯；（3）PO与EO接链顺序，位级C1为PO—EO、C2为EO—PO。通过试验发现，第一次试验所得到的两个合成组合，其效果一致（见表3）。冀中南部某油田属中间基原油，脱水温度65℃～70℃，每年升温需要消耗大量自用燃油（不含水原油）。团队依照“改头、交联、复配”方式，研制出高效、适合中间基原油的低温脱水破乳剂；并根据制定的合成路线，在室内复配合成了36个低温原油破乳剂样品，用车城油田中间基原油按SY-5281对合成样品进行脱水性能评价。针对筛选出的10个具有较高脱水率和较快脱水速率的单剂，进行单剂之间1:1总加量200mg/L的二元复配，试验温度为45℃。得到两种复配破乳剂脱水率比剂提高幅度超过8.5个百分点。团队将脱水率、水质作为评价指标，对温度、破乳剂加量、复配比例3个因素各取5个水平（温度40℃～44℃，总加量分别为100、150、200、250、300mg/L，复配质量比分别为3:1、2:1、1:1、1:2、1:3）进行正交试验。结果表明，3个因素中影响脱水率的极差不同：温度对脱水率极差影响小于2.5个百分点、复配比对脱水率极差影响最小，破乳剂的加量由100mg/L增为300mg/L时，脱水率曲线在200mg/L处出现拐点；复配比为1:2或2:1时，复配双剂的效果最好。因此，应用复配比为1:2或2:1双剂复配的破乳剂，在现场温度为40℃～44℃且实际加量为室内试验的1/2～2/3时，中间基原油脱水可满足生产需要。破乳剂成品则要求室内试验加药量在200mg/L、脱水温度为45℃时，90分钟的绝对脱水率最低达到93.5%，水质清、界面齐才能满足现场生产要求。因此，应利用控制图检验破乳剂的质量特性。绝对脱水率作为需要研究的重要质量特性，通过控制图加以控制。由于需控制的绝对脱水率是计量特性值，因此选用X-R控制图。以5个时段为一个样本，样本容量n=5，每小时取1个样本；收集25个样本数据（样本数k=25），按照观测顺序予以记录（见表4）。从表4可知，各样本平均值的平均值X=95.8384，样本极差平均值R=1.476。X图：中心线CL＝X=95.8384，UCL＝X+A2R，A2为随样本容量（n）而变化的系数。当n=5时通过查表得到A2＝0.577，则UCL=95.8384+0.577×1.476=96.69，LCL=95.8384-0.577×1.476=94.9867R图：中心线CL=R=1.476，UCL=D4R=2.115×1.476=3.12174，LCL=D3R；当n=5时D3为负数，因此LCL为0。按照判稳准则观测X-R控制图，连续25个点其界外点数（d）为0、过程的变异度与均值处稳定状态，说明破乳剂生产过程稳定、可满足生产需要。由于X=95.8384与容差中心M＝95.00不重合，因此对出现偏移的过程能力指数（Cpk）进行计算：Cp＝(Tu-Tl)÷6δ=1.76，K=｜M-u│T/2＝0.5589，Cpk＝（1-K）Cp=0.7763；统计控制状态下Cp=1.76＞1，由于u与M偏离，故Cpk＜1。根据对破乳剂的质量要求，当前的统计过程状态满足设计、工艺和现场生产要求。2007年5月起在冀中南部油田联合站应用时，原油脱水温度在40℃～45℃，低温破乳剂加量为50mg/L～80mg/L时，脱后原油含水小于0.2%、污水含油小于150mg/L，达到了原油外输标准，脱后污水中含油量达标。

石蜡基原油低温脱水破乳剂。团队以利用顶替学、胶溶学理论为依据，创建冀中南部石蜡基原油低温脱水破乳剂的生产方法，应用于现场并实现了重大突破。利用FC—N01碳氟表面活性剂能与所有溶剂互溶的优越性能及超低界面张力的特性，将脱水速度快、脱水率高、低温脱水性能好的多胺类聚氧丙烯聚氧乙烯醚AE8051，与具有乳化降黏、油污重垢清洗功能的聚醚多元醇型SAA和高黏稠油的破乳脱水脱盐剂聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚BP28，以甲醇和水为溶剂进行复配，突破了冀中南部石蜡基原油低温脱水的难题。2007年3月起在冀中南部油田的联合站应用，原油脱水温度为35℃～40℃、低温破乳剂加量在50g/L～80mg/L时，脱后的原油含水小于0.2%、污水含油小于100mg/L，达到了原油外输标准。脱后污水中含油量达标。

烷基原油低温脱水破乳剂。团队建立描述冀中南部环烷基原油特性的本构方程，找到其低温脱水的机理以及现场失稳的条件，提出了以含有松香胺的多胺类聚醚、烷基酚醛类聚醚、多亚乙烯多胺聚醚的复配路线。借助FC—N01碳氟表面活性剂的优良特性，以甲醇和水为溶剂，将含有松香胺成分的多胺聚醚，具有较强低温脱水、脱盐能力的烷基酚醛树脂聚醚和高黏稠油的破乳脱水脱盐剂多亚乙烯多胺聚醚进行复配，由此得到了冀中南部环烷基原油低温脱水的方法。环烷基原油即常说的稠油，其特点是黏度大、胶质含量高。稠油破乳一直是破乳剂研究的热点问题。提高脱水温度是满足破乳脱水必要条件(一般为60℃～65℃)；同时，为了提高原油采收率，常采用表面活性剂驱、聚合物驱、三元复合驱等方法；采出液多为O/W/O或W/O/W型乳状液，且含有一定量的泥砂。这些都需要提高脱水温度、延长脱水时间以满足破乳脱水的需要，由此造成大量的热能损失，也给系统带来了巨大的运行负荷，影响系统的安全运行。根据冀中南部环烷基原油的物性特征及本构方程，团队关于破乳剂的研制技术思路是将含有松香胺的多胺类聚醚、烷基酚醛类聚醚、多亚乙烯多胺聚醚进行复配。通过正交试验，团队确定了适合冀中南部环烷基原油低温破乳剂的基础配方，其原料组分重量比为：多胺类聚氧丙烯聚氧乙烯醚10%～15%，烷基酚醛树脂聚氧丙烯聚氧乙烯醚30%～40%，多亚乙烯多胺聚氧丙烯聚氧乙烯醚10%～15%；FC—N01氟碳表面活性剂0.05%～0.2%；甲醇20%～25%，水15%～22%。在具体操作上，团队将多亚乙烯多胺聚氧丙烯聚氧乙烯醚、多胺类聚氧丙烯聚氧乙烯醚、FC—N01氟碳表面活性剂、烷基酚醛树脂聚氧丙烯聚氧乙烯醚4种原料，按比例加入搪瓷反应釜；缓慢升温至70℃～75℃，不断搅拌并加入甲醇；在继续搅拌30分钟后停止加热，边搅拌边冷却至常温。之后按比例加入水并同时搅拌，搅拌20分钟后出料，得到冀中南部环烷基原油采出液脱水低温破乳剂。2007年7月起在冀中南部油田的联合站得到应用，原油脱水温度在40℃～45℃、低温破乳剂的加量为50mg/L～80mg/L时，脱后的原油含水小于0.2%、污水含油小于120mg/L，达到了原油外输标准。