中性及酸性条件下随机丙烯酸双聚体对原油中简单/复杂乳液的破乳机制研究

为解决原油开采中高盐高矿物导致的W/O(水包油)和O/W/O(油包水包油)乳液稳定性难题，墨西哥石油研究院团队设计合成KH系列随机丙烯酸双聚体（butyl acrylate/2-hydroxyethyl acrylate），通过剪切流变实验证实KH-822能显著降低界面膜弹性模量(G’)，在pH=2和NaCl存在条件下仍实现90%以上脱水效率，突破传统PEO-PPO-PEO三嵌段双聚体(FD-1)的化学稳定性局限，为酸性油田开发提供新型高效破乳剂。

　　

在原油开采过程中，水与原油形成的乳状液如同顽固的"油水混合物"，给运输和精炼带来巨大挑战。这些乳液之所以难以分离，主要归咎于沥青质(asphaltenes)和树脂(resins)在油水界面形成的刚性薄膜。更棘手的是，油田环境常伴随酸性条件和盐分干扰，传统基于PEO-PPO-PEO三嵌段双聚体(FD-1)的破乳剂在pH=2时效率骤降至27%，且合成工艺复杂、成本高昂。面对这一行业痛点，墨西哥石油研究院的Jessica V. Fuentes团队在《Fuel》发表创新研究，通过分子工程手段开发出KH系列随机丙烯酸双聚体，为破解这一"油水不相容"困局提供新方案。

研究团队采用半连续饥饿进料乳液聚合法，以丁基丙烯酸酯(K)和2-羟乙基丙烯酸酯(H)为单体，通过调节分子量和单体比例合成KH系列双聚体。通过核磁共振(¹³C NMR)确认分子结构，采用瓶试法(bottle test)评估脱水效率(WRE)，结合剪切流变仪测定界面膜弹性模量(G’)变化。特别针对CR-1(4.3 °API)和CR-2(15.6 °API)两种重质原油，在pH 7.0-2.0范围内系统考察破乳性能。

材料与方法
研究选用CR-1(含63 vol%乳化水)和CR-2两种典型重质原油，通过半连续乳液聚合合成KH系列，以Hostapal BVQ9?为乳化剂，过硫酸铵/过氧化苯甲酰为引发剂。采用¹³C NMR和凝胶渗透色谱(GPC)表征分子结构，通过动态光散射(DLS)分析粒径，运用剪切流变仪量化界面膜机械强度变化。

NMR表征与分子设计
¹³C NMR谱图显示KH-821双聚体中K单体特征峰位于64.43 ppm(C3)、30.64 ppm(C4)，H单体特征峰在60.71 ppm(-CH₂OH)，证实成功构建随机共聚结构。分子设计关键在于控制疏水单体(K)占比(70-82 wt%)，确保其在油相中的扩散能力，同时保留H单体的界面活性。

破乳性能突破
在CR-1原油中，KH-822在1500 ppm剂量下90分钟内实现完全脱水，显著优于FD-1商业剂。更令人瞩目的是，其对6个月陈化原油仍保持100%脱水效率。在pH=2的极端条件下，KH-822维持90% WRE，而FD-1效率暴跌至27%。流变数据显示KH-822使G’值降低35%，表明其能有效软化沥青质交联网络。

盐去除协同效应
KH-822展现出独特的"破乳-脱盐"双功能：在非最佳剂量下，对CR-1和CR-2的盐去除效率(SRE)分别达82%和79%。机理研究表明，其适度的亲水-疏水平衡(Log P=3.2)既能穿透油相，又可破坏盐晶体的界面稳定层。

结论与展望
该研究通过精准分子设计，创制出兼具酸性耐受和盐分抵抗能力的KH-822丙烯酸双聚体。其核心优势在于：①通过降低界面膜G’值破坏沥青质网络；②质子化条件下仍保持分子稳定性；③实现脱水脱盐协同处理。这项技术为高酸值油田开发提供新思路，其工业化生产成本仅为PILs(聚离子液体)的1/5，具有显著经济效益。未来研究可拓展至含蜡原油和纳米乳液领域，进一步推动石油开采技术的绿色革新。