中國(guó)石油大學(xué)（華東）儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院

陳莊稠油乳化降黏試驗(yàn)

梅洛洛 張子凡 洪祥議中國(guó)石油大學(xué)（華東）儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院

稠油乳化降黏技術(shù)是采用加劑的方法，將表面活性劑（乳化劑）加入稠油中形成乳狀液，添加乳化劑后形成的乳狀液的黏度可比稠油黏度降低2～4個(gè)數(shù)量級(jí)甚至更多。針對(duì)陳莊稠油，進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，配置了一系列O/W型乳化劑，通過(guò)HLB法與靜態(tài)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)對(duì)近20種乳化劑及其復(fù)配方案進(jìn)行了初選。從降黏率的角度出發(fā)，對(duì)初選出來(lái)的9種乳化劑進(jìn)行優(yōu)選，最終篩選出了降黏效果好、靜態(tài)穩(wěn)定性優(yōu)的兩種復(fù)配型乳化劑，即司班80（25.8%）與十二烷基苯磺酸鈉（74.2%）復(fù)配型乳化劑、司班80（10.1%）與十二烷基苯磺酸鈉（89.9%）復(fù)配型乳化劑，兩種乳化劑的降黏率均在99%以上。

稠油；O/W乳狀液；復(fù)配；乳化；降黏；實(shí)驗(yàn)

目前，國(guó)內(nèi)外常用的稠油集輸降黏方法有乳化降黏法、加熱降黏法、摻熱水或活性水法、摻稀油法以及稠油改質(zhì)降黏法等。稠油乳化降黏技術(shù)是采用加劑的方法，將表面活性劑（乳化劑）加入稠油中形成乳狀液，由于乳化劑的作用，稠油就會(huì)以小液滴的形式分散在水中，水為外相，油為內(nèi)相，使稠油與管壁的摩擦和稠油與稠油之間的內(nèi)摩擦變?yōu)樗c管壁的摩擦、水與稠油液滴的摩擦，從而大大降低管輸摩阻。添加乳化劑后形成的乳狀液的黏度可比稠油黏度降低2～4個(gè)數(shù)量級(jí)甚至更多。

1 陳莊稠油乳化降黏劑的篩選

1.1實(shí)驗(yàn)稠油的基本物性測(cè)量

本實(shí)驗(yàn)采用的油樣是勝利油田陳莊聯(lián)合站的油樣，為未脫水的稠油，實(shí)驗(yàn)前要用脫水儀進(jìn)行脫水，然后再測(cè)量其基本物性，配制乳狀液所用的水均為自來(lái)水。依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，可以測(cè)得稠油凝點(diǎn)為20℃；密度（20℃）為1.012 7 g/cm3；黏溫關(guān)系式為μ0=49780e-0.0659T。根據(jù)我國(guó)原油的分類標(biāo)準(zhǔn)，陳莊稠油應(yīng)屬于普通稠油的范疇。

1.2稠油油樣乳狀液制備

乳化劑篩選的實(shí)驗(yàn)條件：制備溫度50℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%；體積含油率50%；攪拌強(qiáng)度2000 r/min；攪拌時(shí)間10min。

用電子天平稱取所需的乳化劑用量，將藥劑溶解于自來(lái)水中，形成乳化劑溶液。配置完成后，同樣將其放入50℃恒溫水浴中靜置1 h，同時(shí)用玻璃棒攪拌使得表面活性劑均勻溶解在水中。當(dāng)稠油油樣和藥劑溶液都達(dá)到乳化溫度后，調(diào)整乳化機(jī)的轉(zhuǎn)速，將乳化機(jī)的攪拌頭至于燒杯的中央，深度為油樣剛沒(méi)過(guò)攪拌頭，設(shè)定攪拌器的轉(zhuǎn)速，打開(kāi)電源，并開(kāi)始計(jì)時(shí)。

1.3乳化劑初選

在乳化劑初選實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)HLB值與靜態(tài)穩(wěn)定性初選乳化劑。初選實(shí)驗(yàn)分為單一乳化劑和復(fù)配型乳化劑初選兩種。

1.3.1 單一乳化劑乳化效果實(shí)驗(yàn)

對(duì)于形成O/W型乳狀液的表面活性劑，其HLB值在8～18之間，所以在選擇單一乳化劑時(shí)，應(yīng)首先查知其HLB值，然后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)此原則，對(duì)以下表面活性劑進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

按照乳化實(shí)驗(yàn)方案，制備成含水50%的O/W乳狀液，迅速倒入A、B兩個(gè)比色管中，按A（50mL）→B（100mL）→A（50mL）的順序倒入。將比色管放入40℃水浴中靜置，記錄A、B管中析水量隨時(shí)間的變化，取平均值。

從油酸鈉乳狀液和十二烷基硫酸鈉乳狀液靜置脫水對(duì)比結(jié)果可以看出：油酸鈉與油樣形成的乳狀液其靜態(tài)穩(wěn)定性很好，肉眼基本觀察不出有水析出；而十二烷基硫酸鈉與油樣形成的乳狀液靜態(tài)穩(wěn)定性不好，靜置1 h后就有大量水析出。

通過(guò)單一表面活性劑的初選實(shí)驗(yàn)，從靜態(tài)穩(wěn)定性的角度出發(fā)，分別從陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑中選出5種乳化劑與甜菜堿來(lái)進(jìn)行復(fù)配實(shí)驗(yàn)。其中，選中的陰離子表面活性劑有油酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉；非離子表面活性劑有OP—10、吐溫80；兩性表面活性劑有甜菜堿。

1.3.2 復(fù)配型乳化劑乳化效果實(shí)驗(yàn)

復(fù)配型乳化劑的乳化效果之所以存在優(yōu)于單一乳化劑的可能性，是因?yàn)楫?dāng)HLB值相差較大的兩種或兩種以上乳化劑混合時(shí)，它們會(huì)在界面膜上吸附形成一種“新的復(fù)合物”，定向排列比單獨(dú)使用一種乳化劑更加緊密，因此界面膜具有更高的強(qiáng)度。阻止分散相液滴聚并的能力越強(qiáng)，乳狀液則更加穩(wěn)定。復(fù)配乳化劑的HLB值可以使用加權(quán)平均法計(jì)算，如式（1）所示。

式中WA、WB、WC分別為乳化劑A、B、C的質(zhì)量。

由于HLB值相差大的復(fù)配后的乳化劑的乳化效果好，所以實(shí)驗(yàn)選擇油包水型乳化劑司班80，分別與單一實(shí)驗(yàn)中初選出的陰離子表面活性劑及非離子表面活性劑復(fù)配。從而初選出相對(duì)于油樣合適的乳化劑復(fù)配方式。

1.4乳化劑優(yōu)選

從降黏率的角度出發(fā)，對(duì)乳化劑初選實(shí)驗(yàn)中選出的表面活性劑進(jìn)行優(yōu)選。采用相同方法配制乳狀液，使用德國(guó)Anton Paar流變儀測(cè)得各乳狀液黏度；同樣測(cè)定了各種不同乳狀液黏度隨剪切速率變化的情況。

分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：乳化降黏后，50℃下吐溫80與油樣形成的乳狀液的黏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他8種乳化液的黏度。吐溫80的降黏率偏低。司班80（25.8%）與十二烷基苯磺酸鈉（74.2%）復(fù)配、司班80（10.1%）與十二烷基苯磺酸鈉（89.9%）復(fù)配所得乳化劑具有較好的性能，乳化效果較為穩(wěn)定，降黏率也較高，分別為99.92%、99.89%。

2 乳化降黏效果的影響因素

2.1含水率（相體積分?jǐn)?shù)）對(duì)乳化降黏效果的影響

當(dāng)原油中的含水率小于某一值時(shí)，所形成的乳狀液的類型只能為油包水型；若原油中的含水率大于某一值時(shí)，所形成的乳狀液的類型就只能是水包油型。當(dāng)乳化效果最優(yōu)時(shí)，含水率一般集中在20%～50%。

由圖1分析可以發(fā)現(xiàn)，隨著含水率的提高（即隨著水相體積分?jǐn)?shù)的提高），由兩種復(fù)配型乳化劑所得到的乳狀液的黏度減??；本實(shí)驗(yàn)中，建議使用降黏幅度隨含水量變化不大的司班80（25.8%）—十二烷基苯磺酸鈉（74.2%）復(fù)配型乳化劑，這樣可以有效避免由于輸送過(guò)程中含水量的變化帶來(lái)的影響；同時(shí)，當(dāng)含水量較低時(shí)，乳狀液黏度大，但是注水量小，操作簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)；當(dāng)含水量高時(shí)，乳狀液黏度小，但注水過(guò)多，操作復(fù)雜，也會(huì)增加集輸加熱的能耗，這就需要確定最佳含水量。本實(shí)驗(yàn)中，建議采用含水量為40%。

圖1 兩種乳化劑降黏效果隨含水率變化對(duì)比

2.2加劑量對(duì)乳化降黏效果的影響

加入的乳化劑的量將影響乳化降黏效果。在探究了含水量對(duì)乳化降黏的影響后，研究加劑量對(duì)乳化降黏效果的影響。在本實(shí)驗(yàn)中，控制乳化溫度為50℃，攪拌強(qiáng)度為2 000 r/min、攪拌10min，油水比為6∶4，控制剪切速率為70 s-1。圖2給出了兩種乳化液在加劑量分別為0.5%（質(zhì)量）、1%、1.5%下的黏度隨加劑量變化曲線。

圖2 兩種乳化劑降黏效果隨加劑量變化對(duì)比

由圖2可以看出，即使是相同的藥品，復(fù)配比例不同，加劑量對(duì)乳化降黏效果有很大不同。所以，對(duì)于不同的藥品，或者相同的藥品不同的復(fù)配比例，都要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來(lái)確定最佳加劑量。

3 結(jié)論與建議

（1）針對(duì)陳莊稠油進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，配置了一系列O/W型乳化劑，通過(guò)HLB法與靜態(tài)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)對(duì)近20種乳化劑及其復(fù)配方案進(jìn)行了初選，從降黏率的角度出發(fā)，對(duì)初選出來(lái)的9種乳化劑進(jìn)行優(yōu)選，最終篩選出了降黏效果好、靜態(tài)穩(wěn)定性優(yōu)的兩種復(fù)配型乳化劑，即司班80（25.8%）與十二烷基苯磺酸鈉（74.2%）復(fù)配型乳化劑，司班80（10.1%）與十二烷基苯磺酸鈉（89.9%）復(fù)配型乳化劑，兩種乳化劑的降黏率均在99%以上。

（2）研究了不同含水率及不同加劑量對(duì)乳狀液黏度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：①當(dāng)含水率為30%～ 50%時(shí)，隨含水率的增加，稠油黏度下降。含水率過(guò)低，稠油黏度下降不夠明顯；含水率過(guò)高，稠油黏度大幅下降，但集輸加熱能耗高、不經(jīng)濟(jì)。因此選擇含水率為40%。②加劑濃度的確定要從復(fù)配乳化劑本身出發(fā)，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，確定適合該藥劑的最佳加劑量。

（3）在乳化降黏實(shí)驗(yàn)中，由于時(shí)間與測(cè)量?jī)x器的原因，乳化降黏效果影響因素實(shí)驗(yàn)做的還不夠多，乳化溫度、乳化強(qiáng)度都沒(méi)有考慮。還應(yīng)進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，對(duì)其他影響因素進(jìn)行研究，以期得到更全面的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.005

基金論文：國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題“大規(guī)模燃煤電廠煙氣CO2捕集純化、驅(qū)油與封存工程示范及評(píng)價(jià)”（2012BAC24B05）。