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超稠原油热敏性降粘剂的研制

来源：六九路网

第30卷第4期2003年7月

浙　江　大　学　学　报(理学版)

JournalofZhejiangUniversity(ScienceEdition)

Vol.30No.4Jul.2003

超稠原油热敏性降粘剂的研制

谭　非1,尉小明2,李文静1,梅江华1,俞庆森1

(1.浙江大学化学系,浙江杭州310027;2.辽河油田博士后工作站,辽宁盘锦124010)

摘　要:非离子表面活性剂与阴离子及两性表面活性剂复配后,不但可以改变乳状液的稳定性,而且可以改变非离子表面活性剂对原油的相转变温度,测定了原油的HLB及PIT等参数,确定了适宜的非离子表面活性剂,并研制出易乳化、脱水的新型乳化降粘剂,很大程度上解决了目前稠油降粘中普遍存在的脱水难题.关　键　词:稠油;乳化降粘;相转变温度;破乳脱水;热敏性表面活性剂

中图分类号:O624.8　　　　文献标识码:A　　　文章编号:1008-9497(2003)04-426-04

TANFei1,WEIXiao2ming2,LIWen2jing1,MEIJiang2hua1,YUQing2sen1(1.DepartmentofChemistry,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China;2.ResearchCenterforPost2DoctorofLiaoheOilfield,Panjin124010,China)

.JournalofZhejiangUniversity(ScienceEdition),2003,30(4):Developmentofheat-sensitiveviscosityreducers426-429

Abstract:Whennonionicsurfactantmixeswithanionsurfactantoramphotericsurfactant,itisdiscovedthatnotonlythestabilityoffuelemulsionchangebutalsothePIT(phaseinversiontemperature)offuelemulsionaltertoo.Especially,theheat2sensitiveitofemulsionimproveswiththeaddingofamphotericsurfactant.Accordingtothecharacterofsurfactant,TheHLBandthePIToffuelemulsionweremeasuredandappropriatenonionicsurfactantwasselectedastheviscosityreducer.Toagreatdegree,thenewtypeviscosityreducerovercomesthedifficultyofdehydrateproblemthatexistsinheavyoilviscosityreducer.

Keywords:heavyoil;emulsificationandviscosityreduction;phaseinversiontemperature;deemulsificationanddewatering;heat2sensitivesurfactant

　　稠油资源在世界油气资源中占有相当大的比重。据统计,稠油、超稠油占世界已探明原油储量的20%以上,随着轻质易采原油的不断减少,稠油开采日益引起各国的重视.这方面,国内外已经研究出很多方法,通常稠油开采有3种方法:蒸汽驱、稀释法和化学降粘法.其中,蒸汽驱开采,设备昂贵,同时需要耗费大量的热能,因此成本较高;稀释法,由于我国是陆相生油,轻质组成很少,不适宜大面积推广.为此,采用化学降粘剂是一种设备投资少、工艺简单、见效快的稠油开采技术,因而日益受到人们的重视.虽然当前稠油乳化降粘剂往往可取得良好的管输降粘效果[1～7],但如何脱去乳化稠油中的水,却一直是稠油降粘后处理的难题,尽管有各种破乳脱水的方法,但依然存在一定的问题.如电脱水的脱水

成本较高,而现在普遍使用的加破乳剂的方法,也有脱水时间较长、难于脱净、脱水工序复杂等问题,而且脱水工作量很大.现有文献大多集中在对降粘剂降粘效果的评估和产品的报道上,对乳化降粘的脱水问题较少讨论.本文论述了一种对温度敏感的降粘剂,其特点是改变温度,会使原油乳状液中的水自动脱出,从而极大地减少了乳化原油后处理的脱水工作量.该降粘剂已通过实验室的模拟实验,取得了良好的实验效果,将投入辽河油田的现场实验,预计会带来巨大的经济效益.

1　实验仪器及药品

主要仪器:NXS211型旋转粘度计(成都仪器

收稿日期:2002210209.

作者简介:谭非(1971—),男,博士研究生,主要从事物理化学方面的研究.

　第4期谭非,等:超稠原油热敏性降粘剂的研制427

厂),电子天平,玻璃缸恒温水浴,具塞量筒(50ml),电动搅拌机,电导率仪(上海雷磁).

主要药品:非离子表面活性剂(自制),醇胺类化合物,两性类表面活性剂,渗透剂等.

3.2　原油相转变温度的确定

用3%～5%的乳化剂(非离子型)乳化等体积

的油相和水相,梯度升温,每升温一次,搅拌,使传热均匀,并立即用电导仪测量电导,判断是否转相,如未转相,应继续升温,直至转相时,达到转相点.3.3　原油乳状液稳定性及破乳脱水的评价

用5‰的活性水(以下活性水浓度均同)在60℃下乳化原油(油󰃗水=7󰃗3,体积比),搅拌10min,将制好的乳状液倒入两只50mL具塞量筒,分别放入60℃、80℃的恒温水浴,10min后,同时对量筒中的乳状液振荡200次,放入各自的恒温水浴并开始计时,观察乳状液破乳脱水情况.根据现场要求,管输温度(60℃)需要有较好的稳定性,破乳温度(80℃),要有较好的脱水能力.

2　降粘破乳脱水的原理

非离子表面活性剂在水中不会电离成离子,而

以分子或胶束状存在于溶液中,其憎水基是链烃,亲水基大都是乙氧基(CH2CH2-O-)、羟基或酯基等.非离子表面活性剂的溶解度随温度升高而降低,当温度升高到某一定值时,溶液突然变混,此时的温度称为浊点.这是由于非离子表面活性剂在水中的溶解是靠亲水基中的乙氧基、羟基或酯基中的氧原子与水中氢原子产生氢键起作用.当温度升高,氢键逐渐被破坏,从而也逐步降低其亲水性,在相变温度区间氢键发生突变,即HLB值发生改变.可看到随温度升高,透明的非离子表面活性剂溶液变得浑浊[8].对于非离子表面活性剂形成的油包水(W󰃗O),或水包油(O󰃗W)乳状液,则表现为相转变温度(PIT).基于上述原理,原油乳状液在PIT附近O󰃗W乳液被破坏,而W󰃗O乳液还未能形成,因此,乳

4　结果与讨论

(1)用荧光法测得原油的HLB值为10左

右[9].

(2)单组分表面活性剂的筛选及评价见表1,可

液出现破乳现象,从而使油水分离.以往人们往往应用的是用PIT法从高温到低温来制备稳定的乳状液,而对这种从低温到高温的破乳过程,很少论述及应用.加入其他类型的表面活性剂,可以改变非离子表面活性剂的相转变温度及乳化性能,通过原油的物性分析及现场的工艺条件,确定出适宜的乳化及破乳温度,达到现场工艺的要求.

见,非离子表面活性剂虽具有较好的乳化稳定性,但对温度不敏感,不易破乳,这是因为该表面活性剂有较高的相转变温度(>90℃).而表面活性剂的复配,不仅可以改变表面活性剂的乳化性能,而且可以对非离子表面活性剂的相转变温度产生影响.为此,选用此种非离子表面活性剂为主体,分别与阴离子表面活性剂、两性表面活性剂复配,试图选择具有稳定性良好,同时又对温度敏感的表面活性剂复配配方成为可能.根据现场要求,选择目标活性剂的

.以达到油田工艺的要求.PIT温度为70℃左右

(3)非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂及两性表面活性剂的复配,见表2.根据表2的结果,可以分别绘制不同比例、不同温度的脱水图及不同种类的脱水图,以清楚地表示实验结果.

3　实验方法

3.1　原油HLB值的测定

采用荧光法测原油HLB值[9],从而确定适宜可选的表面活性剂范围.

表1　单组分乳化稳定性实验

Table1　Thestabilityofonepartsurfactantemulsion

代号

G-27G-27

沉降温度

60℃80℃

不同时间下乳化液的脱水量󰃗mL

5min10min15min20min25min30min35min40min00

00.3

0.23

0.35

实验现象

1min开始乳化,有

泡沫,脱水黄混

　　　　注　G27为非离子表面活性剂

428

浙江大学学报(理学版)第30卷　

表2　非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂及两性表面活性剂的复配时乳状液的稳定Table2　Thestabilityofemulsionwhennonionicsurfactantmixwithanionsurfactant

andamphotericsurfactant

序号

表面活性剂复配种类

表面活性剂复配比例(体积比)

1󰃗11.5󰃗12󰃗1

G27󰃗G4

1󰃗11.5󰃗12󰃗1

沉

降温度℃

608060806080608060806080

不同时间下乳化液的脱水量󰃗mL

5min10min30min60min90min2h00.30.10.300.900.20.14.501

0.51.70.620.21.90.17.80.317.305.4

1.94.31.941.33.70.113.3217.70.110.8

3.48.63.48.62.97.70.214.4417.71.215.9

4.810..811.13.810.41.614.76.517.7216.7

5.811.35.812..311.82.2157.517.72.516.7

3h7.712.57.713.66.713.22.215.61118.63.717.6

4h8.2138.514.38.313.83.615.611.518.6517.6

5h8.713.49.114.79.114.34.616.112.219.5617.8

19h11.115.911.51612179.419.41619.51118.6

脱

水情况乳化情况

1G27󰃗G5

较混

乳化好

混浊较混

乳化不好较混较混

乳化很好较混

乳化好,清

2min

微混乳化较混

乳化好

较混

混浊乳化好,

3min

混浊乳化　注　G27为非离子表面活性剂,G5为阴离子表面活性剂,G4为两性表面活性剂

从图1、2可以看出,非离子与阴离子和两性离子表面活性剂的不同比例复配,对温度的敏感度均得到提高.对于阴离子表面活性剂,不同表面活性剂的比例对温度的敏感程度相差不大.而两性类表面活性剂随比例的变化,对温度的敏感程度也明显变化,这就可以通过改变其比例,来调节原油的相转变温度.两种表面活性剂都在高温时,有利于原油乳状液的破乳脱水,低温时,有利于乳状液的稳定.

图2　不同比例G27󰃗G4在不同温度的脱水Fig.2　dehydrationofemulsionatdifferentrate

ofG27󰃗G4anddifferenttemperature

对温度的敏感程度极大地提高.而阴离子表面活性

剂的加入,使得乳状液的稳定性变得较差,同时,对温度的敏感性并没有很大提高.非离子表面活性剂的浊点研究表明[10],阴离子表面活性剂的加入能够极大地增加非离子表面活性剂的浊点,因此,可据此推测,阴离子表面活性剂对非离子表面活性剂PIT无明显的影响,与阴离子表面活性剂能够较大程度的与水形成氢键有关.而两性表面活性剂不但可以较好的保持原有非离子表面活性剂的乳化效果,而且使得乳液对温度的敏感程度极大提高,一方面使得后段需要脱出水的工作量极大减少,另一方面,脱出的水较为清澈,符合当前环境保护的要求.

图1　不同比例的G27󰃗G5在不同温度下的脱水

Fig.1　Dehydrationofemulsionatdifferentrate

ofG27󰃗G5anddifferenttemperature

图中G27󰃗G5601∶1表示温度为60℃,G27󰃗G5的体积比为1∶1.浓度均为5‰,其他类同

由图3、图4可知,两性表面活性剂与非离子表面活性剂的复配,不仅较阴离子的复配稳定,而且,

　第4期谭非,等:超稠原油热敏性降粘剂的研制429

图3　60℃时G27与不同种类表面

活性剂复配的脱水图

Fig.3　Dehydrationofemulsionat60℃when

G27mixwithdifferentkindsofsurfactants

图5　热敏降粘剂(G27󰃗G4=1∶1)

与市售剂HP22降粘剂脱水情况

Fig.5　Comparingheat2sensitiveviscosityreducers

toHP22forthedehydrationofemulsion

选择非离子表面活性剂与两性表面活性剂复配,不但能取得良好的乳化效果,达到现场管输要求,更重要的是可以大大增加乳状液对温度的敏感程度,从而达到通过改变原油乳状液温度,自动破乳脱水的目的,是较为有前途的发展方向.参考文献:

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图4　80℃时G27与不同种类表面活性剂

复配的脱水图

Fig.4　dehydrationofemulsionat80℃whenG27mix

withdifferentkindsofsurfactants

andconvertingaheavycrudeoilintoadistillateprod2uctstream[P].US:59323,1999-08-10.

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可见,通过复配,虽然乳状液的稳定性没有很多

改观,但使降粘剂的热敏性大大增加,使后期脱水变得容易.

通过以非离子表面活性剂为主剂,两性类表面活性剂为辅剂,加入其他有效成分,最终确定了热敏性及乳化性良好的降粘剂产品[11].

(4)降粘剂稳定和脱水实验及与某厂产品的对比

以同样的油样,对市售的降粘效果较好的降粘剂产品与热敏性降粘剂对比,结果见图5.由图5可知虽然上述市售降粘剂容易取得良好的乳化效果,但存在对温度不敏感的问题.从而使得乳化原油到达集输站后,破乳脱水的工作量很大,而且容易出现脱水不净.

州:华南理工大学出版社,1995.23.

ZHENGZhong,HUJi2hua.ThePrincipleofPhysicalChemicalforSurfactants[M].Guangzhou:SouthChinaUniversityofTechnologyPress,1995.23.(下转第433页)

　第4期魏少勇,等:无介质微波作用下酮与稳定叶立德的反应433

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(责任编辑　涂　红)

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(责任编辑　涂　红)

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