中國石油大學（華東）儲運與建筑工程學院

陳莊稠油乳化降黏試驗

梅洛洛 張子凡 洪祥議中國石油大學（華東）儲運與建筑工程學院

稠油乳化降黏技術是采用加劑的方法，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個數(shù)量級甚至更多。針對陳莊稠油，進行了室內(nèi)實驗，配置了一系列O/W型乳化劑，通過HLB法與靜態(tài)穩(wěn)定性實驗對近20種乳化劑及其復配方案進行了初選。從降黏率的角度出發(fā)，對初選出來的9種乳化劑進行優(yōu)選，最終篩選出了降黏效果好、靜態(tài)穩(wěn)定性優(yōu)的兩種復配型乳化劑，即司班80（25.8%）與十二烷基苯磺酸鈉（74.2%）復配型乳化劑、司班80（10.1%）與十二烷基苯磺酸鈉（89.9%）復配型乳化劑，兩種乳化劑的降黏率均在99%以上。

稠油；O/W乳狀液；復配；乳化；降黏；實驗

目前，國內(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個數(shù)量級甚至更多。

1 陳莊稠油乳化降黏劑的篩選

1.1實驗稠油的基本物性測量

本實驗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，實驗前要用脫水儀進行脫水，然后再測量其基本物性，配制乳狀液所用的水均為自來水。依據(jù)相關標準進行試驗，可以測得稠油凝點為20℃；密度（20℃）為1.012 7 g/cm3；黏溫關系式為μ0=49780e-0.0659T。根據(jù)我國原油的分類標準，陳莊稠油應屬于普通稠油的范疇。

1.2稠油油樣乳狀液制備

乳化劑篩選的實驗條件：制備溫度50℃，質(zhì)量分數(shù)1%；體積含油率50%；攪拌強度2000 r/min；攪拌時間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，同時用玻璃棒攪拌使得表面活性劑均勻溶解在水中。當稠油油樣和藥劑溶液都達到乳化溫度后，調(diào)整乳化機的轉(zhuǎn)速，將乳化機的攪拌頭至于燒杯的中央，深度為油樣剛沒過攪拌頭，設定攪拌器的轉(zhuǎn)速，打開電源，并開始計時。

1.3乳化劑初選

在乳化劑初選實驗中，根據(jù)HLB值與靜態(tài)穩(wěn)定性初選乳化劑。初選實驗分為單一乳化劑和復配型乳化劑初選兩種。

1.3.1 單一乳化劑乳化效果實驗

對于形成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，應首先查知其HLB值，然后再進行實驗。根據(jù)此原則，對以下表面活性劑進行了實驗。

按照乳化實驗方案，制備成含水50%的O/W乳狀液，迅速倒入A、B兩個比色管中，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。

通過單一表面活性劑的初選實驗，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進行復配實驗。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 復配型乳化劑乳化效果實驗

復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，是因為當HLB值相差較大的兩種或兩種以上乳化劑混合時，它們會在界面膜上吸附形成一種“新的復合物”，定向排列比單獨使用一種乳化劑更加緊密，因此界面膜具有更高的強度。阻止分散相液滴聚并的能力越強，乳狀液則更加穩(wěn)定。復配乳化劑的HLB值可以使用加權平均法計算，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值相差大的復配后的乳化劑的乳化效果好，所以實驗選擇油包水型乳化劑司班80，分別與單一實驗中初選出的陰離子表面活性劑及非離子表面活性劑復配。從而初選出相對于油樣合適的乳化劑復配方式。

1.4乳化劑優(yōu)選

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

分析實驗結(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遠大于其他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%）復配、司班80（10.1%）與十二烷基苯磺酸鈉（89.9%）復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（相體積分數(shù)）對乳化降黏效果的影響

當原油中的含水率小于某一值時，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，所形成的乳狀液的類型就只能是水包油型。當乳化效果最優(yōu)時，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（即隨著水相體積分數(shù)的提高），由兩種復配型乳化劑所得到的乳狀液的黏度減小；本實驗中，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%）復配型乳化劑，這樣可以有效避免由于輸送過程中含水量的變化帶來的影響；同時，當含水量較低時，乳狀液黏度大，但是注水量小，操作簡單且經(jīng)濟；當含水量高時，乳狀液黏度小，但注水過多，操作復雜，也會增加集輸加熱的能耗，這就需要確定最佳含水量。本實驗中，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比

2.2加劑量對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。在探究了含水量對乳化降黏的影響后，研究加劑量對乳化降黏效果的影響。在本實驗中，控制乳化溫度為50℃，攪拌強度為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比

由圖2可以看出，即使是相同的藥品，復配比例不同，加劑量對乳化降黏效果有很大不同。所以，對于不同的藥品，或者相同的藥品不同的復配比例，都要進行實驗來確定最佳加劑量。

3 結(jié)論與建議

（1）針對陳莊稠油進行了室內(nèi)實驗，配置了一系列O/W型乳化劑，通過HLB法與靜態(tài)穩(wěn)定性實驗對近20種乳化劑及其復配方案進行了初選，從降黏率的角度出發(fā)，對初選出來的9種乳化劑進行優(yōu)選，最終篩選出了降黏效果好、靜態(tài)穩(wěn)定性優(yōu)的兩種復配型乳化劑，即司班80（25.8%）與十二烷基苯磺酸鈉（74.2%）復配型乳化劑，司班80（10.1%）與十二烷基苯磺酸鈉（89.9%）復配型乳化劑，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乳狀液黏度的影響。實驗結(jié)果表明：①當含水率為30%～ 50%時，隨含水率的增加，稠油黏度下降。含水率過低，稠油黏度下降不夠明顯；含水率過高，稠油黏度大幅下降，但集輸加熱能耗高、不經(jīng)濟。因此選擇含水率為40%。②加劑濃度的確定要從復配乳化劑本身出發(fā)，通過大量實驗，確定適合該藥劑的最佳加劑量。

（3）在乳化降黏實驗中，由于時間與測量儀器的原因，乳化降黏效果影響因素實驗做的還不夠多，乳化溫度、乳化強度都沒有考慮。還應進行大量實驗，對其他影響因素進行研究，以期得到更全面的實驗結(jié)論。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.005

基金論文：國家科技支撐計劃課題“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價”（2012BAC24B05）。