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        一種乳液型清蠟劑的研制及性能評(píng)價(jià)

        2021-03-15 03:10:12陳明燕王梓穎劉宇程
        應(yīng)用化工 2021年2期

        陳明燕,王梓穎,劉宇程

        (西南石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院,四川 成都 610500)

        青海油田原油含蠟量較高(>10%),結(jié)蠟現(xiàn)象較為嚴(yán)重,采出時(shí)原油中蠟隨溫度和壓力的降低會(huì)凝結(jié)并沉積于油管表面,導(dǎo)致管道輸送能力降低,給開采過程帶來了諸多問題[1-2]。化學(xué)清蠟技術(shù)因其操作簡(jiǎn)單、應(yīng)用范圍較廣、費(fèi)用較低等優(yōu)勢(shì)成為目前常用的清蠟技術(shù)之一,而乳液型清蠟劑既克服了油基型毒性大、易燃易揮發(fā)的缺點(diǎn)也避免了水基型流動(dòng)性差、清蠟速率低的劣勢(shì),成為油田清蠟劑的研究熱點(diǎn)[3-4]。本文針對(duì)青海油田原油高含蠟現(xiàn)狀,對(duì)有機(jī)溶劑、表面活性劑、助劑等組分進(jìn)行性能研究,研制出一種清蠟效果良好的乳液型清蠟劑,并對(duì)其各項(xiàng)性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 材料與儀器

        油蠟,取自青海油田;甲苯、二甲苯、石油醚、正庚烷、正辛烷、環(huán)己烷、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10(OP-10)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)、吐溫-20、吐溫-80、十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、平平加O-20、甲醇、乙醇、乙二醇丁醚(BCS)、異丙醇、乙二醇、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、硅酸鈉等均為分析純。

        GKC型恒溫水浴鍋;FL-1型電加熱套;84-1型磁力攪拌器;FA200-電子天平。

        1.2 實(shí)驗(yàn)方法

        1.2.1 乳液型清蠟劑的制備 分別制備有機(jī)溶劑組成的油相和表面活性劑、助劑、水組成的水相,常溫?cái)嚢钘l件下將油相加至水相中,兩相混合后持續(xù)攪拌可得乳液型清蠟劑[5]。

        1.2.2 溶蠟速率的測(cè)定 根據(jù)SY/T 6300—2009《采油用清、防蠟劑技術(shù)條件》方法,取15 mL待測(cè)液體于溶蠟測(cè)試裝置中,水浴溫度20 ℃,待溶劑恒溫后,將帶有蠟球的支撐桿浸入待測(cè)試劑中,觀察并記錄蠟球溶完所用時(shí)間t。

        式中v——溶蠟速率,g/min;

        m——蠟球質(zhì)量,g;

        t——蠟球溶完所用時(shí)間,min。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 有機(jī)溶劑的篩選

        有機(jī)溶劑作為乳狀液的油相組成部分,也是清蠟劑的主要作用成分;目前常用的有機(jī)溶劑包括甲苯、二甲苯、石油醚、溶劑油等,雖然四氯化碳和二硫化碳等溶劑對(duì)蠟也有很好的溶解效果,但因硫化物和氯化物對(duì)人體傷害較大且在原油加工時(shí)會(huì)對(duì)設(shè)備設(shè)施造成危害,現(xiàn)已被禁止使用[6]。本文采用毒性較低的石油醚、二甲苯、正庚烷、環(huán)己烷等6種溶劑進(jìn)行清蠟效果對(duì)比研究,結(jié)果見表1。

        表1 有機(jī)溶劑對(duì)溶蠟速率的影響Table 1 Influence of organic solvent on paraffin dissolution rate

        由表1可知,石油醚、正庚烷、正辛烷對(duì)油蠟有更好的溶解效果。根據(jù)“相似相溶”原理,3種溶劑與青海油田油蠟結(jié)構(gòu)更為相似,這類烷烴環(huán)烷烴溶劑,可將沉積于管壁的蠟溶解分散,變成小顆粒懸浮狀態(tài)隨油流流出。而考慮到各類溶劑間的配伍和協(xié)同作用,將3種有機(jī)溶劑進(jìn)行復(fù)配,改變配比,考察復(fù)配混合后有機(jī)溶劑的溶蠟效果,結(jié)果見表2。

        表2 有機(jī)溶劑復(fù)配對(duì)溶蠟速率的影響Table 2 Influence of organic solvent compounding on paraffin dissolution rate

        由表2可知,復(fù)配比例為2∶3∶1時(shí)平均速率達(dá)0.032 5 g/min,大于各單劑溶解速率,此時(shí)復(fù)配有機(jī)溶劑間配伍協(xié)同作用最佳。因此,確定油相復(fù)配比例為m(石油醚)∶m(正庚烷)∶m(正辛烷)=2∶3∶1。

        2.2 表面活性劑的篩選

        表面活性劑是清蠟劑水相的重要組成部分,油田上常用的表面活性劑包括OP、吐溫、平平加系列、季銨鹽型和聚醚型等。在以上確定比例的油相中分別加入各類表面活性劑,對(duì)其進(jìn)行溶蠟速率測(cè)定,結(jié)果見表3。

        表3 表面活性劑對(duì)溶蠟速率的影響Table 3 Influence of surfactant on paraffin dissolution rate

        由表3可知,AEO-9、SDBS和吐溫-80的效果較好。因3種表面活性劑的滲透、分散作用較強(qiáng),降低了蠟晶間及其與管壁間的界面張力,加快有機(jī)溶劑進(jìn)入蠟晶內(nèi)部,使得蠟結(jié)構(gòu)破壞,從而提高溶蠟速率[7]。將3種表面活性劑進(jìn)行復(fù)配,改變配比,結(jié)果見表4。

        表4 表面活性劑復(fù)配對(duì)溶蠟速率的影響Table 4 Influence of organic solvent compounding on paraffin dissolution rate

        由表4可知,將AEO-9、SDBS和吐溫-80三者復(fù)配后平均溶蠟速率最高為0.016 8 g/min,相比于單劑溶蠟速率有所降低。這是因?yàn)?種溶劑復(fù)配使得體系粘度變大,溶劑與油蠟間作用力降低[8],但乳狀液體系更為穩(wěn)定。取復(fù)配最優(yōu)比例m(AEO-9)∶m(SDBS)∶m(吐溫-80)=3∶3∶2。

        2.3 助劑的篩選

        2.3.1 助溶劑的選擇 助溶劑可解決油水互溶問題,能使體系變得均一化,提高穩(wěn)定性;還能增大蠟在清蠟劑中的溶解性,使得溶劑更好地與蠟樣接觸,增大溶解速率[9]。常用的助溶劑一般為醇或醇醚類,如甲醇、乙醇、異丙醇等,實(shí)驗(yàn)選擇不同助溶劑研究對(duì)清蠟性能的影響,結(jié)果見表5。

        表5 助溶劑對(duì)溶蠟速率的影響Table 5 Influence of cosolvent on paraffin dissolution rate

        由表5可知,各類助溶劑中BCS具有最好的溶蠟性能,可以適當(dāng)加大乳狀液的溶蠟速率,所以選擇BCS為乳狀液體系的助溶劑。

        2.3.2 堿性物質(zhì)的選擇 少量堿的加入可降低體系粘度,堿性物質(zhì)與蠟中的膠質(zhì)瀝青質(zhì)酸性基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)生成鹽類等水溶性物質(zhì)[10],使蠟層松散,產(chǎn)物進(jìn)一步分散于油流中被帶走,可輔助增強(qiáng)清蠟?zāi)芰?;常用的堿性物質(zhì)包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、堿性鹽等,實(shí)驗(yàn)考察不同堿性物質(zhì)對(duì)溶蠟速率的影響,結(jié)果見表6。

        表6 堿性物質(zhì)對(duì)溶蠟速率的影響Table 6 Influence of alkaline substances on paraffin dissolution rate

        由表6可知,氫氧化鈉具有最好的溶蠟效果,因此,選擇氫氧化鈉作為體系的堿性調(diào)節(jié)劑。

        2.4 有機(jī)溶劑比例確定

        體系總質(zhì)量不變,w(油相)=45%~60%,w(復(fù)配表面活性劑)=5%,w(BCS)=3%,w(氫氧化鈉)=1%,其余為水,考察油相占比對(duì)乳狀液體系穩(wěn)定性和溶蠟速率的影響,結(jié)果見表7。

        表7 有機(jī)溶劑占比對(duì)乳狀液體系的影響Table 7 Influence of organic solvent ratio on emulsion system

        由表7可知,油相占比增大,溶蠟速率呈增大趨勢(shì),這是因?yàn)橛拖嗪吭龃?,?huì)加速蠟溶解,速率進(jìn)而增大,但同時(shí)油水體系更易失衡。在占比50%時(shí)有較好的溶蠟速率及穩(wěn)定性,因此確定體系最佳油相占比為50%。

        2.5 表面活性劑比例確定

        體系總質(zhì)量不變,w(油相)=50%,w(復(fù)配表面活性劑)=1%~5%,w(BCS)=3%,w(氫氧化鈉)=1%,其余為水,考察表面活性劑占比對(duì)乳狀液穩(wěn)定性和溶蠟速率的影響,結(jié)果見表8。

        表8 表面活性劑占比對(duì)乳狀液體系的影響Table 8 Influence of surfactant ratio on emulsion system

        由表8可知,表面活性劑加量越大,乳狀液體系穩(wěn)定性越好,但溶蠟速率同時(shí)會(huì)有所降低。這是因?yàn)楸砻婊钚詣┱急仍龃螅w系滲透分散作用越強(qiáng),使得溶蠟速率變大,但增加到一定程度時(shí),體系粘度過大,導(dǎo)致表面活性劑分子與蠟樣間的范德華力降低,從而使溶蠟速率也會(huì)減小。當(dāng)加量為2%時(shí)有較好的指標(biāo)性能,所以在體系中復(fù)配表面活性劑加量為2%。

        2.6 助劑比例確定

        2.6.1 堿加量確定w(油相)=50%,w(復(fù)配表面活性劑)=2%,w(BCS)=3%,w(氫氧化鈉)=0.8%~1.8%,考察氫氧化鈉占比對(duì)清蠟劑性能的影響,結(jié)果見表9。

        表9 氫氧化鈉加量對(duì)溶蠟速率的影響Table 9 Influence of sodium hydroxide addition on paraffin dissolution rate

        由表9可知,溶蠟速率隨氫氧化鈉加量的增加先增大后減小,在1%時(shí)有最大溶蠟速率,所以在體系中氫氧化鈉加量為1%。

        2.6.2 助溶劑加量確定w(油相)=50%,w(復(fù)配表面活性劑)=2%,w(氫氧化鈉)=1%,w(BCS)=3%~4%,考察BCS占比對(duì)清蠟劑性能的影響,結(jié)果見表10。

        表10 BCS加量對(duì)溶蠟速率的影響Table 10 Influence of BCS addition on paraffin dissolution rate

        由表10可知,隨著BCS加量的增大,溶蠟速率先增大后減小,在加量為3.8%時(shí)溶蠟速率最大,因此在乳狀液體系中BCS加量為3.8%。

        通過上述實(shí)驗(yàn)最終確定的乳液型清蠟劑的最佳配方為:w(復(fù)配有機(jī)溶劑)=50%,w(復(fù)配表面活性劑)=2%,w(BCS)=3.8%,w(氫氧化鈉)=1%,其余為水。其中,有機(jī)溶劑復(fù)配比例為m(石油醚)∶m(正庚烷)∶m(正辛烷)=2∶3∶1,表面活性劑復(fù)配比例為m(AEO-9)∶m(SDBS)∶m(吐溫-80)=3∶3∶2。

        2.7 清蠟劑技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)

        乳狀液體系按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY/T 6300—2009《采油用清、防蠟劑技術(shù)條件》進(jìn)行性能評(píng)價(jià),結(jié)果見表11。

        表11 清蠟劑性能評(píng)價(jià)表Table 11 The performance evaluation form of emulsion paraffin removal agent

        3 結(jié)論

        (1)本文通過對(duì)有機(jī)溶劑、表面活性劑和各類助劑的清蠟效果進(jìn)行對(duì)比分析,研制出一種新型乳液型清蠟劑,其最佳配方為:w(復(fù)配有機(jī)溶劑)=50%,w(復(fù)配表面活性劑)=2%,w(BCS)=3.8%,w(氫氧化鈉)=1%,其余為水;其中有機(jī)溶劑復(fù)配比例為m(石油醚)∶m(正庚烷)∶m(正辛烷)=2∶3∶1,表面活性劑復(fù)配比例為m(AEO-9)∶m(SDBS)∶m(吐溫-80)=3∶3∶2。

        (2)按照SY/T 6300—2009《采油用清、防蠟劑技術(shù)條件》對(duì)此清蠟劑進(jìn)行性能評(píng)價(jià),該乳液型清蠟劑溶蠟速率為0.028 3 g/min,大于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求;閃點(diǎn)>45 ℃,符合閃點(diǎn)Ⅰ類指標(biāo),凝點(diǎn)<-35 ℃,符合凝點(diǎn)A類指標(biāo)。

        (3)該乳液型清蠟劑取用青海油田油蠟研制,對(duì)于青海油田乳液型清蠟劑的使用研究有一定現(xiàn)實(shí)意義。

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