大慶原油的流變性質及乳化降粘研究

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(大慶石油學院化學化工學院，黑龍江 大慶 163318)

在高凝油和高粘油的輸送過程中，為保持其流動性，常常采用逐站加熱、稀釋輸送或乳化降粘的工藝。逐站加熱方法不僅消耗大量的能源，而且設備復雜、投資大；稀釋輸送是向高凝或高粘油中摻入低含蠟輕質油或煉廠餾分油，這一方面受到稀釋油來源的限制，另一方面輸送成本也較高；乳化輸送相對于前兩種，操作簡便，成本較低，是一種較好的原油長輸方法[1]。乳化降粘就是在表面活性劑作用下，使W/O型原油乳狀液轉變成O/W型乳狀液，由于O/W型原油乳狀液的粘度比純油粘度低2～3個數量級，因而可降低原油的表觀粘度[2～7]。原油乳化輸送要求O/W型原油乳狀液具有適度的穩定性，即在管道輸送過程中保持穩定不發生分相或轉型，到集油站或煉廠后又能較容易破乳而實現最終油水分離[8]。在研究大慶原油流變性質的基礎上，筆者進行大慶原油的乳化降粘實驗，制備出了穩定性較好的乳狀液，達到了降粘輸送的要求。

1 實驗

1.1 原料、試劑和儀器

大慶脫水原油，其組成和性質見表1[9]。

表1 大慶原油的組成和性質

苯乙烯、丙烯酰胺衍生物、乙醇、偶氮二異丁腈(AIBN)，均為分析純；降粘劑JN-8，南陽興業化工有限公司；降粘劑AG-13，山東安丘市增塑劑廠；降粘劑HW-9，山東恒臺雙峰助劑廠。

NDJ-99型旋轉粘度計，成都儀器廠；超級恒溫水浴，遼陽市華光儀器儀表廠；74B-4000型電動離心沉淀器，江蘇鹽城龍岡醫療機械廠。

1.2 降粘劑的制備

1.2.1 反應原理

1.2.2 合成步驟

在裝有冷凝器、恒壓漏斗及攪拌器的三口燒瓶中加入一定量的苯乙烯、丙烯酰胺衍生物和乙醇/水溶液，待藥品溶解后，先在常溫下逐滴加入AIBN，滴畢，迅速升溫，反應數小時后，終止聚合反應。干燥數小時，即得淡黃色固體高聚物，命名為ASA-2。

1.3 降粘劑ASA-2的耐鹽性實驗

配制一定質量分數的ASA-2溶液，向其中加入不同含量的鹽，在2000 r·min-1下離心分離10 min，觀察是否有沉淀或飄絮析出。確定使ASA-2溶液生成沉淀(或飄絮)的最低鹽濃度，即為該ASA-2溶液的鹽容忍度。

1.4 乳化及降粘性能實驗

取大慶脫水原油100 mL放入150 mL燒杯中，加熱到50℃。取50 mL燒杯，加入一定量的降粘劑溶于蒸餾水中，放在恒溫水浴中恒溫30 min。取出恒溫的藥液及油，將藥液倒入油樣燒杯中，用玻璃棒勻速攪拌10～15 min，形成乳狀液時，迅速用NDJ-99型旋轉粘度計測定粘度[10]。重復測定3～5次，取算術平均值作為測定結果。降粘率X1按下式計算：

式中：η0為脫水原油粘度；η1為乳液粘度。

2 結果與討論

2.1 大慶原油的流變性曲線(圖1)

圖1 大慶原油的流變性曲線

由圖1可以看出，溫度為30℃時，大慶原油的粘度最高可達14 751 mPa·s；當溫度升高到40℃時，粘度仍有1521 mPa·s。隨著溫度的升高，大慶原油的粘度明顯下降。由于流體的粘度是其分子間各種物理和化學作用力的綜合體現，升溫固然能使其粘度下降，但是需要浪費大量的能量，因此，尋找合適的降粘劑就成為關鍵。

從圖1還可知，在較低溫度(30℃)下，大慶原油的流變性有明顯的剪切變稀的行為，接近于賓漢流體的特征，這是由于隨著剪切作用的增強，原油體系中的三維結構及膠團不斷被破壞，因而粘度不斷下降。當溫度升高到40℃時，原油體系的粘度幾乎不隨剪切速率而變化，即成為牛頓流體，這是由于此時原油體系中的三維結構和膠團大部分已經被破壞，因而原油的粘度隨剪切速率的變化不大[11]。

2.2 ASA-2加量對降粘性能的影響

選定剪切速率為6.0 r·min-1、大慶原油含水量為3%，30℃時考察降粘劑ASA-2加量對降粘效果的影響，結果見圖2。

圖2 ASA-2加量對降粘率的影響

由圖2可以看出，隨著降粘劑ASA-2加量從0.1%增大到0.3%，降粘率從40.6%增大到88.5%；當降粘劑ASA-2加量達到0.3%以后，降粘率增幅緩慢。因此，降粘劑ASA-2的最佳加量選定為0.3%。

2.3 自制降粘劑ASA-2的耐鹽性(表2)

表2 降粘劑ASA-2的耐鹽性

由表2可知，隨著ASA-2質量分數的增加，ASA-2對CaCl2、NaCl、MgCl2的容忍度均逐漸下降，最大值分別達90 mg·L-1、31 000 mg·L-1、40 mg·L-1。

2.4 降粘劑的初步比較

向大慶原油添加降粘劑HW-9、JN-8、AG-13及自制降粘劑ASA-2，在溫度為30℃、原油含水量為3%、降粘劑加量為0.3%的情況下測定降粘效果[12]，見表3。

由表3可知，降粘劑HW-9的降粘率約為81.5%，降粘劑JN-8的降粘率約為72.1%，降粘劑AG-13的降粘率約為92.3%，自制降粘劑ASA-2的降粘率約為88.5%。降粘劑JN-8降粘效果最差，降粘劑AG-13降粘效果最好，與自制降粘劑ASA-2降粘效果大體相當。自制降粘劑與商品降粘劑的降粘率大致相同，基本達到輸送要求。降粘劑HW-9價格最高，自制降粘劑ASA-2價格最低。綜合比較，自制降粘劑ASA-2性價比最高，有工業開發前景。

表3 大慶原油加入降粘劑前后流變性的變化

3 結論

(1)大慶原油在30℃時粘度較高，原油的流變行為接近賓漢流體的特征，當溫度升高到40℃時，大慶原油流變行為接近于牛頓流體。

(2)自制降粘劑ASA-2對CaCl2的容忍度達90 mg·L-1，對MgCl2的容忍度達40 mg·L-1，對NaCl的容忍度達31 000 mg·L-1。

(3)自制乳化降粘劑ASA-2乳化降粘性能較好，在降粘劑加量為0.3%的情況下，最大降粘率達到88.5%。

(4)自制降粘劑ASA-2與商品降粘劑AG-13對大慶原油的乳化降粘效果相近，可使油的粘度從14 751 mPa·s降至1696 mPa·s，降粘效果較好，且降粘成本低，有工業研發價值。

參考文獻：

[1] 于濤，丁偉，羅紅軍.油田化學劑[M].北京：石油工業出版社，2002：107-108.

[2] 馬一玫.大慶原油降凝劑合成及作用機理研究[D].大慶：大慶石油學院,2006.

[3] 黃敏，李芳田，史足華.稠油降粘劑[J].油田化學，2000，17(2)：137-139.

[4] 范曉娟，王霞，陳玉祥.稠油化學降粘方法研究進展[J].化工時刊，2007，21(3)：46-48.

[5] 周風山，吳瑾光.稠油化學降粘技術研究進展[J].油田化學，2001，18(3)：268-271.

[6] 朱宗奎，葛圣松.稠油乳化降粘劑研究進展[J].石油化工腐蝕與防護，2007，24(6)：5-7.

[7] 孫慧，張付生.稠油化學降粘研究進展[J].精細與專用化學品，2005，13(23)：16-20.

[8] Luigi Bertero，Alberto Dilullo，Amelia Lentini.An innovative way to prouduce and transport heavy oil through dispersion water：Laboratory study and field test results[J].1994，SPE 28543.

[9] McCaefferty J F，McClaflin G G.The field application for the prouduction of heavy viscous curde oils[J].1992，SPE 24850.

[10] 賀豐國.遼河油田超稠油摻活性水原油降粘劑的研究[D].成都：西南石油大學.

[11] 郭東紅，江龍.遼河超稠原油的流變性質及其乳化降粘[J].化學通報，2002，(10)：692-695.

[12] 王濤，王文明，劉吉武，等.孤島稠油乳化降粘劑FH-02應用性能研究[J].油田化學，2005，22(3)：227-229.