新型乳液型清蠟劑HS—1的研制及性能評價

李克華,呂 雷,張 權 (長江大學化學與環境工程學院,湖北荊州434023)

溶解于地層原油中的蠟在開采和輸送時,因溫度或壓力的降低,會在輸油管道表面結蠟。由于結蠟造成管道縮徑,甚至堵塞管道,從而大大降低了原油產量和輸送油的能力,因而油田生產作業時常需進行清蠟和防蠟作業[1]。目前油田上所用的清蠟劑主要有油基清蠟劑和水基清蠟劑2大類。油基清蠟劑清蠟效率高但有毒,水基清蠟劑毒性小但清蠟效果差[2]。為了提高清蠟和防蠟效果,筆者利用有機溶劑和表面活性劑研制出新型乳液型清蠟劑HS-1,并對其性能進行了評價。

1 試驗部分

1.1 儀器及試劑

1)儀器 恒溫水浴鍋;電動攪拌器;電熱套;分析天平等。

2)試劑 煤油、柴油、環己烷、正己烷、有機溶劑A、B、C、D;CX系列油井清蠟劑 (長慶化工集團);黑蠟;多種表面活性劑;多種助表面活性劑等。

1.2 試驗方法

1)清蠟速率的測定 將黑蠟加熱熔化并冷卻接近凝固,將掛片一端插入,取出若干次,使掛片兩面均勻地結上一層具一定高度和厚度的黑蠟,冷卻固化待用。取一定量溶劑加入250ml具塞量筒中,將試管放在恒溫水浴鍋中至少30min。將金屬片稱重后放入試管中反應,一定時間后取出風干后再次稱重。由掛片在一定時間內的失重量計算清蠟劑的清蠟速率:

2)蠟樣風干處理 將未溶完的蠟樣取出風干,相隔0.5h稱重,若差值小于1%則風干合格。

3)乳液型清蠟劑的制備 將油溶性藥劑和水溶性藥劑按計量分別進行配制,在25℃及攪拌的條件下將油相緩慢加入水相中,再攪拌5min,即配制出乳液型清蠟劑[3]。

4)乳液清蠟劑穩定性及破乳性的測定 在25℃條件下觀察乳液是否分層,測定乳液穩定時間即可判斷乳液穩定性的好壞;在45℃條件下觀察乳液是否立即分層及分層時間,由此判斷其破乳效果的好壞。

2 結果與討論

2.1 有機溶劑的篩選

由于在清蠟劑中油基部分占主導地位,故選擇好的油基對提高清蠟劑效率有很好的促進作用。通過清蠟試驗得到單一有機溶劑的清蠟速率 (見表1)。

從表1可以看出,煤油、柴油、有機溶劑A的清蠟速率較慢,而環己烷有機溶劑B和C的清蠟速率較快。為了進一步提高清蠟效果并結合成本考慮,選取正己烷和有機溶劑B與煤油進行復配試驗。

表1 不同有機溶劑對黑蠟清蠟速率的測定

2.2 有機溶劑的復配

為了進一步考察不同溶劑之間是否具有清蠟協同作用,選取正己烷、有機溶劑B和煤油進行不同加量比例對清蠟效果的影響試驗[4],試驗結果如表2所示。

根據表1和表2可以看出,復配溶劑之間具有一定的協同配伍性,復配后其清蠟速率較單一溶劑的效果有所改善,其中以有機溶劑B∶煤油 (6∶4)混合溶劑的效果最好,而且經濟成本較單一溶劑有所降低,所以選取該混合溶劑作為新型清蠟劑的油相。

表2 復配溶劑對黑蠟清蠟速率的測定

2.3 油水比的確定

該試驗計劃研制O/W乳液型清蠟劑。據文獻[5]可知,在乳液型清蠟劑中,當油相和水相組成不變時,清蠟效果與油相體積分數呈線性增長關系,因而結合成本考慮將油水比定為6∶4。

2.4 表面活性劑的篩選

利用不同表面活性劑配制O/W型乳液,根據乳液的性能優選表面活性劑。試驗方法為:按油水比6∶4配制乳液,先將配制好的乳液放在25℃恒溫條件下,記錄其穩定時間并根據記錄的時間判定其穩定性,然后在45℃恒溫條件下,記錄其破乳的時間并根據記錄的時間判斷其破乳效果。若乳液的穩定性和破乳效果都較好,再將涂有黑蠟的掛片放入該乳液中,在45℃恒溫條件下反應一定時間,再測定掛片失重并算出其清蠟速率。試驗結果如表3所示。

表3 表面活性劑的篩選

從表3可以看出,對于添加單一表面活性劑的乳液清蠟劑而言,在穩定性和破乳性都較好的情況下,其清蠟速率不高,因而應進行表面活性劑的復配試驗。

2.5 表面活性劑的復配

選擇不同活性劑進行不同加量比例對乳化和清蠟效果的影響試驗,結果見表4所示。

表4 表面活性劑的復配

從表4可以看出,在4種復配的表面活性劑中,HXJ-1+HXJ-3比其他3個配方的效果要好,其既能提高乳液清蠟劑的穩定性和破乳效果,同時又對清蠟具有促進作用,故選擇1.0%HXJ-1+0.5%HXJ-3作為新型清蠟劑的復合乳化劑。

2.6 助表面活性劑的篩選

助表面活性劑的加入可以提高乳液清蠟劑對蠟的滲透性,使乳液中表面活性劑和有機溶劑更好地與蠟接觸并使之溶解。為了進一步提高乳液型清蠟劑的清蠟效果,選擇不同助表面活性劑進行不同加量比例對清蠟效果的影響試驗[5],試驗結果如表5所示。

表5 助表面活性劑的篩選

從表5可以看出,在乳液清蠟劑中加入適量的助表面活性劑后,乳液的清蠟速率有了明顯的提高,其中正戊醇的效果最好。因此,選擇體積分數1.0%的正戊醇作為乳液清蠟劑的添加劑。

2.7 HS-1與CX系列清蠟劑的對比

油田上廣泛使用的清蠟劑是油基清蠟劑,為了全面評價乳液型清蠟劑的性能,將配方為36%B+24%煤油+40%水+1.00%HXJ-1+0.50%HXJ-3+1.00%正戊醇的乳液型清蠟劑HS-1與CX系列油基清蠟劑進行對比,試驗結果如表6所示。

表6 HS-1與CX系列清蠟劑的對比

從表6可以看出,HS-1比CX-3的清蠟效果具有更好,雖然其清蠟效果比CX-1和CX-2略差,但就成本考慮,HS-1比CX系列清蠟劑有明顯的價格優勢,因而顯示出良好的應用前景。

3 結 論

1)單一有機溶劑中環己烷、有機溶劑B的清蠟效果相對較好,不同有機溶劑之間存在一定的配伍性;復配表面活性劑的清蠟效果比單一表面活性劑的清蠟效果有所提升;加入適量的助表面活性劑后,乳液型清蠟劑的清蠟效果有較為明顯的提高。

2)新型乳液型清蠟劑 HS-1的配方是:36%有機溶劑B+24%煤油+40%水+1.00%HXJ-1+0.50%HXJ-3+1.00%正戊醇。該清蠟劑具有在地面條件下穩定、在油井結蠟段溫度下能夠立即破乳的特點,同時具有較好的清蠟效果。

3)與CX系列清蠟劑相比,HS-1清蠟劑成本較低,其安全系數高 (屬水包油型)便于運輸,因而顯示出較好的應用前景。

[1]李克華.油井清蠟劑的類型及發展[J].鉆采工藝,1991,14(3):65-67.

[2]方永奎,邱安娥,邵柏棠.高效乳液型清蠟劑的研制與性能評價[J].重慶科技學院學報 (自然科學版),2010,12(3):73-75.

[3]廖久明,王秀艷,王國宇.新型乳液型清防蠟劑的研究[J].日用化學工業,1998(6):14-18.

[4]陳馥,曲金明,劉福梅.乳液型清防蠟劑QFJ-1的研制[J].應用化學,2005,22(12):1375-1377.

[5]崔正剛.乳液清蠟劑溶蠟效率的研究[J].油田化學,1994,11(2):108-112.