HLB值評價稠油乳化增黏主要因素的研究

方曉玲

摘 ?????要：以某油田稠油為研究對象，將已知HLB值的表面活性劑Span-80、Twen-80復配成溶液， 將溶液加入稠油中， 形成乳狀液后， 恒溫后測定其黏度，將乳狀液的黏度對HLB值做圖。根據該曲線分析得出油樣中的膠質是影響稠油黏度的主要因素，且隨著膠質、瀝青質含量的增多，稠油黏度增大。對油樣進行紅外光譜及HLB值測試，發現隨著黏度的增大，羥基吸收峰的面積以及稠油的視HLB值逐漸增大。

關 ?鍵 ?詞：表面活性劑; 復配; 稠油; HLB值; 黏度

中圖分類號：TE39 ?????文獻標識碼： B ??????文章編號： 1671-0460（2019）02-0235-04

Abstract： Taking the heavy oil of a certain oilfield as the research object， the surface active agent Span-80 and Twen-80 with known HLB value were mixed into solution， and the solution was added into the heavy oil to form emulsion， and the viscosity was measured after constant temperature， and the viscosity of the emulsion was plotted against the HLB value. The results showed that the colloid in the oil sample was the main factor affecting the viscosity of heavy oil， and the viscosity of heavy oil increased with the increase of colloid and asphaltene content. The infrared spectra and HLB values of oil samples were tested. It's found that the area of hydroxyl absorption peak and the apparent HLB value of heavy oil increased with the increase of viscosity.

Key words： surfactants; compounding; heavy oil; HLB value; viscosity

目前針對超稠油油藏的開發，井筒電加熱降黏工藝是解決稠油開采舉升難題的主導工藝。由于稠油井不同生產階段含水、溫度變化較大，對原油黏度影響也較大，從而影響抽油機生產載荷，高黏度原油大大增加了抽油機負荷，增加了能耗。因此必須結合原油不同組分、不同溫度、不同含水條件下的油水混合液黏度進行“動態”分析，確定稠油乳化增黏原因分析與研究，從而指實現稠油高效節能開采[1]。

稠油具有乳化能力是由于稠油中含有天然的表面活性劑，這種天然的表面活性劑主要是稠油的膠質和瀝青質等活性組分。表面活性劑是由親水性的極性基團和具有親油性的非極性基團組成的有機化合物。衡量表面活性劑的一項重要指標是其分子中親油基團的親油性以及親水基團的親水性[2]。本研究采用稠油HLB值來評價分析稠油乳化增黏的主要因素[3]。

1 ?實驗部分

1.1 ?主要試劑和儀器

甲苯、正庚烷、石油醚、無水乙醇，均為分析純，表面活性劑Span-80、Twen-80均為化學純。超級恒溫器，上海實驗儀器廠生產;磁力攪拌器，東營市瑞豐化工廠生產;數顯黏度計（型號Brookfield DV-Ⅱ+Pro），美國BROOKFIELD生產。

1.2 ?實驗原理

根據HLB值的測定原理，將稠油HLB值測定用于衡量稠油中天然表面活性劑的親水親油性。稠油HLB值的測定原理如圖1所示。

如圖1所示，稠油中瀝青質是主要的界面活性組分，膠質作為分散劑對瀝青質起很好的穩定作用，是稠油能夠與水乳化形成油包水乳狀液的主要原因。在油水界面有一層牢固的具有粘彈性網狀結構的保護層阻止水滴團聚、沉降，主要的形成原因是：瀝青質分子之間由于受電荷轉移、偶極相互作用以及氫鍵等作用，使其形成特殊結構的聚集體，同時與其構型匹配的膠質又由于在范德華力的作用下通過吸附作用結合，從而形成更加穩定的瀝青質聚集體并在油水界面聚集[4-6]。

1.3 ?實驗方法

將HLB值為4.3的表面活性劑Span-80與HLB值為15的表面活性劑TW-80按不同配比復配，從而得到一組HLB值不同的表面活性劑體系，再配置一定濃度的水溶液。

將不同HLB值的表面活性劑體系配制為1%（質量分數）的水溶液。按油水質量比m（油）∶m（水）=6∶4的比例，分別稱取一定量的稠油及表面活性劑地層水溶液于2個燒杯中，并用保鮮膜將燒杯封好，在50 ℃下恒溫1 h后，將油水混合并充分攪拌，使其形成穩定的乳狀液，并在50 ℃下恒溫2 h。恒溫過后在50 ℃下測量其黏度，將乳狀液的黏度對HLB值做圖[8]。

2 ?結果與討論

2.1 ?影響稠油HLB值測定的因素考察

2.1.1 ?乳化溫度

將HLB值為4.3的表面活性劑Span-80與HLB值為15的表面活性劑TW-80按不同配比復配得到HLB值不同的表面活性劑體系，再配置表面活性劑質量濃度為1%的水溶液，與稠油樣品分別在30 ℃、50 ℃和80 ℃下乳化成油水比為6：4的乳狀液，測定其乳狀液黏度，作乳狀液黏度對水溶液HLB值的標準曲線，讀取各稠油的HLB值[9]。

2.1.2 ?油水比

將HLB值為4.3的表面活性劑Span-80與HLB值為15的表面活性劑TW-80按不同配比復配得到HLB值不同的表面活性劑體系，再配置表面活性劑質量濃度為1%的水溶液，與稠油樣品分別在50℃下乳化成油水比為5：5、6：4、7：3的乳狀液，測定其乳狀液黏度，作乳狀液黏度對水溶液HLB值的標準曲線，讀取各稠油的HLB值[10]。

2.1.3 ?表面活性劑的加量對稠油HLB值的影響

用已知HLB值的表面活性劑Span-80和TW-80配制一系列不同HLB值的復配表面活性劑體系，配制表面活性劑質量濃度為0.5%、1.0%、2.0%的水溶液，與稠油樣品分別在50 ℃下乳化成油水比6：4的乳狀液，測定其乳狀液黏度，作乳狀液黏度對水溶液HLB值的標準曲線，讀取各稠油的HLB值[11]。

2.1.4 ?礦化度對稠油HLB值的影響

用NaCl配制礦化度為10 000、23 ?462、50 000 mg/L的水相，用將HLB值為4.3的表面活性劑Span-80與HLB值為15的表面活性劑TW-80按不同配比復配得到HLB值不同的表面活性劑體系，再配置表面活性劑質量濃度為1%的水溶液，與稠油樣品分別在50 ℃下乳化成油水比6：4的乳狀液，測定其乳狀液黏度，作乳狀液黏度對水溶液HLB值的標準曲線，讀取各稠油的HLB值[12，13]。

根據條件實驗測得數據，繪制不同實驗條件對HLB值影響的關系曲線，如圖2所示。

（1）隨著溫度的升高，HLB值減小。溫度升高，W/O界面膜強度減弱，使得所需表面活性劑的HLB值減小。

（2）隨著油水比的減小，HLB值減小。當增大油水比，油的含量較高而水的含量相對較少，此時W/O乳狀液轉相成O/W乳狀液較難，故需要的表面活性劑的HLB值偏高，當油水比減小時，此時乳狀液的轉相比較容易，相應的HLB值會減小。

（3）隨著表面活性劑濃度的增大，表面活性劑的HLB值減小。由于表面活性劑TW-80是油包水型，所以其具有破乳的功效，加入到乳狀液中可潤濕成膜物質，使界面層中的活性組分向油相和水相溶解，破壞界面膜，表面活性劑的加量越多，對界面膜的破壞作用越大，乳狀液破乳越快，達到相同的作用效果所需的TW-80的相對量越少，測得的HLB值越小。

（4）隨著礦化度的增大，HLB值減小。

2.2 ?11種稠油樣品的視HLB值

按照HLB值的測定方法測定11中樣品稠油的視HLB值，測定結果如表2和圖3、圖4。

因樣品1黏度較小，加入表面活性劑后形成的O/W型乳狀液黏度較小，導致加入不同HLB值后的稠油乳狀液黏度相差不大，根據乳狀液黏度測不出樣品1的視HLB。

2.3 ?稠油羥基吸收峰與視HLB值的關聯

稠油中主要的極性官能團主要是含氧官能團，通過分析11個稠油樣品的紅外光譜，并用專門的紅外分析軟件計算了波長在3 100～3 600 cm-1的吸收峰面積。此波長范圍屬于羥基吸收峰因此稱作羥基吸收峰面積。其結果見表3，與視HLB值的關聯結果見圖5、圖6。

3 ?結 論

通過分析得出，膠質是影響稠油黏度的主要因素，且隨著膠質、瀝青質含量的增多，稠油黏度增大。對油樣進行紅外光譜及HLB值測試，發現隨著黏度的增大，羥基吸收峰的面積以及稠油的視HLB值逐漸增大，因稠油中含有大量的膠質瀝青質，而膠質瀝青質中含有含氧的極性官能團，故隨黏度增大，羥基吸收峰面積增大。膠質和瀝青質是形成油水界面膜的主要成分，要使其轉相形成O/W型乳狀液需要親水性強的表面活性劑，隨著稠油黏度的增大，膠質瀝青質含量增大，故HLB值也增大。膠質、瀝青質是稠油中的高分子量組分，憑借電荷轉移、氫鍵等作用，瀝青質分子之間聚集，在范德華力作用下與膠質發生吸附作用，形成穩定的締合體，使得體系的黏度增大。

參考文獻：

[1]賀杰，陳馥，段培珍，等.利用HLB值法篩選稠油乳化降黏體系[J].精細石油化工，2012，29 （1）：35-38.

[2]王守娟，秦夢華.淺析表面活性劑HLB值的計算及脫墨劑的選擇[J].造紙科學與技術，2004，04：41-43.

[3]尉小明，辛達，杭國敏，等.熒光法測定稠油乳化HLB值研究[J].精細石油化工，2002，06：31-33.

[4]林吉生，唐培忠，郝清滟，李美蓉.稠油HLB值與含水率反相點的關聯研究[J].石油煉制與化工，2015，08：61-65.

[5]尉小明，趙慶峰，沈光偉，等.稠油乳化HLB值測定新方法及其應用研究[J].鉆采工藝，2003，26 （2）：90-91+6.

[6]譚非，張勝建，李文靜，等.稠油HLB值的測定[J].油氣田地面工程，2003，22 （8）：82-85.

[7]李美蓉，于光松，張丁涌，劉凱.稠油W/O型乳狀液轉相特性研究[J].油田化學，2017，02：335-339+366.

[8]Sjoblom J， Li Mingyuan et al，Part Ⅲ.A comparative destabilization of model systems [J].Colloids and Surface， 1990，46：127- 139.

[9]常運興，張新軍.稠油油溶性降粘劑降粘機理研究[J].油氣田地面工程，2006，04：8-9.

[10]張鳳英，李建波，諸林，楊光.稠油油溶性降粘劑研究進展[J].特種油氣藏，2006，02：1-4+104.

[11]唐紅翠，安家榮.稠油化學降黏技術實驗研究[J].油氣田地面工程，2010，03：26-27.

[12]夏洪權，李輝，劉翎，周杰.稠油拐點溫度測算方法研究[J].特種油氣藏，2006，06：49-51+107-108.

[13]安毅，趙法軍，劉灝亮，張新宇.稠油管輸乳化降粘劑選擇方法綜述[J].當代化工，2017， 06： 1225-1227.