羥基數(shù)量不同聚酯類瀝青分散劑的合成與性能研究

侯青怡，牟國毅，徐佳慧，吳艷青，劉驍

（德仕能源科技集團(tuán)股份有限公司，山東東營257100）

瀝青質(zhì)在原油中的熱力學(xué)平衡狀態(tài)由于油層中壓力、溫度和有機(jī)物化學(xué)組分等因素變化被破壞，導(dǎo)致在地層的油藏內(nèi)或開采過程中瀝青質(zhì)出現(xiàn)絮凝、沉積，使原油發(fā)生乳化、粘度增高等現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生原油開采效率降低，生產(chǎn)成本增加等不利影響［1］。目前普遍采用機(jī)械清除、溶劑溶解和注入分散劑方法來解決瀝青質(zhì)沉積問題。采用機(jī)械清除方法存在處理效果周期短，人工消耗大，溶劑溶解存在用量大、且易造成環(huán)境污染。注入分散劑是使瀝青質(zhì)穩(wěn)定在原油體系中行之有效的方法，而且藥劑加入量少、施工安全，處理效果好［2］。

研究認(rèn)為，具有雙親特性的聚合物可以起到與膠質(zhì)類似的膠溶劑作用，通過聚合物分子中的極性組分可以增加對(duì)瀝青質(zhì)的溶解能力，提高原油體系的穩(wěn)定性，防止瀝青質(zhì)絮凝沉積［3］。所以，本文以羥基數(shù)量相近的常見醇類和胺類與具有不飽和鏈的聚異丁烯丁二酸酐進(jìn)行縮聚反應(yīng)制得聚酯，主要考察含有不同羥基數(shù)量的聚酯類瀝青分散劑對(duì)原油中瀝青質(zhì)分散效果，并對(duì)已篩選瀝青分散劑進(jìn)行耐高溫和對(duì)原油流變性性能評(píng)價(jià)［4］。

1 產(chǎn)品合成

1.1 主要試劑與儀器

試劑：山梨糖醇；季戊四醇；三羥甲基丙烷；三乙醇胺；丙三醇；聚異丁烯丁二酸酐（PIBSA）；基礎(chǔ)油；正庚烷，分析純；二甲苯，分析純；伊朗某區(qū)塊原油；110#石油瀝青。

儀器：油浴鍋—金壇市城東光芒儀器廠；恒速電動(dòng)攪拌器—上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司；電子天平—上海朗特精密測(cè)控儀器有限公司；NDJ-8S數(shù)顯旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)—上海精天電子儀器有限公司；滾子加熱爐—青島泰峰石油儀器有限公司。

1.2 合成方法

稱取一定質(zhì)量實(shí)驗(yàn)選用的醇類和胺類原材料分別與基礎(chǔ)油先后加入到帶有攪拌和溫度計(jì)的3頸瓶中，將加好物料的3頸瓶置于油浴中，然后按照實(shí)驗(yàn)所需溫度進(jìn)行攪拌并升溫，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)定溫度后，加入聚異丁烯丁二酸酐，保持一定反應(yīng)時(shí)間后，得到相應(yīng)產(chǎn)品。

1.3 合成機(jī)理

所選擇醇類和胺類與聚異丁烯丁二酸酐按照物質(zhì)的量比為1：2，反應(yīng)溫度為140～180℃，反應(yīng)時(shí)間為6 h，所得產(chǎn)物分別見圖1～5。

圖4 LQY-TEA-01反應(yīng)機(jī)理

圖4 中的R為：

圖5 LQY-G-01反應(yīng)機(jī)理

2 結(jié)果與討論

2.1 自制沉淀法評(píng)價(jià)瀝青分散劑

根據(jù)瀝青質(zhì)不溶于正庚烷的特性，在正庚烷溶液體系中，加入瀝青分散劑并混合均勻，再加入固定含量的瀝青質(zhì)溶液，然后對(duì)比瀝青質(zhì)析出量和析出顆粒狀態(tài)，評(píng)價(jià)瀝青分散劑的作用效果。

具體實(shí)驗(yàn)步驟：（1）選擇110#石油瀝青，用二甲苯配制成25%瀝青質(zhì)溶液；（2）將室內(nèi)合成的瀝青分散劑樣品分別用二甲苯配制成1%瀝青分散劑試液；（3）選擇規(guī)格為100 mL的離心管，加入約100 mL正庚烷，然后加入500 ppm瀝青分散劑試液，蓋上塞子，搖勻；（4）加入約1 g瀝青質(zhì)溶液，搖勻，放置于室溫條件下靜置觀察，以靜置24 h為觀察終點(diǎn)，讀取離心管內(nèi)瀝青質(zhì)顆粒沉積體積。

評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)見表1。

表1 不同分散劑在加藥量500 ppm時(shí)對(duì)瀝青質(zhì)作用情況

從表1可知，瀝青分散劑中含有極性官能團(tuán)羧基數(shù)量相同，羥基數(shù)量不同，其對(duì)瀝青質(zhì)作用效果不同。空白樣中瀝青質(zhì)顆粒析出速度快，形成顆粒數(shù)量多，尺寸較大，靜置24 h后離心管底部瀝青質(zhì)顆粒由于重力作用壓的更緊實(shí)，所以讀取的沉積體積數(shù)略小；而LQY-TEA-01、LQY-G-01、LQY-TMP-01雖然使瀝青質(zhì)析出速度減慢，形成瀝青質(zhì)顆粒尺寸小，但在靜置24 h后均形成較多的瀝青質(zhì)顆粒沉積，正庚烷-瀝青質(zhì)溶液呈分層狀態(tài)，上層溶液透光性高；LQY-P-01作用的正庚烷-瀝青質(zhì)溶液，靜置24 h后可看到少許細(xì)小顆粒懸浮其溶液中，但底部基本無瀝青質(zhì)顆粒沉積，溶液體系整體均勻，透光性低于于空白；LQY-01作用的正庚烷-瀝青質(zhì)溶液，整個(gè)溶液體系分布均勻，無瀝青質(zhì)顆粒懸浮析出，且溶液顏色最深，透光性最差，說明瀝青質(zhì)以分子形式穩(wěn)定存在于溶液中。驗(yàn)證了瀝青分散劑中羥基數(shù)量較多，更易與極性更強(qiáng)的瀝青質(zhì)分子發(fā)生偶極相互作用，將瀝青質(zhì)分子包裹，使瀝青質(zhì)不發(fā)生聚集絮凝，提高瀝青質(zhì)的分散性，與周洪濤等［5］研究的瀝青分散劑產(chǎn)品羥基數(shù)量在2～4個(gè)時(shí)，分散效果好的結(jié)論一致。

2.2 瀝青分散劑的熱穩(wěn)定性

由于地層中油藏溫度較高，選擇瀝青分散劑LQY-01進(jìn)行耐高溫性能檢測(cè)。

具體實(shí)驗(yàn)步驟：（1）用密閉金屬罐稱取200 mL瀝青分散劑LQY-01，并確保金屬罐密封性；（2）將高溫滾子爐升溫至180℃；（3）待溫度達(dá)到180℃，將密封金屬罐放入滾子爐內(nèi)，保溫24 h；（4）將經(jīng)過高溫后的產(chǎn)品與未經(jīng)高溫的產(chǎn)品分別按照2.1實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。

LQY-01瀝青分散劑經(jīng)過24 h，180℃高溫后，產(chǎn)品保持原有理化特性和對(duì)瀝青質(zhì)分子良好的作用效果，即瀝青質(zhì)分子未發(fā)生絮凝和沉積，說明瀝青分散劑LQY-01具有耐高溫性能，可在油井中高溫部位保持藥效，發(fā)揮作用。

2.3 瀝青分散劑對(duì)原油流動(dòng)性影響

針對(duì)伊朗原油，加入一定量正庚烷使原油中瀝青質(zhì)絮凝，以模擬油層中瀝青質(zhì)的狀態(tài)，通過對(duì)比加入瀝青分散劑前后原油體系動(dòng)力粘度隨溫度變化情況，判斷瀝青分散劑對(duì)原油流動(dòng)性的影響。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）取伊朗原油約300 mL置于粘度測(cè)量杯內(nèi)，加入約30 mL正庚烷，攪拌均勻；（2）將粘度測(cè)量杯置于80℃水浴中，恒溫約10 min后，選擇合適轉(zhuǎn)子進(jìn)行粘度測(cè)量；（3）自然降溫，每降低10℃，讀取原油粘度，讀取到溫度為30℃，此為空白原油粘度變化曲線；（4）取伊朗原油300 mL，加入500 ppm瀝青分散劑，并攪拌均勻，重復(fù)步驟（2）和（3），便得到原油粘度變化曲線。

瀝青分散劑對(duì)原油粘度影響見圖6。

圖6 原油粘度溫度變化曲線

通過粘溫曲線可知，LQY-01瀝青分散劑對(duì)伊朗原油粘度有積極影響，即瀝青分散劑通過與原油中瀝青質(zhì)分子相互作用，使瀝青質(zhì)分子被包裹，防止其聚集形成膠束顆粒，進(jìn)而降低原油粘度。

3 結(jié)論

（1）通過自制沉淀法，選擇110#石油瀝青配制的瀝青溶液，在加藥量為500 ppm時(shí)，LQY-01瀝青分散劑對(duì)瀝青質(zhì)分散作用最好，即可有效抑制瀝青質(zhì)分子絮凝、沉積。

（2）LQY-01瀝青分散劑具有耐高溫特性，在經(jīng)過180℃高溫條件下靜置24 h后，產(chǎn)品保持聚合物化學(xué)穩(wěn)定性，說明LQY-01在地層油藏溫度較高處仍能發(fā)揮作用。

（3）LQY-01瀝青分散劑添加到伊朗原油中后，對(duì)原油起到降粘作用。