一種乳液型清蠟劑的研制及性能評價

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，采出時原油中蠟隨溫度和壓力的降低會凝結(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)因其操作簡單、應(yīng)用范圍較廣、費用較低等優(yōu)勢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)的缺點也避免了水基型流動性差、清蠟速率低的劣勢，成為油田清蠟劑的研究熱點[3-4]。本文針對青海油田原油高含蠟現(xiàn)狀，對有機溶劑、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，并對其各項性能進(jìn)行了評價。

1 實驗部分

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 實驗方法

1.2.1 乳液型清蠟劑的制備 分別制備有機溶劑組成的油相和表面活性劑、助劑、水組成的水相，常溫攪拌條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待測液體于溶蠟測試裝置中，水浴溫度20 ℃，待溶劑恒溫后，將帶有蠟球的支撐桿浸入待測試劑中，觀察并記錄蠟球溶完所用時間t。

式中v——溶蠟速率，g/min；

m——蠟球質(zhì)量,g；

t——蠟球溶完所用時間,min。

2 結(jié)果與討論

2.1 有機溶劑的篩選

有機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蠟也有很好的溶解效果，但因硫化物和氯化物對人體傷害較大且在原油加工時會對設(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)行清蠟效果對比研究，結(jié)果見表1。

表1 有機溶劑對溶蠟速率的影響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種有機溶劑進(jìn)行復(fù)配，改變配比，考察復(fù)配混合后有機溶劑的溶蠟效果，結(jié)果見表2。

表2 有機溶劑復(fù)配對溶蠟速率的影響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時平均速率達(dá)0.032 5 g/min，大于各單劑溶解速率，此時復(fù)配有機溶劑間配伍協(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，對其進(jìn)行溶蠟速率測定，結(jié)果見表3。

表3 表面活性劑對溶蠟速率的影響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，降低了蠟晶間及其與管壁間的界面張力，加快有機溶劑進(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。這是因為3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，實驗選擇不同助溶劑研究對清蠟性能的影響，結(jié)果見表5。

表5 助溶劑對溶蠟速率的影響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，可輔助增強清蠟?zāi)芰Γ怀Ｓ玫膲A性物質(zhì)包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、堿性鹽等，實驗考察不同堿性物質(zhì)對溶蠟速率的影響，結(jié)果見表6。

表6 堿性物質(zhì)對溶蠟速率的影響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 有機溶劑占比對乳狀液體系的影響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，這是因為油相含量增大，會加速蠟溶解，速率進(jìn)而增大，但同時油水體系更易失衡。在占比50%時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，但溶蠟速率同時會有所降低。這是因為表面活性劑占比增大，體系滲透分散作用越強，使得溶蠟速率變大，但增加到一定程度時，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減小。當(dāng)加量為2%時有較好的指標(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清蠟劑性能的影響，結(jié)果見表9。

表9 氫氧化鈉加量對溶蠟速率的影響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占比對清蠟劑性能的影響，結(jié)果見表10。

表10 BCS加量對溶蠟速率的影響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%。

通過上述實驗最終確定的乳液型清蠟劑的最佳配方為：w(復(fù)配有機溶劑)=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)評價

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)行性能評價，結(jié)果見表11。

表11 清蠟劑性能評價表Table 11 The performance evaluation form of emulsion paraffin removal agent

3 結(jié)論

(1)本文通過對有機溶劑、表面活性劑和各類助劑的清蠟效果進(jìn)行對比分析，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》對此清蠟劑進(jìn)行性能評價，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>45 ℃，符合閃點Ⅰ類指標(biāo)，凝點<-35 ℃，符合凝點A類指標(biāo)。

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