大慶原油的流變性質(zhì)及乳化降粘研究

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(大慶石油學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

在高凝油和高粘油的輸送過(guò)程中，為保持其流動(dòng)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(shè)備復(fù)雜、投資大；稀釋輸送是向高凝或高粘油中摻入低含蠟輕質(zhì)油或煉廠餾分油，這一方面受到稀釋油來(lái)源的限制，另一方面輸送成本也較高；乳化輸送相對(duì)于前兩種，操作簡(jiǎn)便，成本較低，是一種較好的原油長(zhǎng)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(zhuǎn)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(gè)數(shù)量級(jí)，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(wěn)定性，即在管道輸送過(guò)程中保持穩(wěn)定不發(fā)生分相或轉(zhuǎn)型，到集油站或煉廠后又能較容易破乳而實(shí)現(xiàn)最終油水分離[8]。在研究大慶原油流變性質(zhì)的基礎(chǔ)上，筆者進(jìn)行大慶原油的乳化降粘實(shí)驗(yàn)，制備出了穩(wěn)定性較好的乳狀液，達(dá)到了降粘輸送的要求。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料、試劑和儀器

大慶脫水原油，其組成和性質(zhì)見(jiàn)表1[9]。

表1 大慶原油的組成和性質(zhì)

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(yáng)興業(yè)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(tái)雙峰助劑廠。

NDJ-99型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，成都儀器廠；超級(jí)恒溫水浴，遼陽(yáng)市華光儀器儀表廠；74B-4000型電動(dòng)離心沉淀器，江蘇鹽城龍岡醫(yī)療機(jī)械廠。

1.2 降粘劑的制備

1.2.1 反應(yīng)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(yīng)數(shù)小時(shí)后，終止聚合反應(yīng)。干燥數(shù)小時(shí)，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(shí)驗(yàn)

配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(shí)驗(yàn)

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(shí)，迅速用NDJ-99型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定粘度[10]。重復(fù)測(cè)定3～5次，取算術(shù)平均值作為測(cè)定結(jié)果。降粘率X1按下式計(jì)算：

式中：η0為脫水原油粘度；η1為乳液粘度。

2 結(jié)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(shí)，大慶原油的粘度最高可達(dá)14 751 mPa·s；當(dāng)溫度升高到40℃時(shí)，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(xué)作用力的綜合體現(xiàn)，升溫固然能使其粘度下降，但是需要浪費(fèi)大量的能量，因此，尋找合適的降粘劑就成為關(guān)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(qiáng)，原油體系中的三維結(jié)構(gòu)及膠團(tuán)不斷被破壞，因而粘度不斷下降。當(dāng)溫度升高到40℃時(shí)，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(shí)原油體系中的三維結(jié)構(gòu)和膠團(tuán)大部分已經(jīng)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(duì)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(shí)考察降粘劑ASA-2加量對(duì)降粘效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 ASA-2加量對(duì)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(dāng)降粘劑ASA-2加量達(dá)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(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，ASA-2對(duì)CaCl2、NaCl、MgCl2的容忍度均逐漸下降，最大值分別達(dá)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(cè)定降粘效果[12]，見(jiàn)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(dāng)。自制降粘劑與商品降粘劑的降粘率大致相同，基本達(dá)到輸送要求。降粘劑HW-9價(jià)格最高，自制降粘劑ASA-2價(jià)格最低。綜合比較，自制降粘劑ASA-2性價(jià)比最高，有工業(yè)開(kāi)發(fā)前景。

表3 大慶原油加入降粘劑前后流變性的變化

3 結(jié)論

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

(2)自制降粘劑ASA-2對(duì)CaCl2的容忍度達(dá)90 mg·L-1，對(duì)MgCl2的容忍度達(dá)40 mg·L-1，對(duì)NaCl的容忍度達(dá)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(dá)到88.5%。

(4)自制降粘劑ASA-2與商品降粘劑AG-13對(duì)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(yè)研發(fā)價(jià)值。

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