乙醇胺與勝坨油田坨28區(qū)塊原油活性組分相互作用對動態(tài)界面張力的影響

張書棟

（中國石化勝利油田分公司地質科學研究院，山東東營257015）

乙醇胺與勝坨油田坨28區(qū)塊原油活性組分相互作用對動態(tài)界面張力的影響

張書棟

（中國石化勝利油田分公司地質科學研究院，山東東營257015）

為明確勝坨油田坨28區(qū)塊原油中活性組分與有機堿乙醇胺間的相互作用對動態(tài)界面張力的影響，采用SARA四組分分離方法對坨28區(qū)塊原油進行分離，獲得飽和分、芳香分、膠質和瀝青質等組分；利用醇堿萃取法獲得酸性組分；通過旋轉滴界面張力儀測定了乙醇胺與坨28區(qū)塊原油活性組分模擬油間的動態(tài)界面張力。研究結果表明：酸性組分是原油的主要活性組分，其質量分數(shù)及結構對有機堿與原油間界面張力的行為具有關鍵性影響，體系動態(tài)界面張力的最低值可達10-2mN/m數(shù)量級；酸性組分質量分數(shù)越大，低界面張力維持時間越長。對于坨28區(qū)塊原油，與乙醇胺作用的難易順序為：酸性組分最強，膠質次之，瀝青質、飽和分和芳香分與之作用比較微弱。

乙醇胺pH值活性組分界面張力勝坨油田坨28區(qū)塊

隨石油勘探開發(fā)程度的加深，中國注水開發(fā)油田主體已進入高含水、高采出程度開發(fā)階段。隨可采儲量逐漸減少，急需開發(fā)水驅后接替技術。目前，三次采油已成為油田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)的重要保障［1-5］。

設計師行為表達為二部網(wǎng)絡模型，如圖9所示。圖中，產(chǎn)品創(chuàng)新方案子網(wǎng)(Product網(wǎng)或P網(wǎng))是產(chǎn)品創(chuàng)新方案的網(wǎng)絡，每個節(jié)點表示一個方案，節(jié)點之間的連線(邊)表示產(chǎn)品間的引用關系；設計師子網(wǎng)(Designer網(wǎng)或D網(wǎng))是設計師的協(xié)作網(wǎng)絡，每個節(jié)點表示一個設計師;兩個子網(wǎng)之間的連線連接設計師及其作品。D網(wǎng)的邊根據(jù)P網(wǎng)投影得到。

堿與原油中的有機酸類物質反應生成有機酸皂，可以有效降低油水界面張力和界面粘度。同時，堿可以減少表面活性劑和聚合物在油層孔隙中的吸附滯留，從而減少化學劑的損失。在堿—表面活性劑—聚合物（ASP）三元復合體系中，堿的加入還可減少表面活性劑的用量，且拓寬表面活性劑的活性范圍［6-7］。ASP三元復合驅已在勝利等油田進行了現(xiàn)場先導性試驗，采收率提高20%以上［8-9］。然而，無機堿的加入帶來注采系統(tǒng)結垢，設備嚴重腐蝕，采出液乳化處理困難等一系列問題［10-12］。利用有機堿替代無機堿，既能充分利用原油中的石油酸，又有望解決結垢等問題，因此，開展高效有機堿的研究具有非常重要的意義。筆者研究了有機堿乙醇胺與勝坨油田坨28區(qū)塊原油活性組分模擬油間的界面張力，探索了有機堿與原油發(fā)生相互作用的機理，以期為有機堿的礦場應用提供指導。

1 實驗試劑與方法

實驗試劑包括勝坨油田坨28區(qū)塊原油、乙醇胺（分析純）、油酸、石蠟油和航空煤油。其中，航空煤油經(jīng)硅膠柱提純后與二次去離子水的界面張力約為40mN/m（30℃）。實驗用水為蒸餾水配制的不同質量分數(shù)的乙醇胺溶液。油相分別為石蠟油配制的不同濃度油酸模擬油及航空煤油配制的原油活性組分模擬油。

原油活性組分分離方法是：采用SARA四組分分離方法得到飽和分、芳香分、膠質和瀝青質；采用醇堿萃取法分離得到酸性組分；具體實驗過程見文獻［13］。界面張力的測定方法是：在油水體積比約為1∶200，實驗溫度均為（70.0±0.5）℃的條件下，采用改進的XZD-1型全量程界面張力儀，利用旋轉滴法測定乙醇胺溶液與石蠟油配制的油酸模擬油以及航空煤油配制的原油活性組分模擬油的動態(tài)界面張力；通過攝像機所獲取的液滴形狀，讀取液滴的長度及寬度，然后通過相應公式［14］計算得到界面張力，當界面張力數(shù)值在30min內變化小于1%時為動態(tài)界面張力穩(wěn)態(tài)值。

2 實驗結果分析

ZhangL等曾對勝利油區(qū)孤東油田外輸油中的酸性組分按相對分子質量和極性細分，研究發(fā)現(xiàn)：對于相對分子質量較低的脂肪酸，弱堿條件下就能夠發(fā)生反應，大幅度降低界面張力瞬時值，但穩(wěn)態(tài)值較高，動態(tài)界面張力曲線呈“V”型，油酸模擬油的動態(tài)界面張力特性就是典型代表；而對于相對分子質量較高、含稠環(huán)的芳香酸，則只能與強堿發(fā)生反應，生成的芳香酸皂水溶性較弱，傾向于吸附在界面上，因此，動態(tài)界面張力不再出現(xiàn)極小值［7］。坨28區(qū)塊原油的酸性組分是混合酸，其中不同結構的石油酸可能在不同pH值條件下分別起主導作用：低質量分數(shù)的乙醇胺溶液主要與低相對分子質量的脂肪酸作用，而高質量分數(shù)的乙醇胺溶液主要與高相對分子質量的芳香酸作用。

青海省共和縣牧民尕藏加患甲亢13年，在縣、州、省各級醫(yī)院都治過。當問及為什么最后選擇莫多寺治療時，尕藏加說他患病的頭幾年不能走路，眼睛突出，由于語言溝通問題，縣醫(yī)院沒能確診。確診后在西寧的人民醫(yī)院治療7年，花費39萬尚未治愈。

考察了航空煤油配制的坨28區(qū)塊膠質模擬油與不同質量分數(shù)乙醇胺溶液間的動態(tài)界面張力。由實驗結果（圖5，圖6）可以看出，由于膠質中富含酸性組分，其與高質量分數(shù)乙醇胺溶液作用和油酸模擬油類似，而和酸性組分模擬油截然不同，即能夠大幅度降低界面張力的瞬時值，而穩(wěn)態(tài)值較高；而酸性組分模擬油的動態(tài)界面張力隨時間變化不大，且穩(wěn)態(tài)值較低。這是由膠質中的石油酸以低相對分子質量的脂肪酸為主造成的。

2.2 乙醇胺對膠質模擬油界面張力的影響

圖1 不同pH值乙醇胺溶液與不同濃度油酸模擬油間動態(tài)界面張力

圖2 不同濃度油酸模擬油與不同質量分數(shù)乙醇胺溶液間動態(tài)界面張力

考察了航空煤油配制的坨28區(qū)塊酸性組分模擬油與不同質量分數(shù)乙醇胺溶液間的動態(tài)界面張力。從實驗結果（圖3，圖4）看出，乙醇胺對酸性組分模擬油界面張力的影響可分為2個區(qū)域：對于低質量分數(shù)的乙醇胺溶液，酸性組分與有機堿的反應造成較低的界面張力瞬時值，穩(wěn)態(tài)值較高；低界面張力持續(xù)時間隨酸性組分質量分數(shù)增大而延長，隨乙醇胺質量分數(shù)增大而縮短。而對于高質量分數(shù)的乙醇胺溶液，如果模擬油中酸性組分達到一定質量分數(shù)，動態(tài)界面張力不再隨時間出現(xiàn)極小值且穩(wěn)態(tài)值較低。

2.1.2 乙醇胺對坨28區(qū)塊原油酸性組分模擬油界面張力的影響

(4)浮選工藝的初期投資。經(jīng)調研，建設浮選能力為30萬t/a的浮選車間，投資少于1 000萬元。當年即可收回投資成本。

圖3 坨28區(qū)塊不同酸性組分模擬油與5%乙醇胺溶液間動態(tài)界面張力

圖4 不同pH值乙醇胺溶液與坨28區(qū)塊酸性組分模擬油間動態(tài)界面張力

2.1 乙醇胺對酸性組分模擬油界面張力的影響

原油中的石油酸是復雜的混合物，為確定有機堿與酸性物質間相互作用對界面張力的影響，考察了石蠟油配制的不同濃度油酸模擬油與不同pH值乙醇胺溶液間的動態(tài)界面張力。由文獻［7，15］可知，原油中的酸性物質與有機堿反應生成的石油酸皂具有界面活性，會明顯降低油水界面張力；由于生成的石油酸皂具有較強的水溶性，隨著時間變化它會由界面向水相轉移，造成界面張力增大，因此，界面張力的動態(tài)特征取決于界面活性物質的生成速度及其解吸速度。由圖1和圖2可知，對于固定油酸濃度的模擬油，隨著水相pH值增大至超過某一臨界值，界面張力開始降低；同時，隨著模擬油中油酸濃度增大，界面張力降低需要的pH值變小，并且低界面張力瞬時值維持的時間變長。

馬尾松在蒸汽保護下進行熱處理，其熱處理時間及表面形貌情況由圖1可知，在微觀形貌上，熱處理1 h樣品相對于未處理材而言，表面多了大塊的鱗片狀顆粒，少許的細小的溝槽變成了表面大片的劈裂現(xiàn)象，故熱處理1 h樣品比未處理材要粗糙。接著在2 h、4 h處理材的圖像上，隨著熱處理時間的延長，木痕深度變小，木痕變少，樣品表面與熱處理1 h相比，表面變得更平滑。故可以看出，處理1 h的樣品表面最為粗糙，而2 h與4 h樣品的裂痕比未處理樣品的裂痕少，故未處理樣品的粗糙情況甚于二者。

2.1.1 乙醇胺對油酸模擬油界面張力的影響

圖5 坨28區(qū)塊不同質量分數(shù)膠質模擬油與乙醇胺溶液間動態(tài)界面張力

圖6 不同pH值乙醇胺溶液與坨28區(qū)塊膠質模擬油間動態(tài)界面張力

2.3 乙醇胺對瀝青質、飽和分、芳香分模擬油界面張力的影響

這樣一個巧笑倩兮、美目盼兮，令女孩子都神魂顛倒的美女，美卻不自知。面對眾多的傾慕者，她沒有縱身于一場戀愛當中，只在大學校園安靜地做一枚學霸，饑渴地汲取更多的知識。

測定了不同質量分數(shù)瀝青質模擬油、飽和分模擬油和芳香分模擬油與不同pH值乙醇胺溶液的動態(tài)界面張力，其數(shù)值均較高。雖然瀝青質中也含有石油酸，但與膠質不同，瀝青質以較高相對分子質量的芳香酸為主。瀝青質模擬油與乙醇胺作用不能有效降低油水界面張力，表明坨28區(qū)塊瀝青質模擬油中芳香酸含量較少，與有機堿作用較微弱。飽和分和芳香分是烴類化合物，與有機堿間無明顯的相互作用，因此對油水界面張力的降低貢獻較小。

2.4 乙醇胺與不同原油活性組分模擬油作用的比較

從乙醇胺溶液的pH值對不同質量分數(shù)坨28區(qū)塊原油活性組分模擬油界面張力最低值的影響（圖7）可看出，當活性組分質量分數(shù)為0.1%時，只有酸性組分與有機堿發(fā)生作用；當質量分數(shù)增大至5%時，膠質組分開始作用，而瀝青質界面張力依舊較高。這可能是由于坨28區(qū)塊原油瀝青質中酸性組分含量過少造成的。因此，對于坨28區(qū)塊原油，與乙醇胺作用的難易順序為：酸性組分最強，膠質次之，瀝青質、飽和分和芳香分與之作用比較微弱。

圖7 乙醇胺溶液pH值對坨28區(qū)塊原油活性組分模擬油界面張力最低值的影響

3 結論

考察了有機堿乙醇胺與勝坨油田坨28區(qū)塊原油中酸性組分、膠質、瀝青質、飽和分、芳香分等5類活性組分模擬油的動態(tài)界面張力，從研究結果可看出：①與無機堿類似，有機堿在界面上與原油中的石油酸反應，生成石油酸皂，可大幅度降低油水界面張力。②有機堿與坨28區(qū)塊石油酸的作用可以分為2個區(qū)域：對于相對分子質量較低的脂肪酸，弱堿條件下就能夠發(fā)生反應，大幅度降低界面張力瞬時值，但穩(wěn)態(tài)值較高，動態(tài)界面張力曲線呈“V”型；而對于相對分子質量較高、含稠環(huán)的芳香酸，則只能與強堿發(fā)生反應，生成的芳香酸皂水溶性較弱，傾向于吸附在界面上，界面張力的動態(tài)效應不明顯，穩(wěn)態(tài)值較低。③有機堿主要與原油中的石油酸發(fā)生作用，對于坨28區(qū)塊原油，與乙醇胺作用的難易順序為：酸性組分最強，膠質次之，瀝青質、飽和分和芳香分與之作用比較微弱。原油中石油酸的含量和結構，決定了它與有機堿的作用程度。

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編輯劉北羿

TE357.43

A< class="emphasis_bold">文章編號：1

1009-9603（2014）05-0101-03

2014-07-31。

張書棟，男，工程師，從事油田化學研究。聯(lián)系電話：（0546）8715484，E-mail：slytzsdong@163.com。

國家科技重大專項“高溫高鹽油田化學驅提高采收率技術”（2011ZX05011-004）。