HLB值評(píng)價(jià)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(duì)象，將已知HLB值的表面活性劑Span-80、Twen-80復(fù)配成溶液， 將溶液加入稠油中， 形成乳狀液后， 恒溫后測(cè)定其黏度，將乳狀液的黏度對(duì)HLB值做圖。根據(jù)該曲線分析得出油樣中的膠質(zhì)是影響稠油黏度的主要因素，且隨著膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量的增多，稠油黏度增大。對(duì)油樣進(jìn)行紅外光譜及HLB值測(cè)試，發(fā)現(xiàn)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(guān) ?鍵 ?詞：表面活性劑; 復(fù)配; 稠油; HLB值; 黏度

中圖分類號(hào)：TE39 ?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B ??????文章編號(hào)： 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(duì)超稠油油藏的開發(fā)，井筒電加熱降黏工藝是解決稠油開采舉升難題的主導(dǎo)工藝。由于稠油井不同生產(chǎn)階段含水、溫度變化較大，對(duì)原油黏度影響也較大，從而影響抽油機(jī)生產(chǎn)載荷，高黏度原油大大增加了抽油機(jī)負(fù)荷，增加了能耗。因此必須結(jié)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(jìn)行“動(dòng)態(tài)”分析，確定稠油乳化增黏原因分析與研究，從而指實(shí)現(xiàn)稠油高效節(jié)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(zhì)和瀝青質(zhì)等活性組分。表面活性劑是由親水性的極性基團(tuán)和具有親油性的非極性基團(tuán)組成的有機(jī)化合物。衡量表面活性劑的一項(xiàng)重要指標(biāo)是其分子中親油基團(tuán)的親油性以及親水基團(tuán)的親水性[2]。本研究采用稠油HLB值來評(píng)價(jià)分析稠油乳化增黏的主要因素[3]。

1 ?實(shí)驗(yàn)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(xué)純。超級(jí)恒溫器，上海實(shí)驗(yàn)儀器廠生產(chǎn);磁力攪拌器，東營(yíng)市瑞豐化工廠生產(chǎn);數(shù)顯黏度計(jì)（型號(hào)Brookfield DV-Ⅱ+Pro），美國(guó)BROOKFIELD生產(chǎn)。

1.2 ?實(shí)驗(yàn)原理

根據(jù)HLB值的測(cè)定原理，將稠油HLB值測(cè)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(cè)定原理如圖1所示。

如圖1所示，稠油中瀝青質(zhì)是主要的界面活性組分，膠質(zhì)作為分散劑對(duì)瀝青質(zhì)起很好的穩(wěn)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的保護(hù)層阻止水滴團(tuán)聚、沉降，主要的形成原因是：瀝青質(zhì)分子之間由于受電荷轉(zhuǎn)移、偶極相互作用以及氫鍵等作用，使其形成特殊結(jié)構(gòu)的聚集體，同時(shí)與其構(gòu)型匹配的膠質(zhì)又由于在范德華力的作用下通過吸附作用結(jié)合，從而形成更加穩(wěn)定的瀝青質(zhì)聚集體并在油水界面聚集[4-6]。

1.3 ?實(shí)驗(yàn)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(fù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)）的水溶液。按油水質(zhì)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(gè)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?jǐn)嚢瑁蛊湫纬煞€(wěn)定的乳狀液，并在50 ℃下恒溫2 h。恒溫過后在50 ℃下測(cè)量其黏度，將乳狀液的黏度對(duì)HLB值做圖[8]。

2 ?結(jié)果與討論

2.1 ?影響稠油HLB值測(cè)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(fù)配得到HLB值不同的表面活性劑體系，再配置表面活性劑質(zhì)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(cè)定其乳狀液黏度，作乳狀液黏度對(duì)水溶液HLB值的標(biāo)準(zhǔn)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(fù)配得到HLB值不同的表面活性劑體系，再配置表面活性劑質(zhì)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(cè)定其乳狀液黏度，作乳狀液黏度對(duì)水溶液HLB值的標(biāo)準(zhǔn)曲線，讀取各稠油的HLB值[10]。

2.1.3 ?表面活性劑的加量對(duì)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(fù)配表面活性劑體系，配制表面活性劑質(zhì)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(cè)定其乳狀液黏度，作乳狀液黏度對(duì)水溶液HLB值的標(biāo)準(zhǔn)曲線，讀取各稠油的HLB值[11]。

2.1.4 ?礦化度對(duì)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(fù)配得到HLB值不同的表面活性劑體系，再配置表面活性劑質(zhì)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(cè)定其乳狀液黏度，作乳狀液黏度對(duì)水溶液HLB值的標(biāo)準(zhǔn)曲線，讀取各稠油的HLB值[12，13]。

根據(jù)條件實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)，繪制不同實(shí)驗(yàn)條件對(duì)HLB值影響的關(guān)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(qiáng)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(dāng)增大油水比，油的含量較高而水的含量相對(duì)較少，此時(shí)W/O乳狀液轉(zhuǎn)相成O/W乳狀液較難，故需要的表面活性劑的HLB值偏高，當(dāng)油水比減小時(shí)，此時(shí)乳狀液的轉(zhuǎn)相比較容易，相應(yīng)的HLB值會(huì)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(rùn)濕成膜物質(zhì)，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(duì)界面膜的破壞作用越大，乳狀液破乳越快，達(dá)到相同的作用效果所需的TW-80的相對(duì)量越少，測(cè)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(cè)定方法測(cè)定11中樣品稠油的視HLB值，測(cè)定結(jié)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(dǎo)致加入不同HLB值后的稠油乳狀液黏度相差不大，根據(jù)乳狀液黏度測(cè)不出樣品1的視HLB。

2.3 ?稠油羥基吸收峰與視HLB值的關(guān)聯(lián)

稠油中主要的極性官能團(tuán)主要是含氧官能團(tuán)，通過分析11個(gè)稠油樣品的紅外光譜，并用專門的紅外分析軟件計(jì)算了波長(zhǎng)在3 100～3 600 cm-1的吸收峰面積。此波長(zhǎng)范圍屬于羥基吸收峰因此稱作羥基吸收峰面積。其結(jié)果見表3，與視HLB值的關(guān)聯(lián)結(jié)果見圖5、圖6。

3 ?結(jié) 論

通過分析得出，膠質(zhì)是影響稠油黏度的主要因素，且隨著膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量的增多，稠油黏度增大。對(duì)油樣進(jìn)行紅外光譜及HLB值測(cè)試，發(fā)現(xiàn)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(zhì)瀝青質(zhì)，而膠質(zhì)瀝青質(zhì)中含有含氧的極性官能團(tuán)，故隨黏度增大，羥基吸收峰面積增大。膠質(zhì)和瀝青質(zhì)是形成油水界面膜的主要成分，要使其轉(zhuǎn)相形成O/W型乳狀液需要親水性強(qiáng)的表面活性劑，隨著稠油黏度的增大，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量增大，故HLB值也增大。膠質(zhì)、瀝青質(zhì)是稠油中的高分子量組分，憑借電荷轉(zhuǎn)移、氫鍵等作用，瀝青質(zhì)分子之間聚集，在范德華力作用下與膠質(zhì)發(fā)生吸附作用，形成穩(wěn)定的締合體，使得體系的黏度增大。

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