大庆原油的流变性质及乳化降粘研究

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(大庆石油学院化学化工学院，黑龙江 大庆 163318)

在高凝油和高粘油的输送过程中，为保持其流动性，常常采用逐站加热、稀释输送或乳化降粘的工艺。逐站加热方法不仅消耗大量的能源，而且设备复杂、投资大；稀释输送是向高凝或高粘油中掺入低含蜡轻质油或炼厂馏分油，这一方面受到稀释油来源的限制，另一方面输送成本也较高；乳化输送相对于前两种，操作简便，成本较低，是一种较好的原油长输方法[1]。乳化降粘就是在表面活性剂作用下，使W/O型原油乳状液转变成O/W型乳状液，由于O/W型原油乳状液的粘度比纯油粘度低2～3个数量级，因而可降低原油的表观粘度[2～7]。原油乳化输送要求O/W型原油乳状液具有适度的稳定性，即在管道输送过程中保持稳定不发生分相或转型，到集油站或炼厂后又能较容易破乳而实现最终油水分离[8]。在研究大庆原油流变性质的基础上，笔者进行大庆原油的乳化降粘实验，制备出了稳定性较好的乳状液，达到了降粘输送的要求。

1 实验

1.1 原料、试剂和仪器

大庆脱水原油，其组成和性质见表1[9]。

表1 大庆原油的组成和性质

苯乙烯、丙烯酰胺衍生物、乙醇、偶氮二异丁腈(AIBN)，均为分析纯；降粘剂JN-8，南阳兴业化工有限公司；降粘剂AG-13，山东安丘市增塑剂厂；降粘剂HW-9，山东恒台双峰助剂厂。

NDJ-99型旋转粘度计，成都仪器厂；超级恒温水浴，辽阳市华光仪器仪表厂；74B-4000型电动离心沉淀器，江苏盐城龙冈医疗机械厂。

1.2 降粘剂的制备

1.2.1 反应原理

1.2.2 合成步骤

在装有冷凝器、恒压漏斗及搅拌器的三口烧瓶中加入一定量的苯乙烯、丙烯酰胺衍生物和乙醇/水溶液，待药品溶解后，先在常温下逐滴加入AIBN，滴毕，迅速升温，反应数小时后，终止聚合反应。干燥数小时，即得淡黄色固体高聚物，命名为ASA-2。

1.3 降粘剂ASA-2的耐盐性实验

配制一定质量分数的ASA-2溶液，向其中加入不同含量的盐，在2000 r·min-1下离心分离10 min，观察是否有沉淀或飘絮析出。确定使ASA-2溶液生成沉淀(或飘絮)的最低盐浓度，即为该ASA-2溶液的盐容忍度。

1.4 乳化及降粘性能实验

取大庆脱水原油100 mL放入150 mL烧杯中，加热到50℃。取50 mL烧杯，加入一定量的降粘剂溶于蒸馏水中，放在恒温水浴中恒温30 min。取出恒温的药液及油，将药液倒入油样烧杯中，用玻璃棒匀速搅拌10～15 min，形成乳状液时，迅速用NDJ-99型旋转粘度计测定粘度[10]。重复测定3～5次，取算术平均值作为测定结果。降粘率X1按下式计算：

式中：η0为脱水原油粘度；η1为乳液粘度。

2 结果与讨论

2.1 大庆原油的流变性曲线(图1)

图1 大庆原油的流变性曲线

由图1可以看出，温度为30℃时，大庆原油的粘度最高可达14 751 mPa·s；当温度升高到40℃时，粘度仍有1521 mPa·s。随着温度的升高，大庆原油的粘度明显下降。由于流体的粘度是其分子间各种物理和化学作用力的综合体现，升温固然能使其粘度下降，但是需要浪费大量的能量，因此，寻找合适的降粘剂就成为关键。

从图1还可知，在较低温度(30℃)下，大庆原油的流变性有明显的剪切变稀的行为，接近于宾汉流体的特征，这是由于随着剪切作用的增强，原油体系中的三维结构及胶团不断被破坏，因而粘度不断下降。当温度升高到40℃时，原油体系的粘度几乎不随剪切速率而变化，即成为牛顿流体，这是由于此时原油体系中的三维结构和胶团大部分已经被破坏，因而原油的粘度随剪切速率的变化不大[11]。

2.2 ASA-2加量对降粘性能的影响

选定剪切速率为6.0 r·min-1、大庆原油含水量为3%，30℃时考察降粘剂ASA-2加量对降粘效果的影响，结果见图2。

图2 ASA-2加量对降粘率的影响

由图2可以看出，随着降粘剂ASA-2加量从0.1%增大到0.3%，降粘率从40.6%增大到88.5%；当降粘剂ASA-2加量达到0.3%以后，降粘率增幅缓慢。因此，降粘剂ASA-2的最佳加量选定为0.3%。

2.3 自制降粘剂ASA-2的耐盐性(表2)

表2 降粘剂ASA-2的耐盐性

由表2可知，随着ASA-2质量分数的增加，ASA-2对CaCl2、NaCl、MgCl2的容忍度均逐渐下降，最大值分别达90 mg·L-1、31 000 mg·L-1、40 mg·L-1。

2.4 降粘剂的初步比较

向大庆原油添加降粘剂HW-9、JN-8、AG-13及自制降粘剂ASA-2，在温度为30℃、原油含水量为3%、降粘剂加量为0.3%的情况下测定降粘效果[12]，见表3。

由表3可知，降粘剂HW-9的降粘率约为81.5%，降粘剂JN-8的降粘率约为72.1%，降粘剂AG-13的降粘率约为92.3%，自制降粘剂ASA-2的降粘率约为88.5%。降粘剂JN-8降粘效果最差，降粘剂AG-13降粘效果最好，与自制降粘剂ASA-2降粘效果大体相当。自制降粘剂与商品降粘剂的降粘率大致相同，基本达到输送要求。降粘剂HW-9价格最高，自制降粘剂ASA-2价格最低。综合比较，自制降粘剂ASA-2性价比最高，有工业开发前景。

表3 大庆原油加入降粘剂前后流变性的变化

3 结论

(1)大庆原油在30℃时粘度较高，原油的流变行为接近宾汉流体的特征，当温度升高到40℃时，大庆原油流变行为接近于牛顿流体。

(2)自制降粘剂ASA-2对CaCl2的容忍度达90 mg·L-1，对MgCl2的容忍度达40 mg·L-1，对NaCl的容忍度达31 000 mg·L-1。

(3)自制乳化降粘剂ASA-2乳化降粘性能较好，在降粘剂加量为0.3%的情况下，最大降粘率达到88.5%。

(4)自制降粘剂ASA-2与商品降粘剂AG-13对大庆原油的乳化降粘效果相近，可使油的粘度从14 751 mPa·s降至1696 mPa·s，降粘效果较好，且降粘成本低，有工业研发价值。

参考文献：

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