陈庄稠油乳化降黏试验

中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院

陈庄稠油乳化降黏试验

梅洛洛 张子凡 洪祥议中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院

稠油乳化降黏技术是采用加剂的方法，将表面活性剂（乳化剂）加入稠油中形成乳状液，添加乳化剂后形成的乳状液的黏度可比稠油黏度降低2～4个数量级甚至更多。针对陈庄稠油，进行了室内实验，配置了一系列O/W型乳化剂，通过HLB法与静态稳定性实验对近20种乳化剂及其复配方案进行了初选。从降黏率的角度出发，对初选出来的9种乳化剂进行优选，最终筛选出了降黏效果好、静态稳定性优的两种复配型乳化剂，即司班80（25.8%）与十二烷基苯磺酸钠（74.2%）复配型乳化剂、司班80（10.1%）与十二烷基苯磺酸钠（89.9%）复配型乳化剂，两种乳化剂的降黏率均在99%以上。

稠油；O/W乳状液；复配；乳化；降黏；实验

目前，国内外常用的稠油集输降黏方法有乳化降黏法、加热降黏法、掺热水或活性水法、掺稀油法以及稠油改质降黏法等。稠油乳化降黏技术是采用加剂的方法，将表面活性剂（乳化剂）加入稠油中形成乳状液，由于乳化剂的作用，稠油就会以小液滴的形式分散在水中，水为外相，油为内相，使稠油与管壁的摩擦和稠油与稠油之间的内摩擦变为水与管壁的摩擦、水与稠油液滴的摩擦，从而大大降低管输摩阻。添加乳化剂后形成的乳状液的黏度可比稠油黏度降低2～4个数量级甚至更多。

1 陈庄稠油乳化降黏剂的筛选

1.1实验稠油的基本物性测量

本实验采用的油样是胜利油田陈庄联合站的油样，为未脱水的稠油，实验前要用脱水仪进行脱水，然后再测量其基本物性，配制乳状液所用的水均为自来水。依据相关标准进行试验，可以测得稠油凝点为20℃；密度（20℃）为1.012 7 g/cm3；黏温关系式为μ0=49780e-0.0659T。根据我国原油的分类标准，陈庄稠油应属于普通稠油的范畴。

1.2稠油油样乳状液制备

乳化剂筛选的实验条件：制备温度50℃，质量分数1%；体积含油率50%；搅拌强度2000 r/min；搅拌时间10min。

用电子天平称取所需的乳化剂用量，将药剂溶解于自来水中，形成乳化剂溶液。配置完成后，同样将其放入50℃恒温水浴中静置1 h，同时用玻璃棒搅拌使得表面活性剂均匀溶解在水中。当稠油油样和药剂溶液都达到乳化温度后，调整乳化机的转速，将乳化机的搅拌头至于烧杯的中央，深度为油样刚没过搅拌头，设定搅拌器的转速，打开电源，并开始计时。

1.3乳化剂初选

在乳化剂初选实验中，根据HLB值与静态稳定性初选乳化剂。初选实验分为单一乳化剂和复配型乳化剂初选两种。

1.3.1 单一乳化剂乳化效果实验

对于形成O/W型乳状液的表面活性剂，其HLB值在8～18之间，所以在选择单一乳化剂时，应首先查知其HLB值，然后再进行实验。根据此原则，对以下表面活性剂进行了实验。

按照乳化实验方案，制备成含水50%的O/W乳状液，迅速倒入A、B两个比色管中，按A（50mL）→B（100mL）→A（50mL）的顺序倒入。将比色管放入40℃水浴中静置，记录A、B管中析水量随时间的变化，取平均值。

从油酸钠乳状液和十二烷基硫酸钠乳状液静置脱水对比结果可以看出：油酸钠与油样形成的乳状液其静态稳定性很好，肉眼基本观察不出有水析出；而十二烷基硫酸钠与油样形成的乳状液静态稳定性不好，静置1 h后就有大量水析出。

通过单一表面活性剂的初选实验，从静态稳定性的角度出发，分别从阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂中选出5种乳化剂与甜菜碱来进行复配实验。其中，选中的阴离子表面活性剂有油酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠；非离子表面活性剂有OP—10、吐温80；两性表面活性剂有甜菜碱。

1.3.2 复配型乳化剂乳化效果实验

复配型乳化剂的乳化效果之所以存在优于单一乳化剂的可能性，是因为当HLB值相差较大的两种或两种以上乳化剂混合时，它们会在界面膜上吸附形成一种“新的复合物”，定向排列比单独使用一种乳化剂更加紧密，因此界面膜具有更高的强度。阻止分散相液滴聚并的能力越强，乳状液则更加稳定。复配乳化剂的HLB值可以使用加权平均法计算，如式（1）所示。

式中WA、WB、WC分别为乳化剂A、B、C的质量。

由于HLB值相差大的复配后的乳化剂的乳化效果好，所以实验选择油包水型乳化剂司班80，分别与单一实验中初选出的阴离子表面活性剂及非离子表面活性剂复配。从而初选出相对于油样合适的乳化剂复配方式。

1.4乳化剂优选

从降黏率的角度出发，对乳化剂初选实验中选出的表面活性剂进行优选。采用相同方法配制乳状液，使用德国Anton Paar流变仪测得各乳状液黏度；同样测定了各种不同乳状液黏度随剪切速率变化的情况。

分析实验结果可知：乳化降黏后，50℃下吐温80与油样形成的乳状液的黏度远远大于其他8种乳化液的黏度。吐温80的降黏率偏低。司班80（25.8%）与十二烷基苯磺酸钠（74.2%）复配、司班80（10.1%）与十二烷基苯磺酸钠（89.9%）复配所得乳化剂具有较好的性能，乳化效果较为稳定，降黏率也较高，分别为99.92%、99.89%。

2 乳化降黏效果的影响因素

2.1含水率（相体积分数）对乳化降黏效果的影响

当原油中的含水率小于某一值时，所形成的乳状液的类型只能为油包水型；若原油中的含水率大于某一值时，所形成的乳状液的类型就只能是水包油型。当乳化效果最优时，含水率一般集中在20%～50%。

由图1分析可以发现，随着含水率的提高（即随着水相体积分数的提高），由两种复配型乳化剂所得到的乳状液的黏度减小；本实验中，建议使用降黏幅度随含水量变化不大的司班80（25.8%）—十二烷基苯磺酸钠（74.2%）复配型乳化剂，这样可以有效避免由于输送过程中含水量的变化带来的影响；同时，当含水量较低时，乳状液黏度大，但是注水量小，操作简单且经济；当含水量高时，乳状液黏度小，但注水过多，操作复杂，也会增加集输加热的能耗，这就需要确定最佳含水量。本实验中，建议采用含水量为40%。

图1 两种乳化剂降黏效果随含水率变化对比

2.2加剂量对乳化降黏效果的影响

加入的乳化剂的量将影响乳化降黏效果。在探究了含水量对乳化降黏的影响后，研究加剂量对乳化降黏效果的影响。在本实验中，控制乳化温度为50℃，搅拌强度为2 000 r/min、搅拌10min，油水比为6∶4，控制剪切速率为70 s-1。图2给出了两种乳化液在加剂量分别为0.5%（质量）、1%、1.5%下的黏度随加剂量变化曲线。

图2 两种乳化剂降黏效果随加剂量变化对比

由图2可以看出，即使是相同的药品，复配比例不同，加剂量对乳化降黏效果有很大不同。所以，对于不同的药品，或者相同的药品不同的复配比例，都要进行实验来确定最佳加剂量。

3 结论与建议

（1）针对陈庄稠油进行了室内实验，配置了一系列O/W型乳化剂，通过HLB法与静态稳定性实验对近20种乳化剂及其复配方案进行了初选，从降黏率的角度出发，对初选出来的9种乳化剂进行优选，最终筛选出了降黏效果好、静态稳定性优的两种复配型乳化剂，即司班80（25.8%）与十二烷基苯磺酸钠（74.2%）复配型乳化剂，司班80（10.1%）与十二烷基苯磺酸钠（89.9%）复配型乳化剂，两种乳化剂的降黏率均在99%以上。

（2）研究了不同含水率及不同加剂量对乳状液黏度的影响。实验结果表明：①当含水率为30%～ 50%时，随含水率的增加，稠油黏度下降。含水率过低，稠油黏度下降不够明显；含水率过高，稠油黏度大幅下降，但集输加热能耗高、不经济。因此选择含水率为40%。②加剂浓度的确定要从复配乳化剂本身出发，通过大量实验，确定适合该药剂的最佳加剂量。

（3）在乳化降黏实验中，由于时间与测量仪器的原因，乳化降黏效果影响因素实验做的还不够多，乳化温度、乳化强度都没有考虑。还应进行大量实验，对其他影响因素进行研究，以期得到更全面的实验结论。

（栏目主持 杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.005

基金论文：国家科技支撑计划课题“大规模燃煤电厂烟气CO2捕集纯化、驱油与封存工程示范及评价”（2012BAC24B05）。