一种微乳液清蜡剂的合成及性能研究

张国东 何大鹏 高萌 高金龙 张国权

摘 要：为了克服油基清蜡剂密度小、加注效率低和水基清蜡剂溶蜡速度慢等问题，通过对油相、表面活性剂、分散剂和加重剂的种类及添加量的分析，确定出微乳液清蜡剂最佳配方，其中主要包括混合有机溶剂%=55%、复配型表面活性%=17%，正己醇%=10%，氯化钠%=2%，甲酸盐加重剂%=3.5%，剩余为水，该微乳液清蜡剂的清蜡速率可以达到0.053 4 g/min，该配方主要采用在含有混合型有机溶剂和复配型表面活性剂的基础上，同时添加环保型的加重剂，来增加微乳清蜡剂的溶蜡速率和加入效率，进一步提高效益，降低成本。

关 键 词：清蜡剂;微乳液;溶蜡速率

中图分类号：TE 624 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）06-1291-03

Synthesis and Properties of a Kind of Microemulsion Paraffin Remover

ZHANG Guo-dong1， HE Da-peng1， GAO Meng1， GAO Jin-long2， ZHANG Guo-quan3

（1. Yanchang Oilfield Co.，Ltd. Exploration & Development Technology Research Center， Shaanxi Yan′an 716001， China;

2. Yanchang Oilfield Co.，Ltd. Petroleum Exploration Company， Shaanxi Yan′an 716000， China;

3. Yanchang Oilfield Co.，Ltd. Xiqu Oil Production Plant， Shaanxi Yan′an 717504， China）

Abstract： In order to overcome defects of the oil base-paraffin remover and the water-base paraffin remover， the best formula of microemulsion paraffin remover was obtained through analysis of type and amount of oil phase，surfactant，dispersant and weighting agent. The results show that： when mixed organic solvent is 55%，complex surfactant is 17%，hexanol is 10%，sodium chloride is 2%，formate salt weighting agent is 3.5%，the speed of paraffin dissolution of the microemulsion paraffin remover is 0.053 4 g/min. The microemulsion paraffin remover cam increase the speed of paraffin dissolution and the filling efficiency by adding mixed organic，complex surfactant and environmentally friendly weighting agents.

Key words： Paraffin remover;Microemulsion;Speed of paraffin dissolution

蜡在油层条件下通常以溶解态存在，然而在油田开采过程中，含蜡原油沿着油管上升，随着压力和温度的不断降低，以及原油中轻质组分的不断逸出，当原油接触到一个温度低于临界浊点的表面时，即出现蜡沉积[1，2]。目前，常用的清蜡剂分为油基和水基两类。油基清蜡剂虽然溶蜡速度快，但密度小，加注效率低，而且易挥发、闪点低、有机氯控制难度大，对含水高的油井清蜡效率低，在储运及使用过程中易燃、长期使用有害工人身体健康[3，4];水基清蜡剂虽然密度大、加注效率高，但溶蜡速度慢，冬季低温条件下易冻结[5]。然而，微乳液具有较好的稳定性，对人体无毒，受温度影响小，现有的微乳液型清蜡剂大多采用单一的有机溶剂作为油相，以及单一的表面活性剂作为乳化剂[6]，同时密度小、加注效率低。针对现有清蜡剂的缺陷，利用微乳液制备机理，开发一种密度大、安全环保、加注效率高的微乳液清蜡剂。

1 实验部分

1.1 实验药品和仪器

药品：苯、甲苯、二甲苯、环己烷、石油醚、正己醇、氯化钠、十二烷基磺酸钠、吐温80、甲酸钠。

仪器：电热恒温水浴锅、磁力搅拌器、恒温干燥箱、ZYM型数显液体密度计。

1.2 微乳液清蜡剂制备方法

常温常压下，向反应容器中加入设计量的蒸馏水、NaCl、加重剂和表面活性剂混合均匀，搅拌至表面活性剂完全溶解，再逐滴缓慢加入分散剂搅拌至溶液透明，加入设计量的油相，混合搅拌至溶液呈透明，得到微浊的稳定微乳液清蜡剂，静置待用。1.3 微乳液清蜡剂性能评价方法

1.3.1 不同油相及添加量对溶蜡速率的影响

取15 mL不同微乳液溶剂加入100 mL的量筒中，置于45 ℃的水浴锅中，用细线将蜡球悬浮沉浸在微乳液清蜡剂中，测试蜡球完全溶解时间，计算溶蜡速率。

溶蜡速率见公式（1）。

r = mb /t （1）

式中：r—溶蜡效率，g·min-1;

mb—蠟球质量，g;

t—蜡球溶完所用的时间，min。

微乳液清蜡剂成分：1）2%NaCl+3.5%甲酸盐加重剂+17%复配型表面活性剂+10%正己醇+55%不同油相溶剂;2）2%NaCl+3.5%甲酸盐加重剂+17%复配型表面活性剂+10%正己醇+不同比例的苯—甲苯油相溶剂;

1.3.2 表面活性剂配比及添加量对溶蜡速率的影响

测试方法同1.3.1步骤，微乳液清蜡剂成分：1）2%NaCl+3.5%甲酸盐加重剂+17%不同复配比例表面活性剂+8%正己醇+55%苯-甲苯混合油相溶剂;2）2%NaCl+3.5%甲酸盐加重剂+不同量复配型表面活性剂+10%正己醇+55%苯-甲苯混合油相溶剂;

1.3.3 分散剂对溶蜡速率的影响

测试方法同1.3.1步骤，微乳液清蜡剂成分：2%NaCl+3.5%甲酸盐加重剂+17%复配型表面活性剂+不同量正己醇+55%苯-甲苯混合油相溶劑;

1.3.4 加重剂对溶蜡速率的影响

测试方法同1.3.1步骤，微乳液清蜡剂成分：2%NaCl+不同量甲酸盐加重剂+17%复配型表面活性剂+10%正己醇+55%苯-甲苯混合油相溶剂;

1.3.5 其他性能评价

对该清蜡剂的外观、凝点、闪电、密度、溶蜡速率、有机氯含量和二硫化碳含量进行测试，凝点测试参照GB/T 510-1983，闪点测试参照GB/T 261-2008，密度采用ZYM型数显液体密度计进行测定，溶蜡速率、有机氯含量和二硫化碳含量测试均参照SY/T6300-2009。

2 结果与讨论

2.1 油相对溶蜡速率的影响

选用不同类型单一有机溶剂对其溶蜡速率进行试验，结果见表1。由表1可知，苯和甲苯的溶蜡速率较大，由于原油中沥青质、胶质中含有短侧链和稠环芳烃，单一的有机溶剂对溶蜡效果并不理想，因此，采用溶蜡速率较高的苯和甲苯的混合物作为溶剂，其溶蜡效果见表2。由表2可知，苯和甲苯复配的混合有机溶剂的溶蜡效果明显优于单一的有机溶剂，且当m（苯） ∶m（甲苯）=2∶3时，其溶蜡效果最佳。

另外，将苯和甲苯的混合有机溶剂作为清蜡剂的油相，其添加的百分含量对溶蜡速率的影响见图1。由图1可知，当油相含量为55%时，其溶蜡效果最佳。这是因为油相添加量增加会降低清蜡剂与蜡块分子之间的极性，使得能够更加相互溶解，另外油相增多会形成较多的双电层油包水或水包油离子氛，增加溶剂化作用降低范德华力使得蜡块层层脱落，增加溶蜡速率。当油相浓度大于55%时，油相成分过大，亲水亲油平衡值降低导致体系不稳定，因此微乳液清蜡剂溶蜡速率降低。

表1 单一有机溶剂的溶蜡速率

Table 1 The paraffin dissolution speed of a single organic solvent

表2 混合有机溶剂的溶蜡速率

Table 2 The paraffin dissolution speed of mixed organic solvent

图1 油相添加量对溶蜡速率的影响

Fig.1 The effect of addition of oil to paraffin dissolution speed

2.2 表面活性剂对溶蜡速率的影响

表面活性剂在水中达到一定浓度时，可以使体系具有较低的界面张力，能够有助于清蜡剂借助强的形成氢键能力和渗透、分散作用进入胶质和沥青质片状分子之间，达到快速溶解蜡质的目的。单一的表面活性剂难以满足多组分体系的乳化要求，同时单一作用对溶蜡效果有一定的影响[7，8]。采用阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂混合作为混合型表面活性剂对溶蜡效果进行试验，试验结果见表3、表4，阴离子表面活性剂选用十二烷基磺酸钠，非离子型表面活性剂选用吐温80。由表4可知，随着非离子表面活性剂含量的增加，其溶蜡速率先增加后降低，当m（阴离子型）：m（非离子型）=4：1时，其溶蜡效果最佳。

对清蜡剂中混合型表面活性剂含量对溶蜡速率影响进行研究，结果如图2所示。由图2可知，当清蜡剂中混合型表面活性剂的含量为17%时，其溶蜡速率最快。这是因为随着混合表面活性剂的增加，体系内部油水界面张力降低，表面活性剂分子吸附在蜡块表面，表面活性剂分子不断的浸透、润湿使得蜡块之间的粘滞作用降低，进而剥离蜡块所需要的功降低，溶蜡速率增加。表面活性剂继续增大会导致溶蜡速率降低，表面活性剂添加量过大时，当大于CMC之后，表面活性剂分子不会对蜡块起到增溶作用，反而会增加粘度影响微乳液体系的稳定性，降低了表面活性剂分子与蜡块之间的范德华力，进而使得体系的溶蜡速率降低。

表3 混合型表面活性剂对溶蜡速率的影响

Table 3 The effect of mixed surfactant to paraffin dissolution speed

图2 表面活性剂对溶蜡速率的影响

Fig.2 The effect of surfactant to paraffin dissolution speed

2.3 分散剂对溶蜡速率的影响

微乳液制备过程中，醇类作为好的分散剂被广泛使用[9，10]，不仅可以作为互溶剂，还可以降低体系界面张力，提高清蜡速率。醇类的选择对微乳液的形成很重要，碳数太高不利于形成微乳液，碳数太低会降低体系的闪点，不利于清蜡剂的安全要求，考虑闪点的要求，选用正己醇作为分散剂对溶蜡速率进行研究，其结果见图3。由图3可知，随着正己醇含量的增加，其溶蜡速率呈先增大后降低的趋势，当正己醇含量达到10%时，溶蜡速率最大。这是因为随着正己醇的加入，体系中油水界面张力逐渐降低，降低了蜡块之间的粘附功，吸附剥离使得溶蜡所需的动力功降低进而能够更快溶解蜡块。当分散剂正己醇到达一定量后，相对表面活性剂有效成分降低，使得表/界面张力逐渐增大，正己醇分子卷曲导致微乳液体系不够稳定使得微乳液熔蜡剂的溶蜡速率降低。

图3 分散剂对溶蜡速率的影响

Fig.3 The effect of dispersant to paraffin dissolution speed

2.4 加重剂对溶蜡速率的影响

加重剂选用甲酸盐类，甲酸盐溶于水，无毒、易生物降解，对环境友好，增大微乳液清蜡剂的密度，提高清蜡剂在溶蜡过程中的加注效率，选用甲酸钠作为加重剂，其含量对清蜡剂密度和溶蜡速率的影响见表4。由表4可以看出，随着加重剂的加入，其溶蜡速率先增大后保持不变，当加重剂含量为3.5%时，其溶蜡速率达到最佳。这是因为甲酸盐加重剂增加微乳液密度，使得油包水、水包油乳液能夠更加稳定，不利于油水相分离，另外单粒油包水分子或水包油分子能更快的吸附于油蜡表面进一步渗透、润湿反转使得剥离速度加快，进而增加溶蜡速率。

表4 加重剂对密度和溶蜡速率的影响

Table 4 The effect of weighting agent to paraffin dissolution speed and density

表6 微乳液清蜡剂现场试验效果

Table 6 The ability of microemulsion paraffin remover

另外，NaCl可增加胶束的表面膜硬度，降低醇的用量，提高微乳液清蜡剂的稳定性，在制备的清蜡剂中加入1.5%的氯化钠。

综上所述，制备的微乳液清蜡剂最佳配方为混合有机溶剂的油相含量55%，混合型表面活性剂17%，正己醇10%，氯化钠1.5%，加重剂3.5%，水相13%。

3 现场试验

利用制备的微乳液清蜡剂针对延长油田甘泉区块4口井进行了试验，试验数据如表6所示。

由表6可知，通过对延长油田甘泉区块4口井的工况实验，发现与加药前相比，试验井平均载荷降低了6.45 kN，效果明显好于非试验井。给该区块产生带来了较大的收益，可以在该区块进行推广实验来增加效益。

4 结 论

（1）微乳液清蜡剂最佳配方为质量分数55%油相溶剂，17%的表面活性剂，10%的正己醇，1.5%的氯化钠，3.5%甲酸盐加重剂，13%的水相。

（2）制备的微乳液清蜡剂采用混合型的油相和表面活性剂，溶蜡速率高，同时该清蜡剂中添加了甲酸钠作为加重剂，不仅增大了清蜡剂的密度，提高其加注效率，而且甲酸钠无毒，易生物降解，对环境友好，符合产品未来发展趋势。

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