溢油凝油剂凝油特性测试方法研究

赵 月，于 达（.中国石油大学油气管道输送安全国家工程实验室，北京 049；.城市油气输配技术北京市重点实验室，北京 049）

溢油凝油剂凝油特性测试方法研究

赵 月1，于 达2
（1.中国石油大学油气管道输送安全国家工程实验室，北京 102249；2.城市油气输配技术北京市重点实验室，北京 102249）

针对国内外凝油效果好的凝油剂，建立适用性、可靠性强的凝油特性测试方法，并自制了凝油挤压器。基于大量调研、实验寻找可靠的测试凝油特性的方法。实验结果表明，测粘度方法不适用于凝油效果较好的情况，实际意义小。密度、抗剪切性、针入度、延度、粘弹性、屈服值、硬度指标予以排除。之后，结合凝油剂凝油特性设计并制作了凝油挤压器，凝油挤压器测量的各凝油剂在不同剂油比下的凝油抗挤强度数值有一定规律性，可以表征凝油的抗挤特性，且可靠性、稳定性好，适用性强。

溢油；凝油剂；凝油特性；测试方法

近年来，石油勘探、开发步入海洋时代，石油交通运输业迅猛发展，随之而来的是溢油事故频发［1］。目前，主要的溢油处理方法却有着各种不足之处。现场焚烧会造成二次污染；生物修复法处理效果缓慢；机械方法处理后溢油残留较多［2］。溢油处理使用较多的化学分散剂方法，有毒，且危害海底生态环境，存在着巨大隐患［4］。因此，迫切需要寻找环境友好、高效的溢油处理方法。凝油剂具有无毒、无污染、简单、高效、易于回收等诸多优点，在处理溢油事件上有着很大潜力［5］。目前凝油剂研发及生产虽已有一定规模，但实际应用较少。主要是由于没有统一、可靠的凝油剂凝油特性测试方法。而且，国内外鲜有凝油特性的测试方法标准或规定。因此，有必要寻找适用于各种凝油剂，特别是对凝油效果好的凝油剂，寻找可靠性、适用性强的凝油特性测试方法。

1　测试方法分析

目前，普遍使用粘度作为凝油剂凝油特性测试指标。但实际上，在凝油效果较好时，凝油粘度很大，往往会超出仪器测试范围。凝油为固体状态时也无法测量粘度。能够进行粘度测量基本上是凝油效果较差的情况，而这种情况测量的数据对实际应用意义不大，且粘度测量费时费力。因此，不推荐粘度作为凝油特性测试指标。

实际观察可知，凝油与沥青胶凝原油有相似之处，尝试将沥青和胶凝原油的测试方法应用于凝油特性测试。尝试使用沥青测针入度的方法，试验表明，凝油是原油和凝油剂形成的不均匀物质，会出现分散颗粒状固体的情况，针入度数值重复测量结果偏差很大，无法得到准确数值，无法作为凝油特性测试指标［8］。通过试验尝试胶凝原油的粘弹性、屈服值测量方法，使用旋转流变仪测量，但旋转流变仪测量精度过高，对于凝油剂颗粒较大，固体，颗粒状固体等情况均无法进行测量，凝油效果较好时粘度过大会超出测量范围，因此无法进行凝油粘弹性、屈服性测量。华东理工大学的姚重华通过自制仪器进行了凝油的硬度测量，进行了很简单的测量，但测量数据少，无法判断其对于各凝油剂凝油的适用性［3］。

2　实验参数及材料确定

2.1实验基本参数确定

实验使用IKA-WERKE搅拌器在烧杯中搅拌，以渤海为例，模拟水面运动对原油的剪切作用。水面的波浪表层搅拌系数BV约为0.02m2/s，海水密度近似取1 000kg/m3，则动力粘度μ=20Pa·s。据调查，渤海海域各月涌浪高主要集中在0.3～2.2m之间，各月平均涌浪高在1.2m左右［4］。根据动力粘度的定义计算得搅拌器转速为600r/min。

2.2实验基本材料

选取渤海油田中旅大10-1原油为实验用油，旅大10-1油田所产原油为典型的普通环烷基重质原油。

通过各种渠道在全世界范围内，收集到凝油剂总共13种。其中包括国内6种，日本1种，美国环保署（EPA）国家应急计划产品中6种凝油剂。鉴于收集到凝油剂较多，质量参差不齐。实际处理溢油选用凝油剂时，一定会选用凝油效果较好的，如果对全部13种凝油剂进行实验，工作量过大，费时费力。因此，先进行简单的筛选实验，筛选出凝油效果较好的凝油剂。实验依据凝油的状态，结块情况、油块大小、硬度、水层清澈度等筛选出凝油效果较好的5种凝油剂N1、N3、N9。

3　一种新的仪器及评价方法

3.1凝油挤压器

凝油剂在不同剂油比下形成的凝油性质差别很大，随着剂油比的增加凝油状态从流体到半固体到固体，并且所形成凝油为非均匀物质，现有评测手段中很难找到适合的测量所有状态凝油的方法。结合形成凝油的状态性质，自制了一台凝油挤压器。仪器结构如图1所示。

图1　凝油挤压器结构图

3.1.1仪器简介

仪器名称：凝油挤压器；仪器测量物理量名称：凝油抗挤强度；仪器量程：0-10；仪器基本组成：托盘、活塞、活动筒盖、测量筒、底盘、网、砝码。

3.2仪器测试及结果分析

3.2.1仪器测试实验步骤

① 将500mL的烧杯放在天平上，加入海水和原油；② 按照选定剂油比计算出放入凝油剂量，加入凝油剂；③ 用搅拌器进行搅拌，600r/min，10min；④ 观察并记录实验现象；⑤根据凝点测试国标GB 510—1983，进行凝油凝点测试，并记录结果，凝点测试最高值为50℃；⑥ 静置10min后，取出10g凝油，放入凝油挤压器，凝油挤压器托盘上加5.1kg的砝码，保持30s，取下砝码，刮下挤出的凝油，进行称重，记录数据，重复三次取平均值。

3.2.2仪器测试实验步骤

①凝油挤压器重复性

为了减小凝油挤压器的随机误差，测三次取平均值。为了验证凝油挤压器的重复性，以凝油剂N3为例，进行实验，数据计算结果为平均方差0.102，具体见图2带误差棒的旅大N3凝油抗挤强度曲线。

实验表明，按照正确的实验步骤操作，凝油抗挤强度的实验偏差一般在0.5以内。随着剂油比的变化得到的凝油抗挤强度数值有着明显的区分度和很好的稳定性，重复性好。

②凝油挤压器凝油特性测试结果

实验测试了各凝油剂从剂油比为0直到凝油剂明显过量的凝油抗挤强度数值。实验结果如图2～4所示。

图3　N1凝油剂凝油抗挤强度曲线

由图2～4可知，随着剂油比的增加，凝油抗挤压强度呈下降趋势。凝油状态变化为流体→半固体→块状固体→小颗粒状固体。基本上，凝油抗挤强度在小于4.5时，凝油为固体状态，大于4.5时为流体状态。

由图2～4可知，不同凝油剂达到各个状态的具体剂油比及凝油抗挤压强度区间不同。N3凝油剂在剂油比为35%时即可达到固体状态，且凝油抗挤强度小于3，在剂油比为55%～75%区间，达到凝油效果最好区域；凝油剂N1在剂油比为55%时即可达到固体状态，凝油抗挤强度小于1.5，但N1由于凝油剂本身较硬，导致凝油抗挤强度较低，在剂油比为90%时达到凝油效果最好区域；N4凝油剂在剂油比为55%时即可达到固体状态，但是，形成固体很软，在剂油比80%以上形成较硬固体，凝油抗挤强度小于4，在剂油比为85%时达到凝油效果最好区域；N8凝油剂在剂油比55%时达到固体状态，凝油抗挤强度小于4.5，在剂油比为60%时达到凝油效果最好区域；N9凝油剂在剂油比为65%时达到固体状态，凝油抗挤强度小于4.5，在剂油比为65%时达到凝油效果最好区域。

图4　N8凝油剂凝油抗挤强度曲线

初步实验表明，凝油挤压器对不同凝油剂在不同剂油比下呈现流动、半流动、半固体、固体、颗粒状固体的凝油均能够进行测量，并且有着较好的区分度。凝油抗挤强度可体现各凝油剂的凝油抗挤特性，大致可指示各凝油剂呈现不同凝油状态的剂油比区间。凝油抗挤强度数值与实验观察结果对比表明，在凝油剂不过量的情况下，同一凝油剂不同剂油比下形成凝油的好坏与凝油抗挤强度数值相互对应，凝油挤压器得出的凝油抗挤强度数值越小，凝油剂与原油结合的凝油凝固效果越好，凝油抗挤强度数值可以表示凝油效果好坏。

4　结束语

1）通过对各种可能的凝油特性测试方法进行调研、试验，结果表明：粘度指标无法测量凝油效果较好的情况，实际意义不大；密度、抗剪切性、针入度、延度、粘弹性、屈服值、硬度指标由于各方面原因不宜作为凝油特性测试指标。

2）根据不同情况下凝油特性设计制作了凝油挤压器，凝油挤压器可以对不同凝油剂不同条件下制备的凝油进行测量，适用性强，可靠性、稳定性好，可以表征凝油的抗挤特性。在凝油剂不过量的情况下，同一凝油剂不同剂油比下凝油挤压器得出的凝油抗挤强度数值越小，凝油剂与原油结合的凝油凝固效果越好。

根据本文研究结果可以对凝油剂的凝油特性进行深入的研究，有助于凝油剂标准体系的建立，有助于凝油剂的研发、对实际应用进行相关研究。

［1］ 桂客.海上溢油污染的危害及防治措施［J］.环境保护与循环经济，2011，31（11）：56-58.

［2］ 周志国，马传军，杨洋洋.海上溢油处置技术研究进展［J］.安全、健康和环境，2013（4）：34-37.

［3］ 姚重华，苏克曼.山梨醇型凝油剂的制备与性能［J］.上海环境科学，1993，12（11）：24-25.

［4］ 杨永增，乔方利，夏长水，等.海浪对海洋上层的动量与混合作用分析［J］.海洋科学进展，2003（4）：363-368.

Pour Oil Condensate Oil Spill Characteristics Test Methods

Zhao Yue，Yu Da

According to good effect at home and abroad condensate oil condensate oil，establish applicability，high reliability characteristics of the test method condensate oil，condensate and oil made the extruder. Based on extensive research and experiments to find a reliable test method for pour point oil properties. Experimental results show that the viscosity measurement method does not apply to pour oil better situation，little practical significance. Density，shear resistance，penetration，ductility，viscoelasticity，yield value，hardness index be excluded. After that，combined with condensate oil condensate oil properties designed and fabricated extruder condensate oil，condensate oil condensate oil squeeze each measured at different solvent to oil ratio of condensate oil collapse resistance value of a certain regularity，can be characterized anticoagulant properties of the oil squeeze and reliability，good stability，suitable Strong.

oil spill； gelling agent；pour oil properties；test methods

TQ421

B

1003-6490（2016）05-0039-02

2016-05-10

赵月（1993—），女，河北定州人，硕士在读，主要研究方向为海洋污染防治、长距离管道输送方向的研究。