HLB值评价稠油乳化增黏主要因素的研究

方晓玲

摘      要：以某油田稠油为研究对象，将已知HLB值的表面活性剂Span-80、Twen-80复配成溶液， 将溶液加入稠油中， 形成乳状液后， 恒温后测定其黏度，将乳状液的黏度对HLB值做图。根据该曲线分析得出油样中的胶质是影响稠油黏度的主要因素，且随着胶质、沥青质含量的增多，稠油黏度增大。对油样进行红外光谱及HLB值测试，发现随着黏度的增大，羟基吸收峰的面积以及稠油的视HLB值逐渐增大。

关  键  词：表面活性剂; 复配; 稠油; HLB值; 黏度

中圖分类号：TE39      文献标识码： B       文章编号： 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

目前针对超稠油油藏的开发，井筒电加热降黏工艺是解决稠油开采举升难题的主导工艺。由于稠油井不同生产阶段含水、温度变化较大，对原油黏度影响也较大，从而影响抽油机生产载荷，高黏度原油大大增加了抽油机负荷，增加了能耗。因此必须结合原油不同组分、不同温度、不同含水条件下的油水混合液黏度进行“动态”分析，确定稠油乳化增黏原因分析与研究，从而指实现稠油高效节能开采[1]。

稠油具有乳化能力是由于稠油中含有天然的表面活性剂，这种天然的表面活性剂主要是稠油的胶质和沥青质等活性组分。表面活性剂是由亲水性的极性基团和具有亲油性的非极性基团组成的有机化合物。衡量表面活性剂的一项重要指标是其分子中亲油基团的亲油性以及亲水基团的亲水性[2]。本研究采用稠油HLB值来评价分析稠油乳化增黏的主要因素[3]。

1  实验部分

1.1  主要试剂和仪器

甲苯、正庚烷、石油醚、无水乙醇，均为分析纯，表面活性剂Span-80、Twen-80均为化学纯。超级恒温器，上海实验仪器厂生产;磁力搅拌器，东营市瑞丰化工厂生产;数显黏度计（型号Brookfield DV-Ⅱ+Pro），美国BROOKFIELD生产。

1.2  实验原理

根据HLB值的测定原理，将稠油HLB值测定用于衡量稠油中天然表面活性剂的亲水亲油性。稠油HLB值的测定原理如图1所示。

如图1所示，稠油中沥青质是主要的界面活性组分，胶质作为分散剂对沥青质起很好的稳定作用，是稠油能够与水乳化形成油包水乳状液的主要原因。在油水界面有一层牢固的具有粘弹性网状结构的保护层阻止水滴团聚、沉降，主要的形成原因是：沥青质分子之间由于受电荷转移、偶极相互作用以及氢键等作用，使其形成特殊结构的聚集体，同时与其构型匹配的胶质又由于在范德华力的作用下通过吸附作用结合，从而形成更加稳定的沥青质聚集体并在油水界面聚集[4-6]。

1.3  实验方法

将HLB值为4.3的表面活性剂Span-80与HLB值为15的表面活性剂TW-80按不同配比复配，从而得到一组HLB值不同的表面活性剂体系，再配置一定浓度的水溶液。

将不同HLB值的表面活性剂体系配制为1%（质量分数）的水溶液。按油水质量比m（油）∶m（水）=6∶4的比例，分别称取一定量的稠油及表面活性剂地层水溶液于2个烧杯中，并用保鲜膜将烧杯封好，在50 ℃下恒温1 h后，将油水混合并充分搅拌，使其形成稳定的乳状液，并在50 ℃下恒温2 h。恒温过后在50 ℃下测量其黏度，将乳状液的黏度对HLB值做图[8]。

2  结果与讨论

2.1  影响稠油HLB值测定的因素考察

2.1.1  乳化温度

将HLB值为4.3的表面活性剂Span-80与HLB值为15的表面活性剂TW-80按不同配比复配得到HLB值不同的表面活性剂体系，再配置表面活性剂质量浓度为1%的水溶液，与稠油样品分别在30 ℃、50 ℃和80 ℃下乳化成油水比为6：4的乳状液，测定其乳状液黏度，作乳状液黏度对水溶液HLB值的标准曲线，读取各稠油的HLB值[9]。

2.1.2  油水比

将HLB值为4.3的表面活性剂Span-80与HLB值为15的表面活性剂TW-80按不同配比复配得到HLB值不同的表面活性剂体系，再配置表面活性剂质量浓度为1%的水溶液，与稠油样品分别在50℃下乳化成油水比为5：5、6：4、7：3的乳状液，测定其乳状液黏度，作乳状液黏度对水溶液HLB值的标准曲线，读取各稠油的HLB值[10]。

2.1.3  表面活性剂的加量对稠油HLB值的影响

用已知HLB值的表面活性剂Span-80和TW-80配制一系列不同HLB值的复配表面活性劑体系，配制表面活性剂质量浓度为0.5%、1.0%、2.0%的水溶液，与稠油样品分别在50 ℃下乳化成油水比6：4的乳状液，测定其乳状液黏度，作乳状液黏度对水溶液HLB值的标准曲线，读取各稠油的HLB值[11]。

2.1.4  矿化度对稠油HLB值的影响

用NaCl配制矿化度为10 000、23  462、50 000 mg/L的水相，用将HLB值为4.3的表面活性剂Span-80与HLB值为15的表面活性剂TW-80按不同配比复配得到HLB值不同的表面活性剂体系，再配置表面活性剂质量浓度为1%的水溶液，与稠油样品分别在50 ℃下乳化成油水比6：4的乳状液，测定其乳状液黏度，作乳状液黏度对水溶液HLB值的标准曲线，读取各稠油的HLB值[12，13]。

根据条件实验测得数据，绘制不同实验条件对HLB值影响的关系曲线，如图2所示。

（1）随着温度的升高，HLB值减小。温度升高，W/O界面膜强度减弱，使得所需表面活性剂的HLB值减小。

（2）随着油水比的减小，HLB值减小。当增大油水比，油的含量较高而水的含量相对较少，此时W/O乳状液转相成O/W乳状液较难，故需要的表面活性剂的HLB值偏高，当油水比减小时，此时乳状液的转相比较容易，相应的HLB值会减小。

（3）随着表面活性剂浓度的增大，表面活性剂的HLB值减小。由于表面活性剂TW-80是油包水型，所以其具有破乳的功效，加入到乳状液中可润湿成膜物质，使界面层中的活性组分向油相和水相溶解，破坏界面膜，表面活性剂的加量越多，对界面膜的破坏作用越大，乳状液破乳越快，达到相同的作用效果所需的TW-80的相对量越少，测得的HLB值越小。

（4）随着矿化度的增大，HLB值减小。

2.2  11种稠油样品的视HLB值

按照HLB值的测定方法测定11中样品稠油的视HLB值，测定结果如表2和图3、图4。

因样品1黏度较小，加入表面活性剂后形成的O/W型乳状液黏度较小，导致加入不同HLB值后的稠油乳状液黏度相差不大，根据乳状液黏度测不出样品1的视HLB。

2.3  稠油羟基吸收峰与视HLB值的关联

稠油中主要的极性官能团主要是含氧官能团，通过分析11个稠油样品的红外光谱，并用专门的红外分析软件计算了波长在3 100～3 600 cm-1的吸收峰面积。此波长范围属于羟基吸收峰因此称作羟基吸收峰面积。其结果见表3，与视HLB值的关联结果见图5、图6。

3  结 论

通过分析得出，胶质是影响稠油黏度的主要因素，且随着胶质、沥青质含量的增多，稠油黏度增大。对油样进行红外光谱及HLB值测试，发现随着黏度的增大，羟基吸收峰的面积以及稠油的视HLB值逐渐增大，因稠油中含有大量的胶质沥青质，而胶质沥青质中含有含氧的极性官能团，故随黏度增大，羟基吸收峰面积增大。胶质和沥青质是形成油水界面膜的主要成分，要使其转相形成O/W型乳状液需要亲水性强的表面活性剂，随着稠油黏度的增大，胶质沥青质含量增大，故HLB值也增大。胶质、沥青质是稠油中的高分子量组分，凭借电荷转移、氢键等作用，沥青质分子之间聚集，在范德华力作用下与胶质发生吸附作用，形成稳定的缔合体，使得体系的黏度增大。

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