含蜡原油的表面张力研究

欧阳欣，闫锋，张力鹏

1.国家管网集团研究总院 （河北 廊坊 065000）

2.国家管网集团北方管道公司（河北 廊坊 065000）

0 引言

通过添加降凝剂改善管道输送原油的流变性，一直是石油储运行业研究的热点。其中，管道科技研究中心研制出了新型的纳米级复合降凝剂，并通过现场试验和工业应用验证其针对含蜡原油具有良好的降凝降黏效果[1]。但是，新型纳米级复合降凝剂在后续的个别管道原油输送应用过程中，出现了初期降凝降黏效果不明显的现象，极有可能是管道内壁附着的凝油层被溶解脱落导致[2-3]。

根据大量学者研究成果[4-5]，原油在管输过程中所形成的管壁凝油层与原油的表面张力有一定的相关性，其直接影响凝油层的厚度。表面张力指液体表面各部分间相互吸引的力，其作用于液体表面，促使液体表面积发生缩小的趋势。表面张力的方向与液面相切，并与液面的任何两部分分界线垂直，其大小与界面液体的性质和温度[6-8]有关。通过室内实验测量并分析了随着温度的升高，大庆原油和添加降凝剂的大庆原油黏度、表面张力的变化规律，初步探究了大庆原油在实际管输过程中添加纳米级复合降凝剂后降凝降黏效果不佳的原因。

1 实验

1.1 实验设备及样品

黏度实验仪器为HAAKE Viscotester 550 型黏度计。表面张力测试仪器为得利特A1200 全自动表/界面张力测定仪，量程：0～200 mN/m；灵敏度：±0.1m N/m；工作温度范围：10～30 ℃。

实验油品为大庆原油、添加EVA的大庆原油和添加纳米级复合降凝剂的大庆原油。其中，加剂油的降凝剂含量为管道实际输送工况中的添加量（EVA 50 μg/mL，纳米级复合降凝剂100 μg/mL）。

1.2 实验过程

1）首先，将原油样品置于搅拌器内通过水浴加热到65℃并以100 r/min 的速率持续搅拌，恒温10 min，以0.5 ℃/min的降温均速降至测试温度。

2）表面张力测试：①表面张力仪水平调节；②净化处理铂金环和试样杯；③通过质量法定标表面张力仪；④校核表面张力仪；⑤分别测试3种不同原油样品在50、45、40、35 ℃下的表面张力。

3）黏度测试：通过黏度计测试25 ℃、剪切速率50 s-1下3种不同原油样品的黏度。

2 结果与分析

2.1 实验结果

3种不同原油样品的表面张力测试和黏度测试结果见表1。

表1 3种不同原油样品的表面张力测试和黏度测试结果

2.2 结果分析

从表1可以看出，处理后添加纳米级复合降凝剂100 μg/mL大庆油样、添加传统EVA降凝剂50 μg/mL大庆油样、大庆空白油样在25 ℃、50 s-1测试条件下的黏度是依次升高的，添加纳米级复合降凝剂100 μg/mL的大庆油样品黏度最低，为75 mPa·s。相同的测试温度条件下，黏度越大的油样表面张力越大。其中，空白油表面张力最大，添加传统EVA降凝剂的油样次之，添加纳米级复合降凝剂的油样最小。原油油品的表面张力随着温度的降低而增大。

实验结果也验证了温度是影响原油表面张力的主要因素之一。通过分子热力学分析，当降低原油温度，原油分子无规则的运动减少，分子平均动能降低，分子平均运动振幅和间距减少，分子间的平均引力势能增加，从而表面张力增大；宏观表现为原油黏度增加。这也是同一温度下，添加纳米级复合降凝剂的大庆油样品表面张力最小的原因。

根据以上分析，初步推测添加纳米级复合降凝剂后大庆原油降凝降黏效果不佳的原因：可将含蜡原油管输初期在管壁处形成的凝油层和流动原油视为不同的界面液体，随着管道输送时间的增加，凝油层在管壁处不断生长，导致管径减小，管道内原油流速不断增加，凝油层和流动原油界面处的剪切应力不断加大，当其与原油重力的合力大于两者之间的表面张力时，将会把部分凝油剥离下来。当大庆原油添加纳米级复合降凝剂初期，凝油层与原油间的黏度和表面张力较小，使得多年沉积的凝油较容易从管道内壁被剥离，而多年凝油增加了原油中的蜡含量，导致纳米级复合降凝剂的降凝降黏效果不佳。

3 结论

1）大庆原油表面张力随着温度的降低而增加，与油品的黏度有相关性。

2）含蜡原油管输过程中，原油表面张力越小，凝油层越不容易生长，加剂后凝油层越易从管壁剥落。这极有可能是大庆原油添加纳米级复合降凝剂初期降凝降黏效果不明显的原因。