高蜡原油降凝剂研究进展

吴朝会

(西北油田分公司塔河采油一厂,新疆,轮台,841600)

高蜡原油降凝剂研究进展

吴朝会

(西北油田分公司塔河采油一厂,新疆,轮台,841600)

聚合物降凝剂在高蜡原油的生产与输送中应用广泛,降凝剂与石蜡的作用机理对于降凝剂的开发与应用至关重要。本文介绍了近年来原油降凝剂的发展概况,重点阐述了降凝剂种类,降凝剂与石蜡作用机理及降凝机理研究中分析方法的研究进展。提出进行试验研究的同时,应加强降凝作用相关理论和计算机模拟等问题的研究。

高蜡原油;降凝剂;石蜡;作用机理

高蜡原油具有较高的凝点和黏度,低温流动性差。蜡在原油中的溶解度随温度降低而减小,当温度降到一定値时,原油中开始析出微小的石蜡晶粒,继而连接成为三维网络结构,把油包在其中,原油失去流动性。降低原油凝点和改善原油低温流动性,对于高蜡原油开采、集输具有重要意义。目前,最重要的流动改进技术为化学剂降凝法[1-5],该技术以低能耗、成本少、效率高和易操作等显著优势备受人们关注。

1 降凝剂种类

以高聚物为代表的高效降凝剂具有如下结构特征：分子中含有与石蜡结构类似的非极性长链烷基,可进入蜡晶晶格发生共晶;高聚物中还含有极性基团,用于抑制蜡晶之间的黏合,使石蜡形成松散的聚集体。降凝剂通常包括以下种类：

1.1 马来酸酐共聚物 马来酸酐可与许多单体形成共聚物,这类共聚物及其衍生物已成为油田广泛使用的降凝剂。El-Ghazawy等[2]合成了马来酸酐 -丙烯酸十八醇酯 -丙烯酸二十二醇酯三元共聚物,该聚合物对于高蜡原油表现出良好的分散蜡晶的能力,并且显著改善了低温下原油的流动特性。Bharambe等[3]研究了四种梳形马来酸酐二酯共聚物,聚合物侧链分别带有脂肪烃链和苯环。在研究聚合物降凝剂的构效关系时作者指出,脂肪烃侧链只能为石蜡提供成核点;脂肪烃链和苯环侧链时可同时为石蜡和沥青质提供成核点,蜡晶彼此被隔离,在原油中呈分散状态。

1.2 聚丙烯酸高碳醇酯聚合物 该类聚合物烷基与原油正构烷烃平均碳数相适应时,效果很好。胥思平等[4]合成了丙烯酸二十二酯 -丙烯酰胺共聚物降凝剂,并应用于胜利原油的降凝处理过程。实验结果表明,降凝剂使原油的凝点从27.0℃降至 11.0℃,原油的牛顿流体温度范围变宽,并且非牛顿流体温度下的黏度减小。

1.3 聚 (苯)乙烯 -醋酸乙烯酯及其改性物 Flavio Vazquez等[5]合成了一系列苯乙烯 -醋酸乙烯酯共聚物,并用于改善墨西哥轻质和重质原油的物理性质。实验结果表明,该聚合物对于上述两种原油均具有良好的降凝作用,并且在 35. 0℃以上添加共聚物,能够降低原油的表观黏度。

1.4 含氮聚合物 含氮聚合物主要是聚胺类,或者是烷基胺与含有马来酸或富马酸共聚物作用得到的化合物。这类降凝剂在原油中稳定性好,降凝效果显著。张红等[6]通过丙烯酸高碳酯与马来酸酐、醋酸乙烯酯、苯乙烯共聚后进行不同系列胺解,得到胺解聚合物型原油降凝剂。该聚合物降凝幅度最高达到 27.0℃。

1.5 聚合物复配体系 由于原油组成存在显著差异,单一组分降凝剂在使用中受到限制,采用不同原料复配来制备降凝剂日益受到重视。张晓东等[7]把丙烯酸十八酯 -马来酸酐 -醋酸乙烯酯三元共聚物胺解改性,然后与乙烯 -醋酸乙烯酯共聚物进行复配,降凝剂可使原油凝点降低 11.0℃。武跃等[8]则合成了甲基丙烯酸高碳酯 -苯乙烯 -马来酸酐三元共聚物,在此基础上与双子表面活性剂复配,原油凝点可降低 9.0℃。王建华等[9]针对江苏油田 B1断块原油也合成了复配降凝剂,在 40℃加剂后降凝降黏率达 80%以上。

2 降凝剂作用机理的研究方法

目前,已为人们公认的降凝剂作用机理[1-4]包括成核作用、吸附作用、共晶作用和增溶作用。这些机理与采用的实验手段和分析方法密切相关,下面就近年来降凝机理的研究方法进行概述。

2.1 石蜡相变热力学性质测定 差示扫描量热技术 (DSC)是在程序升降温过程中,测试样品与参照物发生物理化学变化时吸收或放出的热量的变化。该技术可定量测定添加降凝剂前后石蜡的结晶和溶解特性。张红等[10]通过分析石蜡溶解过程的DSC曲线发现,加入降凝剂可提高石蜡的溶解焓和溶解熵。李传宪等[11]研究了石蜡结晶过程,发现加入降凝剂会使析出焓和析出熵减小,石蜡结晶困难。

2.2 蜡晶形貌显微观察 通过偏光显微镜或电子显微镜观测,可深入了解降凝剂与石蜡的相互作用。胥思平等[4]采用高倍偏光显微镜观察发现,未加降凝剂原油中的蜡晶为长棒状、片状结晶形态。当原油中加入降凝剂后,蜡晶近似球形的结晶形态。Bharambe等[3]也观察到类似结果,分析认为降凝剂同时为沥青质和石蜡提供成核点,二者共沉淀使原油凝点和黏度明显下降。

2.3 蜡晶晶体结构研究 X射线衍射法是研究晶体结构的重要手段。研究发现加降凝剂处理的蜡晶的衍射峰和晶面间距均发生变化,分析认为降凝剂分子与石蜡通过共晶作用来改善蜡晶结构,抑制形成石蜡网络。

2.4 蜡晶电性质研究 宋昭铮等[12]采用微电泳仪研究了聚丙烯酸酯降凝剂处理前后蜡晶的电性质,实验发现降凝剂处理石蜡后的 Zeta电位显著升高。处理剂中的极性基团在蜡晶表面形成极性点,优先吸附含蜡体系中的极性低分子物质,蜡晶表面产生定向电场,高度分散于原油中。

2.5 理论分析与分子模拟 除实验研究外,数学理论分析与计算机分子模拟也日益受到研究人员关注。人们期望通过理论模型计算和微观分子模拟为降凝剂开发与应用提供指导。辛寅昌等[13]采用弹性体的松弛理论和黏性体的蠕动理论建立原油流动数学模型,讨论了影响原油低温流动性的有关因素,提出了改善原油流动性的方法以及相关降凝剂。Zhang等[14]分别采用分子力学、分子动力学和量子力学等方法对乙烯 -醋酸乙烯酯降凝剂的降凝机理进行了理论计算和分析,并提出了用于计算降凝剂加量的简化模型。

3 结束语

随着高聚物降凝剂的广泛应用,人们越来越重视降凝机理分析。在今后的研究中,应当把现代结晶理论、聚合物分子结构与溶液理论、流体流动模型、计算机分子模拟等方面同现代实验技术和设备联合起来,在更接近实质和微观的层次上开展研究工作,进一步促进高效降凝剂的开发与应用。

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TE624.8+4

A

1003-3467(2010)10-0007-02