原油中酸性组分对油/水乳状液的影响研究*

2014-06-09黄有泉王立峰赵晓非

化工科技 2014年5期

黄有泉，王立峰，金鑫，赵晓非

(1.大庆油田有限责任公司第五采油厂，黑龙江大庆 163513；2.东北石油大学化学化工学院石油与天然气化工省重点实验室，黑龙江大庆 163318)

采出液破乳是油田地面生产的重要环节，原油和水的性质决定了破乳的难度。原油中酸性组分与胶质、沥青质都是天然表面活性物质，能增加油/水界面膜强度，增大破乳难度。目前文献对胶质、沥青质的研究很多，但对酸性组分的作用研究较少。

王宇慧[1]研究了含酸性组分的模拟油的界面张力和扩张流变性质，认为大庆原油酸性组分具有较强界面吸附能力，能大幅降低油/水界面张力，其扩张流变行为与表面活性剂类似。大庆原油中酸性组分扩张模量远高于胜利原油中酸性组分。徐志成等[2]对胜利原油的酸性组分进行了高效的分离，得到不同相对分子质量和化学结构的级份，测定了各级份的动态界面张力并研究了化学结构与界面活性之间的关系，证明酸性组分的族组成与其相对分子质量有关，并对界面张力产生较大影响。在M>500的级份中，酸的侧链主要为脂肪烃，其界面活性较强。M<500的级分界面活性较弱。王振宇等[3]研究沥青质含量高的塔河稠油，从苏丹及辽河原油中分离出天然羧酸，考察其对塔河稠油乳状液稳定性的影响。研究发现，天然羧酸可起到与胶质类似分散沥青质的作用。

作者主要从辽河稠油中提取出酸性组分，制备不同w(酸性组分)的原油，研究w(酸性组分)不同时破乳、油水接触角及界面膜强度的变化规律。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

环己烷、乙醇、石油醚、二氯甲烷、无水硫酸镁：均为分析纯，天津市大茂化学试剂厂；氢氧化钠、氢氧化钾：分析纯，沈阳市华东试剂厂。

BXE 100LX型高剪切混合乳化机：上海威宇机电制造有限公司；DV-Ⅱ型布氏粘度计：美国Brookfield公司；JJC-2型湿润角测量仪：长春市第五光学仪器厂；RE5203型旋转蒸发仪：上海亚荣仪器厂；Tensor27型红外光谱仪(FT-IR)：德国Bruker公司。

1.2 酸性组分的提取方法

实验原油为辽河油田曙光采油厂曙五联五区稠油，采用纯碱萃取法分离原油中酸性组分[4]。

1.3 原油酸值的测定

试样按照GB/T4756取原油样，其含w(水)<0.5%。按文献[5]方法测原油酸值。

1.4 破乳评价方法

制备模拟乳状液：称量提取的原油酸性组分，加入脱水原油，水浴中加热搅拌2 h，配制成w(酸性组分)为2.35%、2.45%、2.55%、2.65%的脱水原油，恒温老化48 h，然后将其与采出污水于85 ℃、V(油)∶V(水)=7∶3、5 500 r/min转速下乳化15 min制成乳状液。

破乳评价步骤：采用瓶试法，在脱水瓶中加入乳状液与定量的破乳剂，震荡1 min后恒温静止，记录不同破乳时间的脱水量，按下式计算脱水率：

绝对脱水率=脱水量/乳化原油含水量

2 结果与讨论

分析实验原油酸值为6.17 mgKOH/g原油，w(酸性组分)=2.25%。

2.1 酸性组分结构分析

所分离出的酸性组分红外光谱见图1。

σ/cm-1图1 原油中酸性组分的红外光谱图

有文献分析[3]，辽河稠油的天然羧酸中w(环烷酸和芳香酸)>80%，其中w(脂肪酸类)=15.13%，w(1～3环环烷酸类)=45.39%，w(4～6环环烷酸类)、w(0～2环烷基芳香酸类)共占39.48%。

2.2 原油酸性组分对破乳的影响

乳化温度85 ℃，破乳时间5 h，破乳剂质量浓度100×10-6条件下，考查原油w(酸性组分)对乳状液粘度及脱水率的影响，结果见图2。

w(酸性组分)/%图2 原油酸性组分含量对乳状液脱水率及粘度的影响

图2中，随原油中w(酸性组分)的增加，油/水乳状液的粘度增大。w(酸性组分)由2.25%增加到2.65%，乳状液的粘度由212.3 mPa·s增大到1 452 mPa·s，脱水率则从81.2%降低到14%。乳状液的稳定性增强。这是酸性组分的分子结构所决定的，分子中亲水的功能团、疏水的脂肪烃链及环状结构赋予其一定的表面活性，分子中大量的杂原子容易与小分子形成氢键，使酸性组分分子在油/水界面的聚集增强，界面膜强度增强，乳状液的粘度增大、乳状液的稳定性增强，脱水率大幅度下降。

2.3 原油酸性组分对油/水接触角的影响

用w(酸性组分)不同的原油涂在载玻片上并流平。室温下将质量浓度为100×10-6的破乳剂溶液1 μL滴在流平后的原油上，测量油/水接触角随时间的变化情况，结果见图3。

t/min图3 酸性组分对油/水接触角的影响

图3中，随着原油中w(酸性组分)的增加，原油与破乳剂水溶液之间接触角降低，即油水润湿性增大，说明原油乳状液的界面张力变小，乳状液的稳定性增强，破乳难度增大。因为原油中w(酸性组分)增加，相当于增加了极性物质，因此亲水性增强，水接触角变小。

另外，w(酸性组分)在2.45%和2.65%时，接触角明显低于w(酸性组分)=2.25%的值，尤其3 min后相差更大。

2.4 原油酸性组分对油/水界面膜强度的影响

用测单滴破裂率的方法来评价油水界面膜强度，几种不同w(酸性组分)的原油在85 ℃下测定单滴破裂率结果见图4。

t/s图4 原油酸性组分对体系单滴破裂率的影响

图4中随原油中w(酸性组分)增加，相同时间单滴破裂率降低，说明酸性组分能增加油/水界面膜强度。这是由于酸性组分的结构比较复杂，含有大量的杂原子以及较多的功能基团如—OH等，可以通过氢键作用缔合，使界面膜强度增加，抑制破乳。另外酸性组分分子具有亲油的稠环或脂肪烃链结构和亲水的羧酸等极性基团，这种双亲结构使酸性组分牢固的吸附在油-水界面上，增加界面膜的稳定性。

原油中w(酸性组分)为2.25%、2.45%、2.65%时，单滴破裂率达到100%所用时间分别为70、170、190 s，虽然间隔都是0.2%，但w(酸性组分)为2.45%和2.65%时，单滴破裂率相差较小，单滴破裂率达到100%所用时间相差较小。