一种乳液型清蜡剂的研制及性能评价

陈明燕，王梓颖，刘宇程

(西南石油大学 化学化工学院，四川 成都 610500)

青海油田原油含蜡量较高(>10%)，结蜡现象较为严重，采出时原油中蜡随温度和压力的降低会凝结并沉积于油管表面，导致管道输送能力降低，给开采过程带来了诸多问题[1-2]。化学清蜡技术因其操作简单、应用范围较广、费用较低等优势成为目前常用的清蜡技术之一，而乳液型清蜡剂既克服了油基型毒性大、易燃易挥发的缺点也避免了水基型流动性差、清蜡速率低的劣势，成为油田清蜡剂的研究热点[3-4]。本文针对青海油田原油高含蜡现状，对有机溶剂、表面活性剂、助剂等组分进行性能研究，研制出一种清蜡效果良好的乳液型清蜡剂，并对其各项性能进行了评价。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

油蜡，取自青海油田；甲苯、二甲苯、石油醚、正庚烷、正辛烷、环己烷、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10(OP-10)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)、吐温-20、吐温-80、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、平平加O-20、甲醇、乙醇、乙二醇丁醚(BCS)、异丙醇、乙二醇、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、硅酸钠等均为分析纯。

GKC型恒温水浴锅；FL-1型电加热套；84-1型磁力搅拌器；FA200-电子天平。

1.2 实验方法

1.2.1 乳液型清蜡剂的制备 分别制备有机溶剂组成的油相和表面活性剂、助剂、水组成的水相，常温搅拌条件下将油相加至水相中，两相混合后持续搅拌可得乳液型清蜡剂[5]。

1.2.2 溶蜡速率的测定 根据SY/T 6300—2009《采油用清、防蜡剂技术条件》方法，取15 mL待测液体于溶蜡测试装置中，水浴温度20 ℃，待溶剂恒温后，将带有蜡球的支撑杆浸入待测试剂中，观察并记录蜡球溶完所用时间t。

式中v——溶蜡速率，g/min；

m——蜡球质量,g；

t——蜡球溶完所用时间,min。

2 结果与讨论

2.1 有机溶剂的筛选

有机溶剂作为乳状液的油相组成部分，也是清蜡剂的主要作用成分；目前常用的有机溶剂包括甲苯、二甲苯、石油醚、溶剂油等，虽然四氯化碳和二硫化碳等溶剂对蜡也有很好的溶解效果，但因硫化物和氯化物对人体伤害较大且在原油加工时会对设备设施造成危害，现已被禁止使用[6]。本文采用毒性较低的石油醚、二甲苯、正庚烷、环己烷等6种溶剂进行清蜡效果对比研究，结果见表1。

表1 有机溶剂对溶蜡速率的影响Table 1 Influence of organic solvent on paraffin dissolution rate

由表1可知，石油醚、正庚烷、正辛烷对油蜡有更好的溶解效果。根据“相似相溶”原理，3种溶剂与青海油田油蜡结构更为相似，这类烷烃环烷烃溶剂，可将沉积于管壁的蜡溶解分散，变成小颗粒悬浮状态随油流流出。而考虑到各类溶剂间的配伍和协同作用，将3种有机溶剂进行复配，改变配比，考察复配混合后有机溶剂的溶蜡效果，结果见表2。

表2 有机溶剂复配对溶蜡速率的影响Table 2 Influence of organic solvent compounding on paraffin dissolution rate

由表2可知，复配比例为2∶3∶1时平均速率达0.032 5 g/min，大于各单剂溶解速率，此时复配有机溶剂间配伍协同作用最佳。因此，确定油相复配比例为m(石油醚)∶m(正庚烷)∶m(正辛烷)=2∶3∶1。

2.2 表面活性剂的筛选

表面活性剂是清蜡剂水相的重要组成部分，油田上常用的表面活性剂包括OP、吐温、平平加系列、季铵盐型和聚醚型等。在以上确定比例的油相中分别加入各类表面活性剂，对其进行溶蜡速率测定，结果见表3。

表3 表面活性剂对溶蜡速率的影响Table 3 Influence of surfactant on paraffin dissolution rate

由表3可知，AEO-9、SDBS和吐温-80的效果较好。因3种表面活性剂的渗透、分散作用较强，降低了蜡晶间及其与管壁间的界面张力，加快有机溶剂进入蜡晶内部，使得蜡结构破坏，从而提高溶蜡速率[7]。将3种表面活性剂进行复配，改变配比，结果见表4。

表4 表面活性剂复配对溶蜡速率的影响Table 4 Influence of organic solvent compounding on paraffin dissolution rate

由表4可知，将AEO-9、SDBS和吐温-80三者复配后平均溶蜡速率最高为0.016 8 g/min，相比于单剂溶蜡速率有所降低。这是因为3种溶剂复配使得体系粘度变大，溶剂与油蜡间作用力降低[8]，但乳状液体系更为稳定。取复配最优比例m(AEO-9)∶m(SDBS)∶m(吐温-80)=3∶3∶2。

2.3 助剂的筛选

2.3.1 助溶剂的选择 助溶剂可解决油水互溶问题，能使体系变得均一化，提高稳定性；还能增大蜡在清蜡剂中的溶解性，使得溶剂更好地与蜡样接触，增大溶解速率[9]。常用的助溶剂一般为醇或醇醚类，如甲醇、乙醇、异丙醇等，实验选择不同助溶剂研究对清蜡性能的影响，结果见表5。

表5 助溶剂对溶蜡速率的影响Table 5 Influence of cosolvent on paraffin dissolution rate

由表5可知，各类助溶剂中BCS具有最好的溶蜡性能，可以适当加大乳状液的溶蜡速率，所以选择BCS为乳状液体系的助溶剂。

2.3.2 碱性物质的选择 少量碱的加入可降低体系粘度，碱性物质与蜡中的胶质沥青质酸性基团发生反应生成盐类等水溶性物质[10]，使蜡层松散，产物进一步分散于油流中被带走，可辅助增强清蜡能力；常用的碱性物质包括氢氧化钠、氢氧化钾、碱性盐等，实验考察不同碱性物质对溶蜡速率的影响，结果见表6。

表6 碱性物质对溶蜡速率的影响Table 6 Influence of alkaline substances on paraffin dissolution rate

由表6可知，氢氧化钠具有最好的溶蜡效果，因此，选择氢氧化钠作为体系的碱性调节剂。

2.4 有机溶剂比例确定

体系总质量不变，w(油相)=45%～60%，w(复配表面活性剂)=5%，w(BCS)=3%，w(氢氧化钠)=1%，其余为水，考察油相占比对乳状液体系稳定性和溶蜡速率的影响，结果见表7。

表7 有机溶剂占比对乳状液体系的影响Table 7 Influence of organic solvent ratio on emulsion system

由表7可知，油相占比增大，溶蜡速率呈增大趋势，这是因为油相含量增大，会加速蜡溶解，速率进而增大，但同时油水体系更易失衡。在占比50%时有较好的溶蜡速率及稳定性，因此确定体系最佳油相占比为50%。

2.5 表面活性剂比例确定

体系总质量不变，w(油相)=50%，w(复配表面活性剂)=1%～5%，w(BCS)=3%，w(氢氧化钠)=1%，其余为水，考察表面活性剂占比对乳状液稳定性和溶蜡速率的影响，结果见表8。

表8 表面活性剂占比对乳状液体系的影响Table 8 Influence of surfactant ratio on emulsion system

由表8可知，表面活性剂加量越大，乳状液体系稳定性越好，但溶蜡速率同时会有所降低。这是因为表面活性剂占比增大，体系渗透分散作用越强，使得溶蜡速率变大，但增加到一定程度时，体系粘度过大，导致表面活性剂分子与蜡样间的范德华力降低，从而使溶蜡速率也会减小。当加量为2%时有较好的指标性能，所以在体系中复配表面活性剂加量为2%。

2.6 助剂比例确定

2.6.1 碱加量确定w(油相)=50%，w(复配表面活性剂)=2%，w(BCS)=3%，w(氢氧化钠)=0.8%～1.8%，考察氢氧化钠占比对清蜡剂性能的影响，结果见表9。

表9 氢氧化钠加量对溶蜡速率的影响Table 9 Influence of sodium hydroxide addition on paraffin dissolution rate

由表9可知，溶蜡速率随氢氧化钠加量的增加先增大后减小，在1%时有最大溶蜡速率，所以在体系中氢氧化钠加量为1%。

2.6.2 助溶剂加量确定w(油相)=50%，w(复配表面活性剂)=2%，w(氢氧化钠)=1%，w(BCS)=3%～4%，考察BCS占比对清蜡剂性能的影响，结果见表10。

表10 BCS加量对溶蜡速率的影响Table 10 Influence of BCS addition on paraffin dissolution rate

由表10可知，随着BCS加量的增大，溶蜡速率先增大后减小，在加量为3.8%时溶蜡速率最大，因此在乳状液体系中BCS加量为3.8%。

通过上述实验最终确定的乳液型清蜡剂的最佳配方为：w(复配有机溶剂)=50%，w(复配表面活性剂)=2%，w(BCS)=3.8%，w(氢氧化钠)=1%，其余为水。其中，有机溶剂复配比例为m(石油醚)∶m(正庚烷)∶m(正辛烷)=2∶3∶1，表面活性剂复配比例为m(AEO-9)∶m(SDBS)∶m(吐温-80)=3∶3∶2。

2.7 清蜡剂技术指标评价

乳状液体系按照石油天然气行业标准 SY/T 6300—2009《采油用清、防蜡剂技术条件》进行性能评价，结果见表11。

表11 清蜡剂性能评价表Table 11 The performance evaluation form of emulsion paraffin removal agent

3 结论

(1)本文通过对有机溶剂、表面活性剂和各类助剂的清蜡效果进行对比分析，研制出一种新型乳液型清蜡剂，其最佳配方为：w(复配有机溶剂)=50%，w(复配表面活性剂)=2%，w(BCS)=3.8%，w(氢氧化钠)=1%，其余为水；其中有机溶剂复配比例为m(石油醚)∶m(正庚烷)∶m(正辛烷)=2∶3∶1，表面活性剂复配比例为m(AEO-9)∶m(SDBS)∶m(吐温-80)=3∶3∶2。

(2)按照SY/T 6300—2009《采油用清、防蜡剂技术条件》对此清蜡剂进行性能评价，该乳液型清蜡剂溶蜡速率为0.028 3 g/min，大于行业标准要求；闪点>45 ℃，符合闪点Ⅰ类指标，凝点<-35 ℃，符合凝点A类指标。

(3)该乳液型清蜡剂取用青海油田油蜡研制，对于青海油田乳液型清蜡剂的使用研究有一定现实意义。