IAEC-1306H复配体系对稠油黏度的影响

王晨宇，樊 迪，马贵阳

（1.辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院，辽宁 抚顺113001；2.中国石化工程建设有限公司，北京100101）

根据国际能源署的统计，我国稠油储备量非常庞大，稠油占可采原油储量的50%[1]。稠油中一般含有较高质量分数的胶质沥青质、石蜡以及少量的重金属等成分，因此稠油为黏稠不易流动的液体或半固态物质[2]。如果不降低稠油黏度，则无法进行稠油的长距离管道运输，也无法进行稠油的开采。降低稠油的界面张力有利于提高采收率，降低稠油黏度有利于管道运输，降低沿程摩阻，从而减少能量损失[3-4]。降低稠油黏度的常用方法包括物理方法和化学方法。化学方法可从根本上改善原油的流动性，是现阶段学者研究的热点之一[5-7]。表面活性剂因具有良好的配伍性和降黏效果被广泛应用于稠油降黏[8]。醇对稠油具有乳化和溶剂化作用，可形成O/W型乳状液，但是醇不能将稠油中的石油酸溶解，并且容易发生转相，所以需要使用碱剂使其与稠油中的石油酸反应生成羧酸盐类表面活性物质，而表面活性剂形成的分子膜可防止稠油发生转相。表面活性剂本身不仅可以大大降低油与水之间的界面张力，使原油易于在水中乳化，降低原油黏度，增加流动性[9]，与醇溶液和碱剂还具有很好的协同作用，三者相辅相成可更好地降低稠油黏度。因此，本文对常见的醇溶液、碱剂和表面活性剂进行复配，研究了复配体系对稠油黏度的影响。

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

仪器：DV-T 2黏度温控一体机，上海尼润智能科技有限公司；DC0506N超级低温恒温槽，宁波天恒仪器厂；HJ-5多功能搅拌器，金坛华仪仪器制造厂；夹套恒温玻璃杯，自制。

试剂：麦芽糖醇溶液（质量分数为75.0%，C12H24O11），寿光市华天糖醇有限公司；山梨糖醇溶液（质量分数为70.0%，C6H14O6），济南金昊化工有限公司；碳酸氢钠固体、异构十三醇聚氧乙烯醚羧酸溶液（质量分数为88.0%，IAEC-1306H），山东优索化工科技有限公司；氢氧化钾溶液（浓度为1.008 3 mol/L）、氨水溶液（体积分数为10.0%，NH3·H2O），以达科技有限公司；辽河某区块稠油。

1.2 实验方法

1.2.1 单一试剂实验 在一定的条件[10]下测定不同浓度的醇溶液、碱剂和IAEC-1306H分别与稠油混合时的黏度，研究单一试剂对稠油黏度的影响，并选择合适的试剂浓度为后续的与IAEC-1306H的复配实验做准备。

1.2.2 与表面活性剂的复配实验 将最适浓度的醇溶液和碱剂按照不同比例分别与最适浓度的IAEC-1306H复配，找出醇溶液和碱剂的最佳配比；加入IAEC-1306H表面活性剂试剂再以不同比例进行复配，最后综合多方面因素找出醇溶液、碱剂和IAEC-1306H的最佳配比，分析对稠油黏度的影响。

2 结果与讨论

2.1 单一试剂实验

设置环境温度为55℃，搅拌时间为15 min，油水体积比为5∶2。在环境温度为55℃时，稠油的初始黏度为648.5 mPa·s。

2.1.1 醇溶液对稠油黏度的影响 山梨糖醇及麦芽糖醇质量分数对稠油黏度的影响见表1。

由表1可以看出，山梨糖醇质量分数为10.0%（10.0%山梨糖醇，下同）时降黏效果较好，虽然稠油黏度依旧呈下降趋势，但下降趋势减缓。由此可以预测，随着山梨糖醇溶液质量分数的增加，山梨糖醇溶液对稠油黏度的影响越来越小，而且山梨糖醇溶液属于糖浆状液体，增加其质量分数时稠油黏度回升。综合考虑山梨糖醇溶液的降黏效果及其成本，选用10.0%山梨糖醇溶液用于后续实验。

由表1还可以看出，麦芽糖醇溶液存在可将稠油黏度降到最低的质量分数。因此，配置质量分数不同的麦芽糖醇溶液，考察了麦芽糖醇质量分数对稠油黏度的影响，结果如图1所示。

图1 麦芽糖醇质量分数对稠油黏度的影响

由图1可以看出，当麦芽糖醇质量分数为5.0%（5.0%麦芽糖醇，下同）时，对稠油的降黏效果最好，继续提高麦芽糖醇质量分数，稠油黏度回升。这是因为：麦芽糖醇溶液属于黏性溶液，其黏度约为同等质量分数山梨糖醇的2～3倍，当麦芽糖醇质量分数较高（＞5.0%）时，反应结束后会剩余部分麦芽糖醇，而麦芽糖醇溶液自身的黏度大于乳化后稠油的黏度，麦芽糖醇质量分数较高时黏度会回升。因此，选择5.0%麦芽糖醇溶液用于后续实验。

2.1.2 碱剂对稠油黏度的影响 碱剂可降低稠油黏度，其作用机理是与具有极性官能团的活性大分子反应（例如，稠油中的石油酸）形成石油羧酸盐类表面活性物质。石油羧酸盐类表面活性物质对稠油具有良好的乳化作用，可以降低油水界面张力，推进稠油的乳化，并形成相对稳定的油水界面分子膜。石油羧酸盐类表面活性物质也可以促使W/O型乳状液转变为O/W型乳状液[11-12]。选取工业上常用的碱剂KOH、NH3·H2O、NaHCO3，考察碱剂对稠油黏度的影响，结果见表2—4。

表2 KOH摩尔分数对稠油黏度的影响

表3 NH 3·H 2O体积分数对稠油黏度的影响

表4 NaHCO 3质量分数对稠油黏度的影响

由表2—4可以看出，碱剂对稠油有降黏作用，而且强碱（KOH）的降黏效果非常好。经计算可知，摩尔分数为5.0%的KOH对稠油的降黏率达到99%以上。但是，在实验过程中发现，加入KOH后稠油的颜色在乳化过程中发生变化，从暗褐色转变成暗黄色，可能是稠油在乳化过程中被改质[13]，给后续的加工处理带来困难。而且，KOH腐蚀管道[14]，KOH与管道长时间接触造成管道堵塞，降低输油效率，加大输油难度。因此，KOH只作参考，在后续实验中不作为碱剂使用。

配置不同体积分数的NH3·H2O溶液，考察了NH3·H2O体积分数对稠油黏度的影响，结果如图2所示。

图2 NH 3·H 2O体积分数对稠油黏度的影响

由图2可以看出，当NH3·H2O体积分数为0.2%（0.2%NH3·H2O，下同）时，稠油黏度最小，降黏效果最好；继续增加NH3·H2O体积分数，稠油黏度变化幅度不大。这是因为：碱剂的降黏机理是其与稠油中的石油酸反应[15-16]，当石油酸反应完全后稠油黏度趋于稳定；反应生成的石油羧酸盐型表面活性物质大部分分布在水相，只有小部分吸附在油水界面，因此稠油黏度不再继续下降。若要进一步降低稠油黏度，则需要与表面活性剂复配，增强石油羧酸盐型表面活性物质吸附在油水界面的能力。因此，选择0.2%NH3·H2O溶液作为碱剂用于后续实验。

2.1.3 IAEC-1306H对稠油黏度的影响 IAEC-1306H是一种常见的阴离子表面活性剂，易分散或易溶于水，具有优良的润湿性、渗透性和乳化性，在工业上用作脱脂剂、净洗剂、乳化剂和精练剂等。考察了IAEC-1306H质量分数对稠油黏度的影响，结果如图3所示。

图3 IAEC-1306H质量分数对稠油黏度的影响

由图3可以看出，IAEC-1306H可以降低稠油黏度，但质量分数较小时降黏效果不佳；随着IAEC-1306H质量分数的增加，稠油黏度不断降低；IAEC-1306H质量分数达到1.2%后继续提高其质量分数，稠油黏度下降趋势减缓并趋于平稳，形成稳定的O/W型乳状液。因此，选择质量分数为1.2%的IAEC-1306H（1.2%IAEC-1306H，下同）溶液进行后续实验。

2.2 表面活性剂的复配实验

将最适浓度的醇溶液和碱剂按照不同体积比分别与最适浓度的IAEC-1306H进行复配，找出表面活性剂IAEC-1306H与碱剂、醇溶液二元复配体系中降黏效果最佳的组合；再将筛选出的降黏效果最佳二元复配体系分别与10.0%山梨糖醇溶液、5.0%麦芽糖醇溶液以不同的体积比进行复配，最后综合多方面因素找出IAEC-1306H＋醇＋碱剂三元复配体系中降黏效果最佳的组合以及不同复配体系对稠油黏度的影响规律。

2.2.1 表面活性剂的二元复配 IAEC-1306H分别与10.0%山梨糖醇溶液、5.0%麦芽糖醇溶液、0.2%NH3·H2O溶液按不同体积比复配，考察了对稠油黏度的影响，结果如图4所示。图4中，x表示10.0%山梨糖醇溶液、5.0%麦芽糖醇溶液、0.2%NH3·H2O溶液。

图4 IAEC-1306H的二元复配对稠油黏度的影响

由图4可以看出，山梨糖醇溶液和麦芽糖醇溶液分别与IAEC-1306H溶液复配时，稠油黏度的变化趋势基本一致，因为5.0%麦芽糖醇溶液的降黏效果好于10.0%山梨糖醇溶液，所以麦芽糖醇溶液与IAEC-1306H溶液复配其降黏效果优于山梨糖醇溶液与IAEC-1306H溶液复配的降黏效果；随着IAEC-1306H溶液复配比例的增加，稠油黏度不断下降，这是因为IAEC-1306H溶液的降黏效果优于山梨糖醇溶液和麦芽糖醇溶液，随着IAEC-1306H溶液所占比例的增加，稠油黏度不断降低，但由于山梨糖醇溶液和麦芽糖醇溶液与IAEC-1306H溶液之间存在协同效应，因此山梨糖醇溶液和麦芽糖醇溶液的复配比例不能过低，否则容易降低二者之间的协同作用导致稠油黏度的回升。

由图4还可以看出，当IAEC-1306H溶液与NH3·H2O复配时，其降黏效果远优于与醇溶液复配时的降黏效果，这是因为NH3·H2O的降黏效果优于山梨糖醇溶液和麦芽糖醇溶液的降黏效果；当IAEC-1306H溶液与NH3·H2O复配时，其降黏效果随着IAEC-1306H质量分数的增加先升后降，这是因为NH3·H2O与稠油中的石油酸反应生成的石油羧酸盐型表面活性物质能否稳定地吸附在油水界面进而参与稠油的进一步乳化与所加入的IAEC-1306H溶液量有关系：当IAEC-1306H溶液量过少时，吸附在油水界面的石油羧酸盐型表面活性物质过少，稠油黏度较高；当IAEC-1306H溶液量过大时，NH3·H2O无法与稠油中的石油酸反应完全，稠油黏度同样会升高。

分析图4可知，在二元复配体系中，降黏效果最好的组合为：0.2%NH3·H2O与1.2%IAEC-1306H溶液体积比为1∶2。因此，选择此组合（复配物A）用于后续实验。

2.2.2 表面活性剂的三元复配 将复配物A分别与10.0%山梨糖醇溶液、5.0%麦芽糖醇溶液进行复配，考察三元复配物对稠油黏度的影响，结果如图5所示。图5中，y表示10.0%山梨糖醇溶液、5.0%麦芽糖醇溶液。

图5 混合液与醇混合对稠油黏度的影响

由图5可以看出，V(10.0%山梨糖醇溶液)/V(复配物A)＝3∶1的三元复配物及V(5.0%麦芽糖醇溶液)/V(复配物A)＝1∶1的三元复配物的降黏效果较佳。因此，选择上述两种三元复配物对试剂的使用量进行计算。

取50 mL稠油和20 mL三元复配物溶液，对10.0%山梨糖醇溶液与复配物A的三元体系存在如下关系：V（0.2%NH3·H2O）∶V（1.2%IAEC-1306H）∶V（10%山梨糖醇）＝1∶2∶9。

两种复配物的降黏效果几乎相同，但是V(0.2%NH3·H2O)/V(1.2%IAEC-1306H溶液)/V(5.0%麦芽糖醇溶液)＝1∶2∶3的三元复配物用量少 于V(0.2%NH3·H2O)/V(1.2%IAEC-1306H溶液)/V(10.0%山梨糖醇溶液)＝1∶2∶9的三元复配物用量。综合考虑多种因素，最终选择V(0.2%NH3·H2O)/V(1.2%IAEC-1306H溶液)/V(5%麦芽糖醇溶液)＝1∶2∶3的三元复配物。

3 结 论

（1）在单一试剂中，醇溶液对稠油有降黏作用，NH3·H2O对稠油的降黏效果优于醇溶液；IAEC-1306H对稠油的降黏幅度随着IAEC-1306H质量分数的增加先大幅度增加后趋于减缓。

（2）在IAEC-1306H分别与10.0%山梨糖醇溶液、5.0%麦芽糖醇溶液、0.2%NH3·H2O溶液复配的二元体系中，与0.2%NH3·H2O复配的体系降黏效果优于其他两个二元复配体系。

（3）在醇溶液、碱剂与IAEC-1306H形成的三元复配体系中，三者之间存在协同作用，对稠油的降黏效果较好；当0.2%NH3·H2O溶液、1.2%IAEC-1306H溶液、5.0%麦芽糖醇溶液以1∶2∶3的体积比复配时降黏效果最佳，其降黏率为96.89%，而且NH3·H2O、IAEC-1306H、麦芽糖醇用量较少。