高蜡原油清防蜡剂的研制与应用

2022-03-25李鑫源张珊榕姚力力肖彭巩雁军王翊婷

精细石油化工 2022年2期

李鑫源，张珊榕，姚力力，肖彭，巩雁军，王翊婷

(1.廊坊开发区中油科新化工有限责任公司，河北廊坊 065001；2.中国石油大学(北京)，北京 102249；3.中国石油管道局工程有限公司投运分公司，河北廊坊 065001)

乍得和尼日尔原油属于典型的高含蜡原油。在原油输送过程中，随着温度和压力的下降，蜡会结晶析出并沉积在管道内壁，降低管路的流通性，甚至堵塞管道，严重影响管输效率[1-4]。蜡沉积同时还增加了管壁的粗糙程度，阻力增大，增加动力成本[5]。此外，因管内蜡晶凝固造成的凝管事故，给管道的输送带来安全隐患[6]。目前，解决高含蜡原油蜡堵主要手段为注入化学剂或机械清蜡[7-10]。但是，现有清蜡剂、防蜡剂功能性单一，对高含蜡原油效果不佳，不能很好地解决蜡析出及蜡沉积等问题。开发新型多效的化学清防蜡剂是目前清防蜡技术的发展方向。

1 实验

1.1 试剂与仪器

石油醚、甲苯、二甲苯、乙醇、丙酮、正己烷、环己烷、正庚烷，天津致远化学试剂有限公司；壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-2、AEO-3)、油酸钠，江苏海安化工；司盘60(span-60)、司盘80(span-80)、吐温-60、吐温-80，天津宏美化工有限公司；防蜡剂KS-30-01，廊坊开发区中油科新化工有限责任公司；原油样品，乍得某原油。

MDGC/GCMS-2010气质联用仪，日本岛津公司；SF-16A棒状薄层色谱分析仪，山东山分公司；VT550全自动黏度测定仪，德国HAAKE公司；CA-310卡尔费休微量水分测定仪，日本三菱化学公司；SYD-0615清防蜡测试仪，泰州瑞普公司。

1.2 防蜡剂KS-30-01的合成

科新公司防蜡剂KS-30-01的主要成分为聚丙烯酸高碳醇酯，其制备过程如下：在反应釜中加入一定量的丙烯酸高碳醇酯、甲苯和引发剂。设定反应温度为90 ℃，密封后通氮气保护。待温度升高至设定值后，加一定量的过氧化苯甲酰溶液，恒温反应一定时间，反应结束后得到聚合物。

1.3 测试方法

1.3.1 清蜡测试方法

采用溶蜡测试装置(见图1)。根据SY/T 6300—2009测定蜡块在溶剂中的完全溶解的时间。

图1 溶蜡测试装置示意

1.3.2 防蜡测试方法

通过清防蜡测试仪对清防蜡剂进行分析，将50 mL测试样品泵送入测试管道内。通过系统控制温度、压力等变量，分析管道内壁的蜡状沉积和结晶作用，从而得出测试样品的防蜡率。

2 结果与讨论

2.1 原油理化性质和组成分析

测定乍得某原油的理化性质，结果见表1。

表1 乍得某原油的理化性质

由表1可知，蜡样中胶质和沥青质含量分别为13.6%和6.5%，更易与原油分子链较长的蜡分子产生共晶作用，且在结蜡后会一定程度使蜡增黏，导致蜡在管壁上的吸附力增强，不易被流油冲走[11-12]。

2.2 防蜡剂的表征

采用红外光谱对防蜡剂KS-30-01中的主要成分聚丙烯酸高碳醇酯进行了表征，如图2所示。

图2 聚丙烯酸高碳醇酯红外光谱

2.3 清蜡剂

2.3.1 主溶剂的筛选

清蜡剂溶蜡速率的快慢主要由有机溶剂决定[13-14]。选取不同种类有机溶剂，测试单组分溶剂的溶蜡速率，结果如表2所示。

表2 单组分溶剂的溶蜡速率

由表2可知，石油醚溶蜡速率最快。为了进一步提升溶蜡速率，通过溶剂复配筛选具有溶蜡协同作用双组分主溶剂。

通过石油醚、甲苯、环己烷两两组合，考察双组分主溶剂对溶蜡速率的影响，结果如表3所示。

表3 双组分主溶剂的溶蜡速率

由表3可知，双组分主溶剂溶蜡效果并不理想，其溶蜡速率均低于石油醚。因此，又尝试三组分主溶剂复配，结果如表4所示。

表4 三组分主溶剂对溶蜡速率的影响

由表4可知，石油醚、甲苯和环己烷之间有一定协同配伍性，其中石油醚/甲苯/环己烷体积比为1∶1∶1时，溶蜡速率最高。

2.3.2 表面活性剂的筛选

表面活性剂对石蜡具有较强的渗透与分散作用，不仅可以提高溶蜡速率，还可阻碍蜡晶的生长，具有一定的防蜡功能。选取表面活性剂与上述主溶剂进行复配，主溶剂和表面活性剂的比例为200∶1，实验结果如表5所示。

表5 表面活性剂对溶蜡速率的影响

由表5可知，与主溶剂的协同作用最好的表面活性剂是油酸钠。

为了进一步提高表面活性剂与主溶剂之间的协同作用，改变油酸钠与复配溶剂之间的比例，实验结果如表6所示。

表6 表面活性剂用量对溶蜡速率的影响

由表6可知，当油酸钠用量较少时，表面活性剂可以吸附在蜡块表面，随着表面活性剂的增加，其不断发挥分散与渗透作用，降低蜡块间的黏结作用，可以加快溶蜡速率。但当油酸钠用量较大时，过量的表面活性剂自身会发生聚集，聚集态的表面活性剂无法降低蜡分子之间的范德华力，使溶蜡速率降低。因此，复配溶剂与油酸钠适宜体积比为200∶1。

2.3.3 助溶剂的筛选

通常，选用醇类或醇醚类，并且要考虑不同溶剂间密度等性质的差异，避免出现不互溶现象。因此，实验选取4种常见的互溶剂，复配溶剂和助溶剂的体积比为10∶1，结果如表7所示。

表7 助溶剂对溶蜡速率的影响

由表7可知，异丙醇与所选有机溶剂和表面活性剂的协同作用最好，溶蜡速率有了一定的提升。

表8是助溶剂用量对溶蜡速率的影响。

表8 助溶剂用量对溶蜡速率的影响

由表8可知，当异丙醇用量较少时，溶蜡速率呈升高趋势。当异丙醇用量过大时，溶蜡速率呈降低趋势。这是由于异丙醇的极性高于蜡分子，因此当助溶剂加量过大时极性较高，反而抑制溶蜡速率。

2.4 清防蜡剂的性能

将已配制好的清蜡剂与防蜡剂按一定比例进行复配，测试其性能，实验结果见表9。

表9 不同配比清防蜡剂的性能

结合油田现场实际情况，要求降黏率>70%，防蜡率>40%，溶蜡速率>0.04 g/min，只有d号清防蜡剂符合要求，兼具良好的防蜡和清蜡作用。

2.5 清防蜡效果评价

选取d号清防蜡剂，通过偏光显微镜，观察空白原油与加剂后原油蜡晶微观形态。将乍得某原油在80 ℃热处理后加入1×10-3的d号清防蜡剂，结果如表10和图3所示。

表10 加剂前后蜡晶尺寸数据

图3 加剂前后蜡晶的微观形态

由图3可以看出，加剂前原油中石蜡晶体大多为不规则网状或片状晶体，蜡晶尺寸较大且分布比较均匀，蜡晶的网状结构甚至遍布整个视场。加剂后清防蜡剂与蜡晶的吸附共晶作用非常明显，蜡晶尺寸变小。油中多为蜡晶聚集体，并且蜡晶聚集体非常紧密、近似棒状，极大地降低了蜡晶的有效体积浓度，释放了大量的空间供液态油分流动。原油的流动阻力减小，达到改善原油流动性的目的。

以乍得某原油为评价原油，在加剂量为1×10-3的情况下，对比了d号清防蜡剂与国内某公司RX-102清防蜡剂和国外某公司QFL2850清防蜡剂的清防蜡效果，结果见表11。