含蠟原油加劑降凝降粘實驗研究

吳　犟

（中石油西部鉆探固井壓裂工程公司，新疆　克拉瑪依　834000）

含蠟原油加劑降凝降粘實驗研究

吳犟

（中石油西部鉆探固井壓裂工程公司，新疆克拉瑪依834000）

摘要：含蠟原油低溫流動性差，其輸送能耗高。特別是在氣溫較低的季節(jié)，含蠟原油常規(guī)輸送的生產(chǎn)技術(shù)問題更為突出。針對含蠟原油特性與輸送現(xiàn)狀，在認(rèn)識其流變規(guī)律的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地研究含蠟原油對常用流動改進(jìn)劑的感受性，進(jìn)而采用復(fù)配技術(shù)篩選評價。

關(guān)鍵詞：降凝劑；降粘劑；作用機(jī)理；實驗研究

我國絕大多數(shù)原油屬于高凝原油和稠油，據(jù)統(tǒng)計，含蠟量高于10%的原油產(chǎn)量約占全國原油總產(chǎn)量的90%，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量較高的稠油產(chǎn)量約占原油總產(chǎn)量的7%。目前，我國對高凝原油及稠油的開采和集輸主要采用傳統(tǒng)的熱力方法，這種方法消耗大量的能量。因此，系統(tǒng)地研究含蠟原油對常用流動改進(jìn)劑的感受性，進(jìn)而采用復(fù)配技術(shù)篩選評價具有十分重要的意義。

1　加劑降凝降粘的作用機(jī)理

1.1降凝的作用機(jī)理

關(guān)于降凝劑的作用機(jī)理至今尚無定論，一般認(rèn)為，“降凝劑改變了原油中蠟晶的形態(tài)和習(xí)性，從而改善了原油的低溫流動性能?！北容^公認(rèn)的理論有共晶理論與吸附理論。共晶理論認(rèn)為：降凝劑分子有與石蠟分子相同的和不同的結(jié)構(gòu)部分，與石蠟系統(tǒng)相同的部分為烴鏈（非極性基團(tuán)），可與石蠟共晶；而與石蠟不同的部分（極性基團(tuán)），則阻礙蠟晶進(jìn)一步長大。吸附理論認(rèn)為：降凝劑將原油中的蠟晶中心吸附在其周圍，阻止進(jìn)一步析出蠟晶結(jié)合，使其不與輕組分一起形成三維網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)，從而降低了原油的凝固點，而達(dá)到了改善流動性的目的。

1.2降粘的作用機(jī)理

關(guān)于降粘機(jī)理，有學(xué)者提出了高分子表面活性劑的高分散作用；還有學(xué)者從膠體流變學(xué)出發(fā)，提出利用氫鍵的形成以及常溫下化學(xué)反應(yīng)改變膠質(zhì)的形態(tài)，使蠟晶、膠質(zhì)聚集，形成輕餾分油包蠟晶、膠質(zhì)，以改變原油均相分布為非均相膠體，降低連續(xù)相粘度，利于原油流動性改善的構(gòu)想。張付生、王彪根據(jù)紅外光譜和X 衍射原理提出降粘劑分子借助強(qiáng)的形成氫鍵能力和滲透、分散作用進(jìn)入膠質(zhì)和瀝青質(zhì)片狀分子之間，部分折散平面重疊堆砌而成的聚集體，使引起原油高粘度的由膠質(zhì)、瀝青質(zhì)以氫鍵結(jié)合形成的平面重疊堆砌聚集體的結(jié)構(gòu)變得松散、有序程度降低，從而起到降粘作用。

2　含蠟原油加劑的實驗研究

2.1驗儀器及樣品

2.1.1實驗儀器

所用實驗儀器為HAAKERS600旋轉(zhuǎn)流變儀，恒溫水浴，試管，盛油用的玻璃瓶，攪拌器。

2.1.2樣品配制

（1）取得某采油一廠原油樣品。

（2）取得已知密度的降凝降粘劑樣品。

（3）配制加劑10PPM、20PPM、60PPM和80PPM的原油樣品。

2.2試驗方案

將不加劑原油和加入不同劑量的降凝降粘劑原油加熱至原油中蠟晶全部溶解，再按一定方式降溫，使降凝降粘劑在原油降溫析蠟過程中發(fā)揮作用。在不同溫度下分別取樣，測定改性原油的凝點、表觀粘度、剪切速率、剪切應(yīng)力，繪制流變曲線及粘溫曲線從而得出反常點及析蠟點，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制表格得出流態(tài)方程。從而得出加入多少劑量的降凝劑的降凝效果最好。

3　實驗數(shù)據(jù)處理

3.1不加劑原油

采用Haake RS-600流變儀測量一廠原油流變性，當(dāng)油溫從60℃降至40℃時，原油始終處于牛頓流體狀態(tài)，其粘溫特性如表1。

表1　原油不加劑流變性實驗結(jié)果

實驗結(jié)果表明：一廠原油的析蠟點為45℃，反常點為40℃，60℃～45℃之間。

3.2原油加劑10PPM

將一廠原油油樣加入降凝劑，加劑量為10PPM，采用RS-600流變儀測量一廠原油流變性，當(dāng)油溫從60℃降至33℃時，原油始終處于牛頓流體狀態(tài)，處于牛頓流體的溫度范圍至少降低了7℃，且低溫時的動力粘度明顯降低，其粘溫特性如下表2所示。

表2　原油加劑10PPM流變性實驗結(jié)果

實驗結(jié)果表明，一廠原油加劑10PPM后，反常點為33℃，降低了至少7℃，析蠟點為40℃，降低了5℃，低溫（40℃）時的動力粘度降低了25%。

3.3原油加劑20PPM

將一廠原油油樣加入降凝劑，加劑量為20PPM，采用RS600流變儀測量其流變性，實驗結(jié)果表明：當(dāng)油溫由70℃降至30℃時，原油始終處于牛頓流體狀態(tài)，反常點為30℃，，析蠟點為38℃，與不加劑比較，反常點降低了10℃，析蠟點降低了7℃，低溫（40℃）粘度降低了33%，其粘溫特性如表3所示。

表3　原油加劑20PPM流變性實驗結(jié)果

4　結(jié)論

對不同的降凝劑和不同的原油，目前還沒有一個可參考的最佳加劑量的標(biāo)準(zhǔn)，都需要通過實驗測定分析決定。在本實驗研究中，由表6可以看出，當(dāng)加劑20PPM時，原油的凝點降低得最多，為11℃。因此對降凝作用，最佳加劑量為20PPM。

表7　粘度比較

3.4原油加劑60PPM

將一廠原油油樣加入降凝劑，加劑量為60PPM，采用RS600流變儀測量一廠原油流變性，實驗結(jié)果表明：當(dāng)油溫從60℃降至33℃時，原油始終處于牛頓流體狀態(tài)，反常點為33℃，與不加劑比較，降低了7℃，析蠟點為40℃，降低了5℃，且低溫時的動力粘度明顯降低，與40℃時的動力粘度相比較，降低了20%，其粘溫特性如表4所示。

表4　原油加劑60PPM流變性實驗結(jié)果

3.5原油加劑80PPM

將一廠原油油樣加入降凝劑，加劑量為80PPM，采用RS600流變儀測量其流變性，實驗結(jié)果表明：當(dāng)油溫由70℃降至33℃時，原油始終處于牛頓流體狀態(tài)，反常點為33℃，，析蠟點為38℃，與不加劑比較，反常點降低了7℃，析蠟點降低了7℃，低溫時的粘度降低，與40℃時不加劑原油相比下降了20%，其粘溫特性如表5所示。

表5　原油加劑80PPM流變性實驗結(jié)果

3.6不同情況下的凝點

不同情況下的凝點值見表6

表6　凝點比較

由表7可以看出，加劑原油在低溫時，粘度降低比較明顯，隨著溫度的升高，粘度降低的幅度越來越??；當(dāng)溫度達(dá)到一定值時，粘度幾乎不再降低。

這是由于在低溫時，原油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)容易析出，使原油的粘度增大；根據(jù)張付生、王彪根據(jù)紅外光譜和X 衍射原理，加入的降凝降粘劑分子借助強(qiáng)的形成氫鍵能力和滲透、分散作用進(jìn)入膠質(zhì)和瀝青質(zhì)片狀分子之間，部分拆散平面重疊堆砌而成的聚集體，使引起原油高粘度的由膠質(zhì)、瀝青質(zhì)以氫鍵結(jié)合形成的平面重疊堆砌聚集體的結(jié)構(gòu)變得松散、有序程度降低，從而起到降粘作用。因此低溫時的降粘效果比較明顯。

而當(dāng)溫度較高時，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)溶解在原油中，以液體的形式存在，對原油粘度的影響不大，所以，再加入降凝降粘劑，效果并不明顯，甚至粘度沒有什么變化。

在同一溫度下，加不同劑量的降凝降粘劑，粘度降低幅度也不一樣。如表2，粘度降低隨加劑量的變化趨勢一樣，變化幅度不大，且在加劑量為60PPM時，粘度降最大。

實驗說明，降粘作用與加劑量有關(guān)，且不是加劑量越大越好，也存在著一個最佳加劑量。

這是由于當(dāng)加少量降粘劑時，所有的降凝降粘劑分子借助強(qiáng)的形成氫鍵能力和滲透、分散作用進(jìn)入膠質(zhì)和瀝青質(zhì)片狀分子之間，部分拆散平面重疊堆砌而成的聚集體，使引起原油高粘度的由膠質(zhì)、瀝青質(zhì)以氫鍵結(jié)合形成的平面重疊堆砌聚集體的結(jié)構(gòu)變得松散、有序程度降低，起到降粘作用。

當(dāng)達(dá)到一定量時，降凝降粘劑分子剛好充滿膠質(zhì)和瀝青質(zhì)片狀分子間隙，這也就是最佳加劑量。

再繼續(xù)加降凝降粘，降凝降粘分子就分散在原油中，由于降凝降粘都是高分子就結(jié)構(gòu)，所以此時，不但起不到降粘作用，反而會使粘度增加，但影響不是太大。

在本實驗中，對降粘作用，最佳加劑量為60PPM。

表8分別列出了各原油樣品的析蠟點和反常點，可以看出加劑原油的析蠟點和反常點比不加劑原油都有所降低；而在加不同劑量的降凝降粘劑時，析蠟點和反常點的變化不大。

表8　析蠟點和反常點比較

綜上所述，綜合考慮降凝降粘，最佳加劑量為20PPM。

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