溢油凝油劑凝油特性測試方法研究

趙 月，于 達（.中國石油大學油氣管道輸送安全國家工程實驗室，北京 049；.城市油氣輸配技術北京市重點實驗室，北京 049）

溢油凝油劑凝油特性測試方法研究

趙 月1，于 達2
（1.中國石油大學油氣管道輸送安全國家工程實驗室，北京 102249；2.城市油氣輸配技術北京市重點實驗室，北京 102249）

針對國內外凝油效果好的凝油劑，建立適用性、可靠性強的凝油特性測試方法，并自制了凝油擠壓器。基于大量調研、實驗尋找可靠的測試凝油特性的方法。實驗結果表明，測粘度方法不適用于凝油效果較好的情況，實際意義小。密度、抗剪切性、針入度、延度、粘彈性、屈服值、硬度指標予以排除。之后，結合凝油劑凝油特性設計并制作了凝油擠壓器，凝油擠壓器測量的各凝油劑在不同劑油比下的凝油抗擠強度數值有一定規律性，可以表征凝油的抗擠特性，且可靠性、穩定性好，適用性強。

溢油；凝油劑；凝油特性；測試方法

近年來，石油勘探、開發步入海洋時代，石油交通運輸業迅猛發展，隨之而來的是溢油事故頻發［1］。目前，主要的溢油處理方法卻有著各種不足之處?，F場焚燒會造成二次污染；生物修復法處理效果緩慢；機械方法處理后溢油殘留較多［2］。溢油處理使用較多的化學分散劑方法，有毒，且危害海底生態環境，存在著巨大隱患［4］。因此，迫切需要尋找環境友好、高效的溢油處理方法。凝油劑具有無毒、無污染、簡單、高效、易于回收等諸多優點，在處理溢油事件上有著很大潛力［5］。目前凝油劑研發及生產雖已有一定規模，但實際應用較少。主要是由于沒有統一、可靠的凝油劑凝油特性測試方法。而且，國內外鮮有凝油特性的測試方法標準或規定。因此，有必要尋找適用于各種凝油劑，特別是對凝油效果好的凝油劑，尋找可靠性、適用性強的凝油特性測試方法。

1　測試方法分析

目前，普遍使用粘度作為凝油劑凝油特性測試指標。但實際上，在凝油效果較好時，凝油粘度很大，往往會超出儀器測試范圍。凝油為固體狀態時也無法測量粘度。能夠進行粘度測量基本上是凝油效果較差的情況，而這種情況測量的數據對實際應用意義不大，且粘度測量費時費力。因此，不推薦粘度作為凝油特性測試指標。

實際觀察可知，凝油與瀝青膠凝原油有相似之處，嘗試將瀝青和膠凝原油的測試方法應用于凝油特性測試。嘗試使用瀝青測針入度的方法，試驗表明，凝油是原油和凝油劑形成的不均勻物質，會出現分散顆粒狀固體的情況，針入度數值重復測量結果偏差很大，無法得到準確數值，無法作為凝油特性測試指標［8］。通過試驗嘗試膠凝原油的粘彈性、屈服值測量方法，使用旋轉流變儀測量，但旋轉流變儀測量精度過高，對于凝油劑顆粒較大，固體，顆粒狀固體等情況均無法進行測量，凝油效果較好時粘度過大會超出測量范圍，因此無法進行凝油粘彈性、屈服性測量。華東理工大學的姚重華通過自制儀器進行了凝油的硬度測量，進行了很簡單的測量，但測量數據少，無法判斷其對于各凝油劑凝油的適用性［3］。

2　實驗參數及材料確定

2.1實驗基本參數確定

實驗使用IKA-WERKE攪拌器在燒杯中攪拌，以渤海為例，模擬水面運動對原油的剪切作用。水面的波浪表層攪拌系數BV約為0.02m2/s，海水密度近似取1 000kg/m3，則動力粘度μ=20Pa·s。據調查，渤海海域各月涌浪高主要集中在0.3～2.2m之間，各月平均涌浪高在1.2m左右［4］。根據動力粘度的定義計算得攪拌器轉速為600r/min。

2.2實驗基本材料

選取渤海油田中旅大10-1原油為實驗用油，旅大10-1油田所產原油為典型的普通環烷基重質原油。

通過各種渠道在全世界范圍內，收集到凝油劑總共13種。其中包括國內6種，日本1種，美國環保署（EPA）國家應急計劃產品中6種凝油劑。鑒于收集到凝油劑較多，質量參差不齊。實際處理溢油選用凝油劑時，一定會選用凝油效果較好的，如果對全部13種凝油劑進行實驗，工作量過大，費時費力。因此，先進行簡單的篩選實驗，篩選出凝油效果較好的凝油劑。實驗依據凝油的狀態，結塊情況、油塊大小、硬度、水層清澈度等篩選出凝油效果較好的5種凝油劑N1、N3、N9。

3　一種新的儀器及評價方法

3.1凝油擠壓器

凝油劑在不同劑油比下形成的凝油性質差別很大，隨著劑油比的增加凝油狀態從流體到半固體到固體，并且所形成凝油為非均勻物質，現有評測手段中很難找到適合的測量所有狀態凝油的方法。結合形成凝油的狀態性質，自制了一臺凝油擠壓器。儀器結構如圖1所示。

圖1　凝油擠壓器結構圖

3.1.1儀器簡介

儀器名稱：凝油擠壓器；儀器測量物理量名稱：凝油抗擠強度；儀器量程：0-10；儀器基本組成：托盤、活塞、活動筒蓋、測量筒、底盤、網、砝碼。

3.2儀器測試及結果分析

3.2.1儀器測試實驗步驟

① 將500mL的燒杯放在天平上，加入海水和原油；② 按照選定劑油比計算出放入凝油劑量，加入凝油劑；③ 用攪拌器進行攪拌，600r/min，10min；④ 觀察并記錄實驗現象；⑤根據凝點測試國標GB 510—1983，進行凝油凝點測試，并記錄結果，凝點測試最高值為50℃；⑥ 靜置10min后，取出10g凝油，放入凝油擠壓器，凝油擠壓器托盤上加5.1kg的砝碼，保持30s，取下砝碼，刮下擠出的凝油，進行稱重，記錄數據，重復三次取平均值。

3.2.2儀器測試實驗步驟

①凝油擠壓器重復性

為了減小凝油擠壓器的隨機誤差，測三次取平均值。為了驗證凝油擠壓器的重復性，以凝油劑N3為例，進行實驗，數據計算結果為平均方差0.102，具體見圖2帶誤差棒的旅大N3凝油抗擠強度曲線。

實驗表明，按照正確的實驗步驟操作，凝油抗擠強度的實驗偏差一般在0.5以內。隨著劑油比的變化得到的凝油抗擠強度數值有著明顯的區分度和很好的穩定性，重復性好。

②凝油擠壓器凝油特性測試結果

實驗測試了各凝油劑從劑油比為0直到凝油劑明顯過量的凝油抗擠強度數值。實驗結果如圖2～4所示。

圖3　N1凝油劑凝油抗擠強度曲線

由圖2～4可知，隨著劑油比的增加，凝油抗擠壓強度呈下降趨勢。凝油狀態變化為流體→半固體→塊狀固體→小顆粒狀固體?；旧希涂箶D強度在小于4.5時，凝油為固體狀態，大于4.5時為流體狀態。

由圖2～4可知，不同凝油劑達到各個狀態的具體劑油比及凝油抗擠壓強度區間不同。N3凝油劑在劑油比為35%時即可達到固體狀態，且凝油抗擠強度小于3，在劑油比為55%～75%區間，達到凝油效果最好區域；凝油劑N1在劑油比為55%時即可達到固體狀態，凝油抗擠強度小于1.5，但N1由于凝油劑本身較硬，導致凝油抗擠強度較低，在劑油比為90%時達到凝油效果最好區域；N4凝油劑在劑油比為55%時即可達到固體狀態，但是，形成固體很軟，在劑油比80%以上形成較硬固體，凝油抗擠強度小于4，在劑油比為85%時達到凝油效果最好區域；N8凝油劑在劑油比55%時達到固體狀態，凝油抗擠強度小于4.5，在劑油比為60%時達到凝油效果最好區域；N9凝油劑在劑油比為65%時達到固體狀態，凝油抗擠強度小于4.5，在劑油比為65%時達到凝油效果最好區域。

圖4　N8凝油劑凝油抗擠強度曲線

初步實驗表明，凝油擠壓器對不同凝油劑在不同劑油比下呈現流動、半流動、半固體、固體、顆粒狀固體的凝油均能夠進行測量，并且有著較好的區分度。凝油抗擠強度可體現各凝油劑的凝油抗擠特性，大致可指示各凝油劑呈現不同凝油狀態的劑油比區間。凝油抗擠強度數值與實驗觀察結果對比表明，在凝油劑不過量的情況下，同一凝油劑不同劑油比下形成凝油的好壞與凝油抗擠強度數值相互對應，凝油擠壓器得出的凝油抗擠強度數值越小，凝油劑與原油結合的凝油凝固效果越好，凝油抗擠強度數值可以表示凝油效果好壞。

4　結束語

1）通過對各種可能的凝油特性測試方法進行調研、試驗，結果表明：粘度指標無法測量凝油效果較好的情況，實際意義不大；密度、抗剪切性、針入度、延度、粘彈性、屈服值、硬度指標由于各方面原因不宜作為凝油特性測試指標。

2）根據不同情況下凝油特性設計制作了凝油擠壓器，凝油擠壓器可以對不同凝油劑不同條件下制備的凝油進行測量，適用性強，可靠性、穩定性好，可以表征凝油的抗擠特性。在凝油劑不過量的情況下，同一凝油劑不同劑油比下凝油擠壓器得出的凝油抗擠強度數值越小，凝油劑與原油結合的凝油凝固效果越好。

根據本文研究結果可以對凝油劑的凝油特性進行深入的研究，有助于凝油劑標準體系的建立，有助于凝油劑的研發、對實際應用進行相關研究。

［1］ 桂客.海上溢油污染的危害及防治措施［J］.環境保護與循環經濟，2011，31（11）：56-58.

［2］ 周志國，馬傳軍，楊洋洋.海上溢油處置技術研究進展［J］.安全、健康和環境，2013（4）：34-37.

［3］ 姚重華，蘇克曼.山梨醇型凝油劑的制備與性能［J］.上海環境科學，1993，12（11）：24-25.

［4］ 楊永增，喬方利，夏長水，等.海浪對海洋上層的動量與混合作用分析［J］.海洋科學進展，2003（4）：363-368.

Pour Oil Condensate Oil Spill Characteristics Test Methods

Zhao Yue，Yu Da

According to good effect at home and abroad condensate oil condensate oil，establish applicability，high reliability characteristics of the test method condensate oil，condensate and oil made the extruder. Based on extensive research and experiments to find a reliable test method for pour point oil properties. Experimental results show that the viscosity measurement method does not apply to pour oil better situation，little practical significance. Density，shear resistance，penetration，ductility，viscoelasticity，yield value，hardness index be excluded. After that，combined with condensate oil condensate oil properties designed and fabricated extruder condensate oil，condensate oil condensate oil squeeze each measured at different solvent to oil ratio of condensate oil collapse resistance value of a certain regularity，can be characterized anticoagulant properties of the oil squeeze and reliability，good stability，suitable Strong.

oil spill； gelling agent；pour oil properties；test methods

TQ421

B

1003-6490（2016）05-0039-02

2016-05-10

趙月（1993—），女，河北定州人，碩士在讀，主要研究方向為海洋污染防治、長距離管道輸送方向的研究。