一種乳液型清蠟劑的研制及性能評價

陳明燕，王梓穎，劉宇程

(西南石油大學 化學化工學院，四川 成都 610500)

青海油田原油含蠟量較高(>10%)，結蠟現象較為嚴重，采出時原油中蠟隨溫度和壓力的降低會凝結并沉積于油管表面，導致管道輸送能力降低，給開采過程帶來了諸多問題[1-2]?；瘜W清蠟技術因其操作簡單、應用范圍較廣、費用較低等優勢成為目前常用的清蠟技術之一，而乳液型清蠟劑既克服了油基型毒性大、易燃易揮發的缺點也避免了水基型流動性差、清蠟速率低的劣勢，成為油田清蠟劑的研究熱點[3-4]。本文針對青海油田原油高含蠟現狀，對有機溶劑、表面活性劑、助劑等組分進行性能研究，研制出一種清蠟效果良好的乳液型清蠟劑，并對其各項性能進行了評價。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

油蠟，取自青海油田；甲苯、二甲苯、石油醚、正庚烷、正辛烷、環己烷、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10(OP-10)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)、吐溫-20、吐溫-80、十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、平平加O-20、甲醇、乙醇、乙二醇丁醚(BCS)、異丙醇、乙二醇、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、硅酸鈉等均為分析純。

GKC型恒溫水浴鍋；FL-1型電加熱套；84-1型磁力攪拌器；FA200-電子天平。

1.2 實驗方法

1.2.1 乳液型清蠟劑的制備 分別制備有機溶劑組成的油相和表面活性劑、助劑、水組成的水相，常溫攪拌條件下將油相加至水相中，兩相混合后持續攪拌可得乳液型清蠟劑[5]。

1.2.2 溶蠟速率的測定 根據SY/T 6300—2009《采油用清、防蠟劑技術條件》方法，取15 mL待測液體于溶蠟測試裝置中，水浴溫度20 ℃，待溶劑恒溫后，將帶有蠟球的支撐桿浸入待測試劑中，觀察并記錄蠟球溶完所用時間t。

式中v——溶蠟速率，g/min；

m——蠟球質量,g；

t——蠟球溶完所用時間,min。

2 結果與討論

2.1 有機溶劑的篩選

有機溶劑作為乳狀液的油相組成部分，也是清蠟劑的主要作用成分；目前常用的有機溶劑包括甲苯、二甲苯、石油醚、溶劑油等，雖然四氯化碳和二硫化碳等溶劑對蠟也有很好的溶解效果，但因硫化物和氯化物對人體傷害較大且在原油加工時會對設備設施造成危害，現已被禁止使用[6]。本文采用毒性較低的石油醚、二甲苯、正庚烷、環己烷等6種溶劑進行清蠟效果對比研究，結果見表1。

表1 有機溶劑對溶蠟速率的影響Table 1 Influence of organic solvent on paraffin dissolution rate

由表1可知，石油醚、正庚烷、正辛烷對油蠟有更好的溶解效果。根據“相似相溶”原理，3種溶劑與青海油田油蠟結構更為相似，這類烷烴環烷烴溶劑，可將沉積于管壁的蠟溶解分散，變成小顆粒懸浮狀態隨油流流出。而考慮到各類溶劑間的配伍和協同作用，將3種有機溶劑進行復配，改變配比，考察復配混合后有機溶劑的溶蠟效果，結果見表2。

表2 有機溶劑復配對溶蠟速率的影響Table 2 Influence of organic solvent compounding on paraffin dissolution rate

由表2可知，復配比例為2∶3∶1時平均速率達0.032 5 g/min，大于各單劑溶解速率，此時復配有機溶劑間配伍協同作用最佳。因此，確定油相復配比例為m(石油醚)∶m(正庚烷)∶m(正辛烷)=2∶3∶1。

2.2 表面活性劑的篩選

表面活性劑是清蠟劑水相的重要組成部分，油田上常用的表面活性劑包括OP、吐溫、平平加系列、季銨鹽型和聚醚型等。在以上確定比例的油相中分別加入各類表面活性劑，對其進行溶蠟速率測定，結果見表3。

表3 表面活性劑對溶蠟速率的影響Table 3 Influence of surfactant on paraffin dissolution rate

由表3可知，AEO-9、SDBS和吐溫-80的效果較好。因3種表面活性劑的滲透、分散作用較強，降低了蠟晶間及其與管壁間的界面張力，加快有機溶劑進入蠟晶內部，使得蠟結構破壞，從而提高溶蠟速率[7]。將3種表面活性劑進行復配，改變配比，結果見表4。

表4 表面活性劑復配對溶蠟速率的影響Table 4 Influence of organic solvent compounding on paraffin dissolution rate

由表4可知，將AEO-9、SDBS和吐溫-80三者復配后平均溶蠟速率最高為0.016 8 g/min，相比于單劑溶蠟速率有所降低。這是因為3種溶劑復配使得體系粘度變大，溶劑與油蠟間作用力降低[8]，但乳狀液體系更為穩定。取復配最優比例m(AEO-9)∶m(SDBS)∶m(吐溫-80)=3∶3∶2。

2.3 助劑的篩選

2.3.1 助溶劑的選擇 助溶劑可解決油水互溶問題，能使體系變得均一化，提高穩定性；還能增大蠟在清蠟劑中的溶解性，使得溶劑更好地與蠟樣接觸，增大溶解速率[9]。常用的助溶劑一般為醇或醇醚類，如甲醇、乙醇、異丙醇等，實驗選擇不同助溶劑研究對清蠟性能的影響，結果見表5。

表5 助溶劑對溶蠟速率的影響Table 5 Influence of cosolvent on paraffin dissolution rate

由表5可知，各類助溶劑中BCS具有最好的溶蠟性能，可以適當加大乳狀液的溶蠟速率，所以選擇BCS為乳狀液體系的助溶劑。

2.3.2 堿性物質的選擇 少量堿的加入可降低體系粘度，堿性物質與蠟中的膠質瀝青質酸性基團發生反應生成鹽類等水溶性物質[10]，使蠟層松散，產物進一步分散于油流中被帶走，可輔助增強清蠟能力；常用的堿性物質包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、堿性鹽等，實驗考察不同堿性物質對溶蠟速率的影響，結果見表6。

表6 堿性物質對溶蠟速率的影響Table 6 Influence of alkaline substances on paraffin dissolution rate

由表6可知，氫氧化鈉具有最好的溶蠟效果，因此，選擇氫氧化鈉作為體系的堿性調節劑。

2.4 有機溶劑比例確定

體系總質量不變，w(油相)=45%～60%，w(復配表面活性劑)=5%，w(BCS)=3%，w(氫氧化鈉)=1%，其余為水，考察油相占比對乳狀液體系穩定性和溶蠟速率的影響，結果見表7。

表7 有機溶劑占比對乳狀液體系的影響Table 7 Influence of organic solvent ratio on emulsion system

由表7可知，油相占比增大，溶蠟速率呈增大趨勢，這是因為油相含量增大，會加速蠟溶解，速率進而增大，但同時油水體系更易失衡。在占比50%時有較好的溶蠟速率及穩定性，因此確定體系最佳油相占比為50%。

2.5 表面活性劑比例確定

體系總質量不變，w(油相)=50%，w(復配表面活性劑)=1%～5%，w(BCS)=3%，w(氫氧化鈉)=1%，其余為水，考察表面活性劑占比對乳狀液穩定性和溶蠟速率的影響，結果見表8。

表8 表面活性劑占比對乳狀液體系的影響Table 8 Influence of surfactant ratio on emulsion system

由表8可知，表面活性劑加量越大，乳狀液體系穩定性越好，但溶蠟速率同時會有所降低。這是因為表面活性劑占比增大，體系滲透分散作用越強，使得溶蠟速率變大，但增加到一定程度時，體系粘度過大，導致表面活性劑分子與蠟樣間的范德華力降低，從而使溶蠟速率也會減小。當加量為2%時有較好的指標性能，所以在體系中復配表面活性劑加量為2%。

2.6 助劑比例確定

2.6.1 堿加量確定w(油相)=50%，w(復配表面活性劑)=2%，w(BCS)=3%，w(氫氧化鈉)=0.8%～1.8%，考察氫氧化鈉占比對清蠟劑性能的影響，結果見表9。

表9 氫氧化鈉加量對溶蠟速率的影響Table 9 Influence of sodium hydroxide addition on paraffin dissolution rate

由表9可知，溶蠟速率隨氫氧化鈉加量的增加先增大后減小，在1%時有最大溶蠟速率，所以在體系中氫氧化鈉加量為1%。

2.6.2 助溶劑加量確定w(油相)=50%，w(復配表面活性劑)=2%，w(氫氧化鈉)=1%，w(BCS)=3%～4%，考察BCS占比對清蠟劑性能的影響，結果見表10。

表10 BCS加量對溶蠟速率的影響Table 10 Influence of BCS addition on paraffin dissolution rate

由表10可知，隨著BCS加量的增大，溶蠟速率先增大后減小，在加量為3.8%時溶蠟速率最大，因此在乳狀液體系中BCS加量為3.8%。

通過上述實驗最終確定的乳液型清蠟劑的最佳配方為：w(復配有機溶劑)=50%，w(復配表面活性劑)=2%，w(BCS)=3.8%，w(氫氧化鈉)=1%，其余為水。其中，有機溶劑復配比例為m(石油醚)∶m(正庚烷)∶m(正辛烷)=2∶3∶1，表面活性劑復配比例為m(AEO-9)∶m(SDBS)∶m(吐溫-80)=3∶3∶2。

2.7 清蠟劑技術指標評價

乳狀液體系按照石油天然氣行業標準 SY/T 6300—2009《采油用清、防蠟劑技術條件》進行性能評價，結果見表11。

表11 清蠟劑性能評價表Table 11 The performance evaluation form of emulsion paraffin removal agent

3 結論

(1)本文通過對有機溶劑、表面活性劑和各類助劑的清蠟效果進行對比分析，研制出一種新型乳液型清蠟劑，其最佳配方為：w(復配有機溶劑)=50%，w(復配表面活性劑)=2%，w(BCS)=3.8%，w(氫氧化鈉)=1%，其余為水；其中有機溶劑復配比例為m(石油醚)∶m(正庚烷)∶m(正辛烷)=2∶3∶1，表面活性劑復配比例為m(AEO-9)∶m(SDBS)∶m(吐溫-80)=3∶3∶2。

(2)按照SY/T 6300—2009《采油用清、防蠟劑技術條件》對此清蠟劑進行性能評價，該乳液型清蠟劑溶蠟速率為0.028 3 g/min，大于行業標準要求；閃點>45 ℃，符合閃點Ⅰ類指標，凝點<-35 ℃，符合凝點A類指標。

(3)該乳液型清蠟劑取用青海油田油蠟研制，對于青海油田乳液型清蠟劑的使用研究有一定現實意義。