吳朝會

(西北油田分公司塔河采油一廠,新疆,輪臺,841600)

高蠟原油降凝劑研究進展

吳朝會

(西北油田分公司塔河采油一廠,新疆,輪臺,841600)

聚合物降凝劑在高蠟原油的生產(chǎn)與輸送中應用廣泛,降凝劑與石蠟的作用機理對于降凝劑的開發(fā)與應用至關(guān)重要。本文介紹了近年來原油降凝劑的發(fā)展概況,重點闡述了降凝劑種類,降凝劑與石蠟作用機理及降凝機理研究中分析方法的研究進展。提出進行試驗研究的同時,應加強降凝作用相關(guān)理論和計算機模擬等問題的研究。

高蠟原油;降凝劑;石蠟;作用機理

高蠟原油具有較高的凝點和黏度,低溫流動性差。蠟在原油中的溶解度隨溫度降低而減小,當溫度降到一定値時,原油中開始析出微小的石蠟晶粒,繼而連接成為三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),把油包在其中,原油失去流動性。降低原油凝點和改善原油低溫流動性,對于高蠟原油開采、集輸具有重要意義。目前,最重要的流動改進技術(shù)為化學劑降凝法[1-5],該技術(shù)以低能耗、成本少、效率高和易操作等顯著優(yōu)勢備受人們關(guān)注。

1 降凝劑種類

以高聚物為代表的高效降凝劑具有如下結(jié)構(gòu)特征：分子中含有與石蠟結(jié)構(gòu)類似的非極性長鏈烷基,可進入蠟晶晶格發(fā)生共晶;高聚物中還含有極性基團,用于抑制蠟晶之間的黏合,使石蠟形成松散的聚集體。降凝劑通常包括以下種類：

1.1 馬來酸酐共聚物 馬來酸酐可與許多單體形成共聚物,這類共聚物及其衍生物已成為油田廣泛使用的降凝劑。El-Ghazawy等[2]合成了馬來酸酐 -丙烯酸十八醇酯 -丙烯酸二十二醇酯三元共聚物,該聚合物對于高蠟原油表現(xiàn)出良好的分散蠟晶的能力,并且顯著改善了低溫下原油的流動特性。Bharambe等[3]研究了四種梳形馬來酸酐二酯共聚物,聚合物側(cè)鏈分別帶有脂肪烴鏈和苯環(huán)。在研究聚合物降凝劑的構(gòu)效關(guān)系時作者指出,脂肪烴側(cè)鏈只能為石蠟提供成核點;脂肪烴鏈和苯環(huán)側(cè)鏈時可同時為石蠟和瀝青質(zhì)提供成核點,蠟晶彼此被隔離,在原油中呈分散狀態(tài)。

1.2 聚丙烯酸高碳醇酯聚合物 該類聚合物烷基與原油正構(gòu)烷烴平均碳數(shù)相適應時,效果很好。胥思平等[4]合成了丙烯酸二十二酯 -丙烯酰胺共聚物降凝劑,并應用于勝利原油的降凝處理過程。實驗結(jié)果表明,降凝劑使原油的凝點從27.0℃降至 11.0℃,原油的牛頓流體溫度范圍變寬,并且非牛頓流體溫度下的黏度減小。

1.3 聚 (苯)乙烯 -醋酸乙烯酯及其改性物 Flavio Vazquez等[5]合成了一系列苯乙烯 -醋酸乙烯酯共聚物,并用于改善墨西哥輕質(zhì)和重質(zhì)原油的物理性質(zhì)。實驗結(jié)果表明,該聚合物對于上述兩種原油均具有良好的降凝作用,并且在 35. 0℃以上添加共聚物,能夠降低原油的表觀黏度。

1.4 含氮聚合物 含氮聚合物主要是聚胺類,或者是烷基胺與含有馬來酸或富馬酸共聚物作用得到的化合物。這類降凝劑在原油中穩(wěn)定性好,降凝效果顯著。張紅等[6]通過丙烯酸高碳酯與馬來酸酐、醋酸乙烯酯、苯乙烯共聚后進行不同系列胺解,得到胺解聚合物型原油降凝劑。該聚合物降凝幅度最高達到 27.0℃。

1.5 聚合物復配體系 由于原油組成存在顯著差異,單一組分降凝劑在使用中受到限制,采用不同原料復配來制備降凝劑日益受到重視。張曉東等[7]把丙烯酸十八酯 -馬來酸酐 -醋酸乙烯酯三元共聚物胺解改性,然后與乙烯 -醋酸乙烯酯共聚物進行復配,降凝劑可使原油凝點降低 11.0℃。武躍等[8]則合成了甲基丙烯酸高碳酯 -苯乙烯 -馬來酸酐三元共聚物,在此基礎上與雙子表面活性劑復配,原油凝點可降低 9.0℃。王建華等[9]針對江蘇油田 B1斷塊原油也合成了復配降凝劑,在 40℃加劑后降凝降黏率達 80%以上。

2 降凝劑作用機理的研究方法

目前,已為人們公認的降凝劑作用機理[1-4]包括成核作用、吸附作用、共晶作用和增溶作用。這些機理與采用的實驗手段和分析方法密切相關(guān),下面就近年來降凝機理的研究方法進行概述。

2.1 石蠟相變熱力學性質(zhì)測定 差示掃描量熱技術(shù) (DSC)是在程序升降溫過程中,測試樣品與參照物發(fā)生物理化學變化時吸收或放出的熱量的變化。該技術(shù)可定量測定添加降凝劑前后石蠟的結(jié)晶和溶解特性。張紅等[10]通過分析石蠟溶解過程的DSC曲線發(fā)現(xiàn),加入降凝劑可提高石蠟的溶解焓和溶解熵。李傳憲等[11]研究了石蠟結(jié)晶過程,發(fā)現(xiàn)加入降凝劑會使析出焓和析出熵減小,石蠟結(jié)晶困難。

2.2 蠟晶形貌顯微觀察 通過偏光顯微鏡或電子顯微鏡觀測,可深入了解降凝劑與石蠟的相互作用。胥思平等[4]采用高倍偏光顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn),未加降凝劑原油中的蠟晶為長棒狀、片狀結(jié)晶形態(tài)。當原油中加入降凝劑后,蠟晶近似球形的結(jié)晶形態(tài)。Bharambe等[3]也觀察到類似結(jié)果,分析認為降凝劑同時為瀝青質(zhì)和石蠟提供成核點,二者共沉淀使原油凝點和黏度明顯下降。

2.3 蠟晶晶體結(jié)構(gòu)研究 X射線衍射法是研究晶體結(jié)構(gòu)的重要手段。研究發(fā)現(xiàn)加降凝劑處理的蠟晶的衍射峰和晶面間距均發(fā)生變化,分析認為降凝劑分子與石蠟通過共晶作用來改善蠟晶結(jié)構(gòu),抑制形成石蠟網(wǎng)絡。

2.4 蠟晶電性質(zhì)研究 宋昭錚等[12]采用微電泳儀研究了聚丙烯酸酯降凝劑處理前后蠟晶的電性質(zhì),實驗發(fā)現(xiàn)降凝劑處理石蠟后的 Zeta電位顯著升高。處理劑中的極性基團在蠟晶表面形成極性點,優(yōu)先吸附含蠟體系中的極性低分子物質(zhì),蠟晶表面產(chǎn)生定向電場,高度分散于原油中。

2.5 理論分析與分子模擬 除實驗研究外,數(shù)學理論分析與計算機分子模擬也日益受到研究人員關(guān)注。人們期望通過理論模型計算和微觀分子模擬為降凝劑開發(fā)與應用提供指導。辛寅昌等[13]采用彈性體的松弛理論和黏性體的蠕動理論建立原油流動數(shù)學模型,討論了影響原油低溫流動性的有關(guān)因素,提出了改善原油流動性的方法以及相關(guān)降凝劑。Zhang等[14]分別采用分子力學、分子動力學和量子力學等方法對乙烯 -醋酸乙烯酯降凝劑的降凝機理進行了理論計算和分析,并提出了用于計算降凝劑加量的簡化模型。

3 結(jié)束語

隨著高聚物降凝劑的廣泛應用,人們越來越重視降凝機理分析。在今后的研究中,應當把現(xiàn)代結(jié)晶理論、聚合物分子結(jié)構(gòu)與溶液理論、流體流動模型、計算機分子模擬等方面同現(xiàn)代實驗技術(shù)和設備聯(lián)合起來,在更接近實質(zhì)和微觀的層次上開展研究工作,進一步促進高效降凝劑的開發(fā)與應用。

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TE624.8+4

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1003-3467(2010)10-0007-02