王晨宇，樊 迪，馬貴陽

（1.遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順113001；2.中國石化工程建設(shè)有限公司，北京100101）

根據(jù)國際能源署的統(tǒng)計，我國稠油儲備量非常龐大，稠油占可采原油儲量的50%[1]。稠油中一般含有較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的膠質(zhì)瀝青質(zhì)、石蠟以及少量的重金屬等成分，因此稠油為黏稠不易流動的液體或半固態(tài)物質(zhì)[2]。如果不降低稠油黏度，則無法進(jìn)行稠油的長距離管道運(yùn)輸，也無法進(jìn)行稠油的開采。降低稠油的界面張力有利于提高采收率，降低稠油黏度有利于管道運(yùn)輸，降低沿程摩阻，從而減少能量損失[3-4]。降低稠油黏度的常用方法包括物理方法和化學(xué)方法。化學(xué)方法可從根本上改善原油的流動性，是現(xiàn)階段學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一[5-7]。表面活性劑因具有良好的配伍性和降黏效果被廣泛應(yīng)用于稠油降黏[8]。醇對稠油具有乳化和溶劑化作用，可形成O/W型乳狀液，但是醇不能將稠油中的石油酸溶解，并且容易發(fā)生轉(zhuǎn)相，所以需要使用堿劑使其與稠油中的石油酸反應(yīng)生成羧酸鹽類表面活性物質(zhì)，而表面活性劑形成的分子膜可防止稠油發(fā)生轉(zhuǎn)相。表面活性劑本身不僅可以大大降低油與水之間的界面張力，使原油易于在水中乳化，降低原油黏度，增加流動性[9]，與醇溶液和堿劑還具有很好的協(xié)同作用，三者相輔相成可更好地降低稠油黏度。因此，本文對常見的醇溶液、堿劑和表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，研究了復(fù)配體系對稠油黏度的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及試劑

儀器：DV-T 2黏度溫控一體機(jī)，上海尼潤智能科技有限公司；DC0506N超級低溫恒溫槽，寧波天恒儀器廠；HJ-5多功能攪拌器，金壇華儀儀器制造廠；夾套恒溫玻璃杯，自制。

試劑：麥芽糖醇溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75.0%，C12H24O11），壽光市華天糖醇有限公司；山梨糖醇溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70.0%，C6H14O6），濟(jì)南金昊化工有限公司；碳酸氫鈉固體、異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚羧酸溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為88.0%，IAEC-1306H），山東優(yōu)索化工科技有限公司；氫氧化鉀溶液（濃度為1.008 3 mol/L）、氨水溶液（體積分?jǐn)?shù)為10.0%，NH3·H2O），以達(dá)科技有限公司；遼河某區(qū)塊稠油。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 單一試劑實(shí)驗(yàn) 在一定的條件[10]下測定不同濃度的醇溶液、堿劑和IAEC-1306H分別與稠油混合時的黏度，研究單一試劑對稠油黏度的影響，并選擇合適的試劑濃度為后續(xù)的與IAEC-1306H的復(fù)配實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。

1.2.2 與表面活性劑的復(fù)配實(shí)驗(yàn) 將最適濃度的醇溶液和堿劑按照不同比例分別與最適濃度的IAEC-1306H復(fù)配，找出醇溶液和堿劑的最佳配比；加入IAEC-1306H表面活性劑試劑再以不同比例進(jìn)行復(fù)配，最后綜合多方面因素找出醇溶液、堿劑和IAEC-1306H的最佳配比，分析對稠油黏度的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 單一試劑實(shí)驗(yàn)

設(shè)置環(huán)境溫度為55℃，攪拌時間為15 min，油水體積比為5∶2。在環(huán)境溫度為55℃時，稠油的初始黏度為648.5 mPa·s。

2.1.1 醇溶液對稠油黏度的影響 山梨糖醇及麥芽糖醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)對稠油黏度的影響見表1。

由表1可以看出，山梨糖醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.0%（10.0%山梨糖醇，下同）時降黏效果較好，雖然稠油黏度依舊呈下降趨勢，但下降趨勢減緩。由此可以預(yù)測，隨著山梨糖醇溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，山梨糖醇溶液對稠油黏度的影響越來越小，而且山梨糖醇溶液屬于糖漿狀液體，增加其質(zhì)量分?jǐn)?shù)時稠油黏度回升。綜合考慮山梨糖醇溶液的降黏效果及其成本，選用10.0%山梨糖醇溶液用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

由表1還可以看出，麥芽糖醇溶液存在可將稠油黏度降到最低的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。因此，配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的麥芽糖醇溶液，考察了麥芽糖醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)對稠油黏度的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 麥芽糖醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)對稠油黏度的影響

由圖1可以看出，當(dāng)麥芽糖醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0%（5.0%麥芽糖醇，下同）時，對稠油的降黏效果最好，繼續(xù)提高麥芽糖醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)，稠油黏度回升。這是因?yàn)椋蝴溠刻谴既芤簩儆陴ば匀芤?，其黏度約為同等質(zhì)量分?jǐn)?shù)山梨糖醇的2～3倍，當(dāng)麥芽糖醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高（＞5.0%）時，反應(yīng)結(jié)束后會剩余部分麥芽糖醇，而麥芽糖醇溶液自身的黏度大于乳化后稠油的黏度，麥芽糖醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時黏度會回升。因此，選擇5.0%麥芽糖醇溶液用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2.1.2 堿劑對稠油黏度的影響 堿劑可降低稠油黏度，其作用機(jī)理是與具有極性官能團(tuán)的活性大分子反應(yīng)（例如，稠油中的石油酸）形成石油羧酸鹽類表面活性物質(zhì)。石油羧酸鹽類表面活性物質(zhì)對稠油具有良好的乳化作用，可以降低油水界面張力，推進(jìn)稠油的乳化，并形成相對穩(wěn)定的油水界面分子膜。石油羧酸鹽類表面活性物質(zhì)也可以促使W/O型乳狀液轉(zhuǎn)變?yōu)镺/W型乳狀液[11-12]。選取工業(yè)上常用的堿劑KOH、NH3·H2O、NaHCO3，考察堿劑對稠油黏度的影響，結(jié)果見表2—4。

表2 KOH摩爾分?jǐn)?shù)對稠油黏度的影響

表3 NH 3·H 2O體積分?jǐn)?shù)對稠油黏度的影響

表4 NaHCO 3質(zhì)量分?jǐn)?shù)對稠油黏度的影響

由表2—4可以看出，堿劑對稠油有降黏作用，而且強(qiáng)堿（KOH）的降黏效果非常好。經(jīng)計算可知，摩爾分?jǐn)?shù)為5.0%的KOH對稠油的降黏率達(dá)到99%以上。但是，在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，加入KOH后稠油的顏色在乳化過程中發(fā)生變化，從暗褐色轉(zhuǎn)變成暗黃色，可能是稠油在乳化過程中被改質(zhì)[13]，給后續(xù)的加工處理帶來困難。而且，KOH腐蝕管道[14]，KOH與管道長時間接觸造成管道堵塞，降低輸油效率，加大輸油難度。因此，KOH只作參考，在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中不作為堿劑使用。

配置不同體積分?jǐn)?shù)的NH3·H2O溶液，考察了NH3·H2O體積分?jǐn)?shù)對稠油黏度的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 NH 3·H 2O體積分?jǐn)?shù)對稠油黏度的影響

由圖2可以看出，當(dāng)NH3·H2O體積分?jǐn)?shù)為0.2%（0.2%NH3·H2O，下同）時，稠油黏度最小，降黏效果最好；繼續(xù)增加NH3·H2O體積分?jǐn)?shù)，稠油黏度變化幅度不大。這是因?yàn)椋簤A劑的降黏機(jī)理是其與稠油中的石油酸反應(yīng)[15-16]，當(dāng)石油酸反應(yīng)完全后稠油黏度趨于穩(wěn)定；反應(yīng)生成的石油羧酸鹽型表面活性物質(zhì)大部分分布在水相，只有小部分吸附在油水界面，因此稠油黏度不再繼續(xù)下降。若要進(jìn)一步降低稠油黏度，則需要與表面活性劑復(fù)配，增強(qiáng)石油羧酸鹽型表面活性物質(zhì)吸附在油水界面的能力。因此，選擇0.2%NH3·H2O溶液作為堿劑用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2.1.3 IAEC-1306H對稠油黏度的影響 IAEC-1306H是一種常見的陰離子表面活性劑，易分散或易溶于水，具有優(yōu)良的潤濕性、滲透性和乳化性，在工業(yè)上用作脫脂劑、凈洗劑、乳化劑和精練劑等。考察了IAEC-1306H質(zhì)量分?jǐn)?shù)對稠油黏度的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 IAEC-1306H質(zhì)量分?jǐn)?shù)對稠油黏度的影響

由圖3可以看出，IAEC-1306H可以降低稠油黏度，但質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時降黏效果不佳；隨著IAEC-1306H質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，稠油黏度不斷降低；IAEC-1306H質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1.2%后繼續(xù)提高其質(zhì)量分?jǐn)?shù)，稠油黏度下降趨勢減緩并趨于平穩(wěn)，形成穩(wěn)定的O/W型乳狀液。因此，選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%的IAEC-1306H（1.2%IAEC-1306H，下同）溶液進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2.2 表面活性劑的復(fù)配實(shí)驗(yàn)

將最適濃度的醇溶液和堿劑按照不同體積比分別與最適濃度的IAEC-1306H進(jìn)行復(fù)配，找出表面活性劑IAEC-1306H與堿劑、醇溶液二元復(fù)配體系中降黏效果最佳的組合；再將篩選出的降黏效果最佳二元復(fù)配體系分別與10.0%山梨糖醇溶液、5.0%麥芽糖醇溶液以不同的體積比進(jìn)行復(fù)配，最后綜合多方面因素找出IAEC-1306H＋醇＋堿劑三元復(fù)配體系中降黏效果最佳的組合以及不同復(fù)配體系對稠油黏度的影響規(guī)律。

2.2.1 表面活性劑的二元復(fù)配 IAEC-1306H分別與10.0%山梨糖醇溶液、5.0%麥芽糖醇溶液、0.2%NH3·H2O溶液按不同體積比復(fù)配，考察了對稠油黏度的影響，結(jié)果如圖4所示。圖4中，x表示10.0%山梨糖醇溶液、5.0%麥芽糖醇溶液、0.2%NH3·H2O溶液。

圖4 IAEC-1306H的二元復(fù)配對稠油黏度的影響

由圖4可以看出，山梨糖醇溶液和麥芽糖醇溶液分別與IAEC-1306H溶液復(fù)配時，稠油黏度的變化趨勢基本一致，因?yàn)?.0%麥芽糖醇溶液的降黏效果好于10.0%山梨糖醇溶液，所以麥芽糖醇溶液與IAEC-1306H溶液復(fù)配其降黏效果優(yōu)于山梨糖醇溶液與IAEC-1306H溶液復(fù)配的降黏效果；隨著IAEC-1306H溶液復(fù)配比例的增加，稠油黏度不斷下降，這是因?yàn)镮AEC-1306H溶液的降黏效果優(yōu)于山梨糖醇溶液和麥芽糖醇溶液，隨著IAEC-1306H溶液所占比例的增加，稠油黏度不斷降低，但由于山梨糖醇溶液和麥芽糖醇溶液與IAEC-1306H溶液之間存在協(xié)同效應(yīng)，因此山梨糖醇溶液和麥芽糖醇溶液的復(fù)配比例不能過低，否則容易降低二者之間的協(xié)同作用導(dǎo)致稠油黏度的回升。

由圖4還可以看出，當(dāng)IAEC-1306H溶液與NH3·H2O復(fù)配時，其降黏效果遠(yuǎn)優(yōu)于與醇溶液復(fù)配時的降黏效果，這是因?yàn)镹H3·H2O的降黏效果優(yōu)于山梨糖醇溶液和麥芽糖醇溶液的降黏效果；當(dāng)IAEC-1306H溶液與NH3·H2O復(fù)配時，其降黏效果隨著IAEC-1306H質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加先升后降，這是因?yàn)镹H3·H2O與稠油中的石油酸反應(yīng)生成的石油羧酸鹽型表面活性物質(zhì)能否穩(wěn)定地吸附在油水界面進(jìn)而參與稠油的進(jìn)一步乳化與所加入的IAEC-1306H溶液量有關(guān)系：當(dāng)IAEC-1306H溶液量過少時，吸附在油水界面的石油羧酸鹽型表面活性物質(zhì)過少，稠油黏度較高；當(dāng)IAEC-1306H溶液量過大時，NH3·H2O無法與稠油中的石油酸反應(yīng)完全，稠油黏度同樣會升高。

分析圖4可知，在二元復(fù)配體系中，降黏效果最好的組合為：0.2%NH3·H2O與1.2%IAEC-1306H溶液體積比為1∶2。因此，選擇此組合（復(fù)配物A）用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2.2.2 表面活性劑的三元復(fù)配 將復(fù)配物A分別與10.0%山梨糖醇溶液、5.0%麥芽糖醇溶液進(jìn)行復(fù)配，考察三元復(fù)配物對稠油黏度的影響，結(jié)果如圖5所示。圖5中，y表示10.0%山梨糖醇溶液、5.0%麥芽糖醇溶液。

圖5 混合液與醇混合對稠油黏度的影響

由圖5可以看出，V(10.0%山梨糖醇溶液)/V(復(fù)配物A)＝3∶1的三元復(fù)配物及V(5.0%麥芽糖醇溶液)/V(復(fù)配物A)＝1∶1的三元復(fù)配物的降黏效果較佳。因此，選擇上述兩種三元復(fù)配物對試劑的使用量進(jìn)行計算。

取50 mL稠油和20 mL三元復(fù)配物溶液，對10.0%山梨糖醇溶液與復(fù)配物A的三元體系存在如下關(guān)系：V（0.2%NH3·H2O）∶V（1.2%IAEC-1306H）∶V（10%山梨糖醇）＝1∶2∶9。

兩種復(fù)配物的降黏效果幾乎相同，但是V(0.2%NH3·H2O)/V(1.2%IAEC-1306H溶液)/V(5.0%麥芽糖醇溶液)＝1∶2∶3的三元復(fù)配物用量少 于V(0.2%NH3·H2O)/V(1.2%IAEC-1306H溶液)/V(10.0%山梨糖醇溶液)＝1∶2∶9的三元復(fù)配物用量。綜合考慮多種因素，最終選擇V(0.2%NH3·H2O)/V(1.2%IAEC-1306H溶液)/V(5%麥芽糖醇溶液)＝1∶2∶3的三元復(fù)配物。

3 結(jié) 論

（1）在單一試劑中，醇溶液對稠油有降黏作用，NH3·H2O對稠油的降黏效果優(yōu)于醇溶液；IAEC-1306H對稠油的降黏幅度隨著IAEC-1306H質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加先大幅度增加后趨于減緩。

（2）在IAEC-1306H分別與10.0%山梨糖醇溶液、5.0%麥芽糖醇溶液、0.2%NH3·H2O溶液復(fù)配的二元體系中，與0.2%NH3·H2O復(fù)配的體系降黏效果優(yōu)于其他兩個二元復(fù)配體系。

（3）在醇溶液、堿劑與IAEC-1306H形成的三元復(fù)配體系中，三者之間存在協(xié)同作用，對稠油的降黏效果較好；當(dāng)0.2%NH3·H2O溶液、1.2%IAEC-1306H溶液、5.0%麥芽糖醇溶液以1∶2∶3的體積比復(fù)配時降黏效果最佳，其降黏率為96.89%，而且NH3·H2O、IAEC-1306H、麥芽糖醇用量較少。