沥青质对原油-水界面特性与乳化稳定性的影响研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:panyh921
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原油采出液在从井口运送到联合站的输送过程中,由于受到井筒、油嘴、阀件、机泵等的剪切作用,原油与采出水之间常常会发生乳化,形成油包水型乳状液。而沥青质作为原油中具有极性的组成成分能够吸附到油水界面上形成一层强度较大的界面膜。这层界面膜的存在使原油乳状液的分散相液滴在互相碰撞时不易发生聚并,能够起到稳定原油乳状液的作用。温度以及原油中沥青质的质量分数、蜡的含量、溶剂的极性等因素都能够改变沥青质的缔合状态,从而影响界面膜的结构特性以及乳状液的稳定性。为了探索各个因素对沥青质缔合状态的影响,然后通过缔合状态分析油水界面特性以及乳状液稳定的影响机理,本文首先从塔河原油中萃取沥青质配制模拟油,通过改变配制条件及模拟油组成,分析温度、沥青质质量分数、溶剂极性和含蜡量的改变对模拟油中沥青质缔合状态的影响;然后采用悬滴法研究温度、沥青质质量分数、含蜡量、溶剂极性对界面动态吸附行为和结构特性的影响;最后通过瓶试法对沥青质模拟油-盐水乳状液进行宏观稳定性测试,研究温度、沥青质质量分数、含蜡量、溶剂极性对乳状液稳定性的影响。通过结合模拟油-水界面特性与模拟油-水乳状液稳定性,将研究理论应用到实际生产中。研究结果表明,沥青质质量分数对界面膜结构强度的影响是分区间的(非连续的)。当沥青质在模拟油中的质量分数较低时:随着模拟油中沥青质质量分数的增加,沥青质颗粒的粒径增大,但增加幅度不大,扩散系数随质量分数的增加而急剧减小;界面扩张模量的上升趋势很快,在模拟油滴收缩的过程中,界面上没有出现明显的褶皱。当沥青质质量分数达到一定值时:颗粒尺寸突然增大,这意味着在较高的质量分数下,沥青质的缔合度增强。随着沥青质质量分数的增加,扩散系数下降速度减慢,界面扩张模量的上升趋势则变缓,表明界面膜的结构强度并没有随着沥青质质量分数的增加而线性增强,液滴收缩时会出现褶皱,但收缩和膨胀过程仍是可逆的。溶剂极性增强会降低界面膜结构强度。在实验所采用的四种甲基萘与正癸烷的比例中,当沥青质在模拟油中的质量分数较低时,随着模拟油中沥青质质量分数的增加,沥青质颗粒的粒径缓慢增大,扩散系数随质量分数的增加而急剧减小,界面扩张模量随沥青质质量分数的增加而增大,且上升趋势快。沥青质在达到较高的质量分数后会发生缔合,且溶剂的极性越强,发生缔合时对应的沥青质质量分数越高。这说明随着溶剂极性的增强,沥青质在相同的质量分数下缔合度降低。由于沥青质相互缔合成为大的聚集体会导致扩散系数下降速度减慢,因此扩散系数随着甲基萘在溶剂中比例的增加而增大,表明沥青质的缔合程度随溶剂极性的增加而降低。在四种甲基萘与正癸烷的比例下,沥青质的加入都提高了界面膜的结构强度,在同一沥青质质量分数下,溶剂的极性越强,界面扩张模量越小,表明界面膜的结构强度随着溶剂极性的增强而降低。蜡的碳数分布和含量的变化会显著改变模拟油中沥青质的缔合状态和沥青质在油-水界面上所形成的界面膜的结构强度。当50-52号和62-64号切片石蜡在模拟油中的含量分别低于5wt%和2wt%时,随着沥青质质量分数的升高,模拟油中沥青质颗粒的平均粒径增大,但增幅不大。沥青质的缔合状态基本不变,扩散系数随含蜡量的变化幅度很小。随着含蜡量的上升,界面扩张模量上升,但幅度较小。当含蜡量分别增加到10wt%和5wt%及以上时,沥青质的缔合度提高,越来越多的沥青质相互缔合成为体积更大的缔合体,从而降低了从油相到界面的扩散能力,扩散系数随模拟油中切片石蜡含量的增加而降低,且降低幅度较大。随着模拟油中切片石蜡含量的上升,界面扩张模量上升幅度增大。这是由两个方面的作用共同影响的。一方面,在蜡的作用下,沥青质缔合成体积较大的颗粒,吸附在油-水界面上的沥青质颗粒体积较大,增大了沥青质在油-水界面上形成的界面膜的厚度,提升了界面膜的强度;另一方面,随着含蜡量的上升,油-水界面处吸附的蜡分子形成的膜厚度进一步增加。两个方面共同作用,提升了界面膜的结构强度,使界面扩张模量大幅度增加。
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