spe翻译11.doc

根据采出液性质设计、选择原油破乳液摘要：本文介绍了一种表征和预测破乳剂性能的方法，主要利用破乳剂的最佳烷烃碳数和原油的当量烷烃碳数及其乳化水相盐度间的关系。本方法造用于油田选择造当的破乳剂。也适用用于借助测定分子结构和界面性质的改变对其性能的影响，开发新型高校破乳剂，研究的参数包括化学剂的类型、分子量、支化程度、油水相间的分配系数，界面张力降低及界面黏度变化。阐述了各参数对破乳剂性能的重要性。关键词：破乳剂的结构 原油界面性质一、 简介油田破乳剂的设计、应用要对众多的产品进行评价及更多的复配实验，已期得到满意的产品。油于破乳剂属于表面活性剂。因而表面化学的原理得以运用。早期，对O/W型乳状液的稳定性报道较多。而适用于W/O型乳状液的却很少，因此，我们探索这些乳状液稳定性的主要影响因素。我们主要进行了三个方面的考察。首先，从表面化学的角度，观察W/O体系的界面及连续相。确定影响乳状液稳定性的主要因素包括：界面张力；界面运移；界面精度；分配系数；其次在破乳液剂的结果上研究。包括：分子量分子构型；化学剂类型；分子分布。第三，研究乳状液体系各相特性，包括：外部的油相；内部的水相；分散的固相。二、破乳剂的表面化学机构1、界面张力关于界面张力对乳状液稳定性和表面活剂性能的影响存在的许多误解。一写研究人员曾指出，降低界面张力有利于乳状液稳定，但也有人指出，如果界面张力过低乳状液会不稳定，有时甚至不能形成乳状液。Rosano指示，足够低的r值低于一定值会产生相分离，形成溶胶、凝胶等胶状而非乳化物。或者说，乳状液稳定性并不取决于界面张力。而只油分散液滴周围的截面膜结构决定。图1描绘了聚丙烯基乙二醇环氧乙烷化合物亲油亲水平衡值（HLB）变化对界面张力和乳状液以白油为油相，以2.0 Nacl和2.0表面活性剂为水相。图1 HLB值对界面张力和乳状液稳定性的影响两个等体积混合，其稳定性以测定的达到完全分离的时间计算。在乳化之前，用配有铂环的Cahn RG2000型电子天平或得克萨斯大学500型旋滴界面张力仪测定各混合物的截面张力。数据表明，HLB值油9.6升至9.8，W/O乳状液的稳定性增加而界面张力降低。HLB值继续升高。导致乳状液不稳定，在HLB值为10.5时，界面张力最低，乳状液也最不稳定，HLB值再升高，界面张力增加，形成趋势于稳定的O/W型乳状液的稳定要求低界面张力，但世界张力过低同样早成乳状液不稳定。实验室的研究成果表明，表面活性剂在界面上趋于平衡或向的速度是确定其效果的一个重要参数，目前正准备应用先进的动态表面节界面技术，测定界面运移对破乳剂效果的影响。2、界面黏度图2是含200ppm 破乳剂的东得克萨斯原油的油水相界面黏度，图2 界面粘度和破乳剂产品性能聚结速度以15min从乳状液中分离出的水量与总含水量的比率计算。界面黏度用伊利诺斯技术学院化学工程系研制的界面黏度计测定。测定结果表明，油水界面黏度与乳状液稳定性有直接关系，乳状液稳定性随界面黏度降低而降低，破乳剂F用15min脱出90的水，其界面黏度最低，破乳剂A的脱水量最少（15），而黏度最大（除空白处之外）。鉴于此，我门界面黏度的降低 对破乳十分重要。3、分配系数表面活性剂的分配系数就是其在水相、油相的浓度比。其值小于1表明油性较好。其值大于1则水溶性较好；若等于1表明两性相当。很显然，表面活性剂油溶性好胜于产生W/O型乳状液，反之，返合O/W型乳状液，据了解，对乳液的分配特性尚无研究。图3是用200ppm环氧丙烷环氧气乙烷聚酯处理阿根廷原的聚结百分数。每个产品系列，其EO和PO的比率不同，溶水性也不同。很显然，当分配系数为1时，无论结果如何，产品均有最佳破乳剂性能可以说，在破乳剂的水溶性和油溶性相当时其性能最佳实验发现相同HLB值的破乳剂未必要相同的分配系数，同样，其他性能，如相对溶解度（RSN）和已烷丙酮滴定（HAT）与破乳剂的性能无关。图3 分子结构、分配系数与破乳性能通过2400余瓶次的实验数据分析，地RSN和破乳特性（用油水中含有及中间层或脱水量计算）其相关性只有0.02。三、破乳剂的结构与特性1、分子量的影响在看图3注意已述及的其他几个变量，每条曲线描绘一种环氧丙烷环氧气乙烷富马酸酯分子，这里，一种甘油丙氧基化产物的分子量为3000、标识为3M（3）其中3M是3000的缩写。（3）表示三个支链。油此，分子量为8000的线性聚丙烷二醇，标识为 8M（2）；分子量为12000的丙烯乙二醇、甘油、季戍四醇的衍生物分别为12M（2）、12M（4）。图3表明，保持支化不变，如3M（3）与12M（3）或8M92）与12M（2）对比，其性能随分子量的增加而提高。2、支化度的影响仍以图3为例分子量是恒定的，观察支化度。对比12M（2）与12M（3）及12M（4），可以看出，其性能随着支链数增加而提高。我们认为，支化素支化度的增加减弱了界面黏度，形成低稳定性的乳状液。图4是界面张力随聚丙烯已二醇分子中EO量增加的情况，提供了分别以烷和苯为油相的两组数据。图4 聚丙烯已二醇分子中EO含量对破乳性能的影响结果表明，破乳剂的界面性质在两种油中有区别，EO地苯体系的影响最小，已经很低的界面张力随EO增加而缓慢增大；对已烷体系的影响则不同，EO 超过25时，界面张力迅速降低。这个数据反映了油相性质对评价破乳剂的重要性。下文还要涉及有关油水相的性质图5是破乳剂结构对油水体系结脉内性质的影响，其中油的性质有序的变化。图5 分子结构对破乳剂性能的影响Cash、Cayais等提出的烷烃弹数（CAN）方法被用于油相分类。桑CAN=0时，苯为油相；CAN=1时，甲类为油相；CAN=3时，丙基苯为油相；CAN=4时，甲基环戍烷为油相；CAN=5时，甲基环乙烷为油相。对于更高的烷烃或环烷烃。（如CAN=6，乙烷为油相，等等），从图中看出，含15EO的聚丙二醇（PPG）2000及其富马酸酯日最低界面张力出现在同以区域（ACN=4-5）、具有相同分子量、三支链的化合物，其最低界面张力出现在不同的油相（CAN=2-3）。也就是说，不同的结构、分子量和分配系数的破乳剂在不同的油中性能不同，甚至当RON或HLB值相同时也不例外。四、确定原油乳状液的特性1、确定原油的EACN。给原油分类，我们采用Wade、Schechter等人的方法，指定原油的当量烷烃碳数（EACN）。EACN定义产品中每一组分的摩尔分数与其烷烃书乘积的总和，确定某种未知烃类混合物（如原油）的EACN，不必了解其成分。图6是已烷、庚烷辛烷与不同分子量石油磺酸盐之间界面张力的测定结果，图6 2.0%Nacl溶液中系列石油磺酸盐的ACN在个烃体系中，随着表面活性剂分子量的增加，均会出现一个界面张力最小值，而且受水相浓度及温度的影响。图7是在各种烃中具有最低界面张力的石油磺酸盐的分子量。三条曲线对应三种不同水相盐度，图7 不同盐浓度时石油磺酸盐的ACN从图看出，磺酸盐的分子量和具有 最低的界面张力的烷烃碳数之间呈直线关系，在整个CAN范围内，因盐度增大产生的曲线平移是均恒的。图8是原油与其水相的界面张力测定结果，同样出现一个最小值，与图7对比，我们得到原油的当量烷烃碳数（EACN）就是同一磺酸盐表面活性剂具有最低界面张力时油相的烷烃碳数。图8 原油样品的EACN例如，分析量为440的表面活性剂，对含2Nacl的原油和CAN=5的戍烷，均具有最低界面张力，那么原油的EACN=5。这种可在油田用以估算原油EACN的简单方法，正在实验室研究。2、用PACN对破乳剂分类表1列出了一西类破乳剂界面张力的测定结果，介质为不同烷烃碳数的烃和含2.0Nacl的水。数据表明，每种破乳剂有一个最佳烷基碳数（PACN）范围，此时其界面张力最低（1.0N/M）范围，此时其界面张力最低（1.0N/M，表2列出了对于指定的破乳剂，PACN范围随水相沿度的变化情况。表1 相同系列表面活性剂的PACN范围ACNABCDEF10.031.892.983.096.897.9020.040.661.672.983.985.4030.050.191.251.952.505.0040.460.190.961.812.004.98/52.590.360.651.231.983.9866.782.450.160.541.752.8978.955.780.181.250.762.00812.809.000.900.970.221.78913.1011.002.801.960.130.561013.0012.805.985.890.970.32注溶液中Nacl浓度为2.0%按表2所列破乳剂在油水体系的最大表面活性范围，可以预测乳剂在原油中的性能。表2 产品A在不同Nacl溶液中的PACNACN0.02.04.06.08.010.010.020.031.784.896.899.5620.020.040.964.095.478.1930.030.050.121.985.235.6740.100.460.041.095.095.4851.982.590.070.342.894.8964.786.780.090.121.692.0877.908.962.890.051.051.9889.5012.805.780.100.961.89912.8913.109.991.760.841.061013.0913.0010.874.890.781.053、应用实例图9是6种不同破乳剂对3种不同原油的性能。原油来自阿根延、德克萨斯东部和西部，EACN分别为2.5、3.5和7.5。第一组实验数据反映了6种产品对阿根延原油的性能：前两个直方代表具有相近RSN（10.8和11.1）及不同PACN（3-8及1-8）两种聚酯；第三、第四直方为两重多元醇酯破乳剂，最后两个直方是多元醇酯破乳剂。我们注意到，具有最佳烷烃碳数（PACN）的破乳剂性能均优于PACN范围不包含原油EACN日破乳剂，因此，第一种产品，PACN=3-8，高出原油的PACN（2.5），30min内只脱了22ml水，而第二种产品，PACN=1-8。30min脱水量为54ml，对第一个原油，第二、第三组破乳剂具有类似的关系，对第二种PACN=3.5的原油，三组数据也很相似；对第三种PACN=7.5的原油所有的产品，油于原油的EACN在其PACN范围内，效果十分接近。 图10是与上例相同的破乳剂对性同原油的破乳剂结果，只是用油水含水及中间层（BSW）代替脱水量来评价。对第一种原油，第一组、最后一组破乳剂的结果与上例相似；多元醇类破乳剂则较大。对第二中原油，在见BSW效果上，多元醇破乳剂要优于酯类破乳剂。脱水量及BSW均按标准瓶试法测定。1-RSN=10.8 PACN=38 2-RSN=11.8 PACN=18 3-RSN=6.7 PACN=47 4-RSN=9.3 PACN=2.59 5-RSN=10.7 PACN=49 6-RSN=7.6 PACN=3.57图9 不同破乳剂在各种EACN原油中脱水量1-RSN=10.8 PACN=38 2-RSN=11.8 PACN=18 3-RSN=6.7 PACN=47 4-RSN=9.3 PACN=2.59 5-RSN=10.7 PACN=49 6-RSN=7.6 PAC