羥基數(shù)量不同聚酯類瀝青分散劑的合成與性能研究

侯青怡，牟國毅，徐佳慧，吳艷青，劉驍

（德仕能源科技集團股份有限公司，山東東營257100）

瀝青質在原油中的熱力學平衡狀態(tài)由于油層中壓力、溫度和有機物化學組分等因素變化被破壞，導致在地層的油藏內或開采過程中瀝青質出現(xiàn)絮凝、沉積，使原油發(fā)生乳化、粘度增高等現(xiàn)象，進而產(chǎn)生原油開采效率降低，生產(chǎn)成本增加等不利影響［1］。目前普遍采用機械清除、溶劑溶解和注入分散劑方法來解決瀝青質沉積問題。采用機械清除方法存在處理效果周期短，人工消耗大，溶劑溶解存在用量大、且易造成環(huán)境污染。注入分散劑是使瀝青質穩(wěn)定在原油體系中行之有效的方法，而且藥劑加入量少、施工安全，處理效果好［2］。

研究認為，具有雙親特性的聚合物可以起到與膠質類似的膠溶劑作用，通過聚合物分子中的極性組分可以增加對瀝青質的溶解能力，提高原油體系的穩(wěn)定性，防止瀝青質絮凝沉積［3］。所以，本文以羥基數(shù)量相近的常見醇類和胺類與具有不飽和鏈的聚異丁烯丁二酸酐進行縮聚反應制得聚酯，主要考察含有不同羥基數(shù)量的聚酯類瀝青分散劑對原油中瀝青質分散效果，并對已篩選瀝青分散劑進行耐高溫和對原油流變性性能評價［4］。

1 產(chǎn)品合成

1.1 主要試劑與儀器

試劑：山梨糖醇；季戊四醇；三羥甲基丙烷；三乙醇胺；丙三醇；聚異丁烯丁二酸酐（PIBSA）；基礎油；正庚烷，分析純；二甲苯，分析純；伊朗某區(qū)塊原油；110#石油瀝青。

儀器：油浴鍋—金壇市城東光芒儀器廠；恒速電動攪拌器—上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司；電子天平—上海朗特精密測控儀器有限公司；NDJ-8S數(shù)顯旋轉粘度計—上海精天電子儀器有限公司；滾子加熱爐—青島泰峰石油儀器有限公司。

1.2 合成方法

稱取一定質量實驗選用的醇類和胺類原材料分別與基礎油先后加入到帶有攪拌和溫度計的3頸瓶中，將加好物料的3頸瓶置于油浴中，然后按照實驗所需溫度進行攪拌并升溫，當溫度達到預定溫度后，加入聚異丁烯丁二酸酐，保持一定反應時間后，得到相應產(chǎn)品。

1.3 合成機理

所選擇醇類和胺類與聚異丁烯丁二酸酐按照物質的量比為1：2，反應溫度為140～180℃，反應時間為6 h，所得產(chǎn)物分別見圖1～5。

圖4 LQY-TEA-01反應機理

圖4 中的R為：

圖5 LQY-G-01反應機理

2 結果與討論

2.1 自制沉淀法評價瀝青分散劑

根據(jù)瀝青質不溶于正庚烷的特性，在正庚烷溶液體系中，加入瀝青分散劑并混合均勻，再加入固定含量的瀝青質溶液，然后對比瀝青質析出量和析出顆粒狀態(tài)，評價瀝青分散劑的作用效果。

具體實驗步驟：（1）選擇110#石油瀝青，用二甲苯配制成25%瀝青質溶液；（2）將室內合成的瀝青分散劑樣品分別用二甲苯配制成1%瀝青分散劑試液；（3）選擇規(guī)格為100 mL的離心管，加入約100 mL正庚烷，然后加入500 ppm瀝青分散劑試液，蓋上塞子，搖勻；（4）加入約1 g瀝青質溶液，搖勻，放置于室溫條件下靜置觀察，以靜置24 h為觀察終點，讀取離心管內瀝青質顆粒沉積體積。

評價數(shù)據(jù)見表1。

表1 不同分散劑在加藥量500 ppm時對瀝青質作用情況

從表1可知，瀝青分散劑中含有極性官能團羧基數(shù)量相同，羥基數(shù)量不同，其對瀝青質作用效果不同。空白樣中瀝青質顆粒析出速度快，形成顆粒數(shù)量多，尺寸較大，靜置24 h后離心管底部瀝青質顆粒由于重力作用壓的更緊實，所以讀取的沉積體積數(shù)略??；而LQY-TEA-01、LQY-G-01、LQY-TMP-01雖然使瀝青質析出速度減慢，形成瀝青質顆粒尺寸小，但在靜置24 h后均形成較多的瀝青質顆粒沉積，正庚烷-瀝青質溶液呈分層狀態(tài)，上層溶液透光性高；LQY-P-01作用的正庚烷-瀝青質溶液，靜置24 h后可看到少許細小顆粒懸浮其溶液中，但底部基本無瀝青質顆粒沉積，溶液體系整體均勻，透光性低于于空白；LQY-01作用的正庚烷-瀝青質溶液，整個溶液體系分布均勻，無瀝青質顆粒懸浮析出，且溶液顏色最深，透光性最差，說明瀝青質以分子形式穩(wěn)定存在于溶液中。驗證了瀝青分散劑中羥基數(shù)量較多，更易與極性更強的瀝青質分子發(fā)生偶極相互作用，將瀝青質分子包裹，使瀝青質不發(fā)生聚集絮凝，提高瀝青質的分散性，與周洪濤等［5］研究的瀝青分散劑產(chǎn)品羥基數(shù)量在2～4個時，分散效果好的結論一致。

2.2 瀝青分散劑的熱穩(wěn)定性

由于地層中油藏溫度較高，選擇瀝青分散劑LQY-01進行耐高溫性能檢測。

具體實驗步驟：（1）用密閉金屬罐稱取200 mL瀝青分散劑LQY-01，并確保金屬罐密封性；（2）將高溫滾子爐升溫至180℃；（3）待溫度達到180℃，將密封金屬罐放入滾子爐內，保溫24 h；（4）將經(jīng)過高溫后的產(chǎn)品與未經(jīng)高溫的產(chǎn)品分別按照2.1實驗步驟進行性能評價。

LQY-01瀝青分散劑經(jīng)過24 h，180℃高溫后，產(chǎn)品保持原有理化特性和對瀝青質分子良好的作用效果，即瀝青質分子未發(fā)生絮凝和沉積，說明瀝青分散劑LQY-01具有耐高溫性能，可在油井中高溫部位保持藥效，發(fā)揮作用。

2.3 瀝青分散劑對原油流動性影響

針對伊朗原油，加入一定量正庚烷使原油中瀝青質絮凝，以模擬油層中瀝青質的狀態(tài)，通過對比加入瀝青分散劑前后原油體系動力粘度隨溫度變化情況，判斷瀝青分散劑對原油流動性的影響。

實驗步驟：（1）取伊朗原油約300 mL置于粘度測量杯內，加入約30 mL正庚烷，攪拌均勻；（2）將粘度測量杯置于80℃水浴中，恒溫約10 min后，選擇合適轉子進行粘度測量；（3）自然降溫，每降低10℃，讀取原油粘度，讀取到溫度為30℃，此為空白原油粘度變化曲線；（4）取伊朗原油300 mL，加入500 ppm瀝青分散劑，并攪拌均勻，重復步驟（2）和（3），便得到原油粘度變化曲線。

瀝青分散劑對原油粘度影響見圖6。

圖6 原油粘度溫度變化曲線

通過粘溫曲線可知，LQY-01瀝青分散劑對伊朗原油粘度有積極影響，即瀝青分散劑通過與原油中瀝青質分子相互作用，使瀝青質分子被包裹，防止其聚集形成膠束顆粒，進而降低原油粘度。

3 結論

（1）通過自制沉淀法，選擇110#石油瀝青配制的瀝青溶液，在加藥量為500 ppm時，LQY-01瀝青分散劑對瀝青質分散作用最好，即可有效抑制瀝青質分子絮凝、沉積。

（2）LQY-01瀝青分散劑具有耐高溫特性，在經(jīng)過180℃高溫條件下靜置24 h后，產(chǎn)品保持聚合物化學穩(wěn)定性，說明LQY-01在地層油藏溫度較高處仍能發(fā)揮作用。

（3）LQY-01瀝青分散劑添加到伊朗原油中后，對原油起到降粘作用。