高蠟原油清防蠟劑的研制與應用

李鑫源，張珊榕，姚力力，肖彭，鞏雁軍，王翊婷

(1.廊坊開發(fā)區(qū)中油科新化工有限責任公司，河北 廊坊 065001；2.中國石油大學(北京)，北京 102249；3.中國石油管道局工程有限公司投運分公司，河北 廊坊 065001)

乍得和尼日爾原油屬于典型的高含蠟原油。在原油輸送過程中，隨著溫度和壓力的下降，蠟會結晶析出并沉積在管道內(nèi)壁，降低管路的流通性，甚至堵塞管道，嚴重影響管輸效率[1-4]。蠟沉積同時還增加了管壁的粗糙程度，阻力增大，增加動力成本[5]。此外，因管內(nèi)蠟晶凝固造成的凝管事故，給管道的輸送帶來安全隱患[6]。目前，解決高含蠟原油蠟堵主要手段為注入化學劑或機械清蠟[7-10]。但是，現(xiàn)有清蠟劑、防蠟劑功能性單一，對高含蠟原油效果不佳，不能很好地解決蠟析出及蠟沉積等問題。開發(fā)新型多效的化學清防蠟劑是目前清防蠟技術的發(fā)展方向。

1 實 驗

1.1 試劑與儀器

石油醚、甲苯、二甲苯、乙醇、丙酮、正己烷、環(huán)己烷、正庚烷，天津致遠化學試劑有限公司；壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-2、AEO-3)、油酸鈉，江蘇海安化工；司盤60(span-60)、司盤80(span-80)、吐溫-60、吐溫-80，天津宏美化工有限公司；防蠟劑KS-30-01，廊坊開發(fā)區(qū)中油科新化工有限責任公司；原油樣品，乍得某原油。

MDGC/GCMS-2010氣質(zhì)聯(lián)用儀，日本島津公司；SF-16A棒狀薄層色譜分析儀，山東山分公司；VT550全自動黏度測定儀，德國HAAKE公司；CA-310卡爾費休微量水分測定儀，日本三菱化學公司；SYD-0615清防蠟測試儀，泰州瑞普公司。

1.2 防蠟劑KS-30-01的合成

科新公司防蠟劑KS-30-01的主要成分為聚丙烯酸高碳醇酯，其制備過程如下：在反應釜中加入一定量的丙烯酸高碳醇酯、甲苯和引發(fā)劑。設定反應溫度為90 ℃，密封后通氮氣保護。待溫度升高至設定值后，加一定量的過氧化苯甲酰溶液，恒溫反應一定時間，反應結束后得到聚合物。

1.3 測試方法

1.3.1 清蠟測試方法

采用溶蠟測試裝置(見圖1)。根據(jù)SY/T 6300—2009測定蠟塊在溶劑中的完全溶解的時間。

圖1 溶蠟測試裝置示意

1.3.2 防蠟測試方法

通過清防蠟測試儀對清防蠟劑進行分析，將50 mL測試樣品泵送入測試管道內(nèi)。通過系統(tǒng)控制溫度、壓力等變量，分析管道內(nèi)壁的蠟狀沉積和結晶作用，從而得出測試樣品的防蠟率。

2 結果與討論

2.1 原油理化性質(zhì)和組成分析

測定乍得某原油的理化性質(zhì)，結果見表1。

表1 乍得某原油的理化性質(zhì)

由表1可知，蠟樣中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量分別為13.6%和6.5%，更易與原油分子鏈較長的蠟分子產(chǎn)生共晶作用，且在結蠟后會一定程度使蠟增黏，導致蠟在管壁上的吸附力增強，不易被流油沖走[11-12]。

2.2 防蠟劑的表征

采用紅外光譜對防蠟劑KS-30-01中的主要成分聚丙烯酸高碳醇酯進行了表征，如圖2所示。

圖2 聚丙烯酸高碳醇酯紅外光譜

2.3 清蠟劑

2.3.1 主溶劑的篩選

清蠟劑溶蠟速率的快慢主要由有機溶劑決定[13-14]。選取不同種類有機溶劑，測試單組分溶劑的溶蠟速率，結果如表2所示。

表2 單組分溶劑的溶蠟速率

由表2可知，石油醚溶蠟速率最快。為了進一步提升溶蠟速率，通過溶劑復配篩選具有溶蠟協(xié)同作用雙組分主溶劑。

通過石油醚、甲苯、環(huán)己烷兩兩組合，考察雙組分主溶劑對溶蠟速率的影響，結果如表3所示。

表3 雙組分主溶劑的溶蠟速率

由表3可知，雙組分主溶劑溶蠟效果并不理想，其溶蠟速率均低于石油醚。因此，又嘗試三組分主溶劑復配，結果如表4所示。

表4 三組分主溶劑對溶蠟速率的影響

由表4可知，石油醚、甲苯和環(huán)己烷之間有一定協(xié)同配伍性，其中石油醚/甲苯/環(huán)己烷體積比為1∶1∶1時，溶蠟速率最高。

2.3.2 表面活性劑的篩選

表面活性劑對石蠟具有較強的滲透與分散作用，不僅可以提高溶蠟速率，還可阻礙蠟晶的生長，具有一定的防蠟功能。選取表面活性劑與上述主溶劑進行復配，主溶劑和表面活性劑的比例為200∶1，實驗結果如表5所示。

表5 表面活性劑對溶蠟速率的影響

由表5可知，與主溶劑的協(xié)同作用最好的表面活性劑是油酸鈉。

為了進一步提高表面活性劑與主溶劑之間的協(xié)同作用，改變油酸鈉與復配溶劑之間的比例，實驗結果如表6所示。

表6 表面活性劑用量對溶蠟速率的影響

由表6可知，當油酸鈉用量較少時，表面活性劑可以吸附在蠟塊表面，隨著表面活性劑的增加，其不斷發(fā)揮分散與滲透作用，降低蠟塊間的黏結作用，可以加快溶蠟速率。但當油酸鈉用量較大時，過量的表面活性劑自身會發(fā)生聚集，聚集態(tài)的表面活性劑無法降低蠟分子之間的范德華力，使溶蠟速率降低。因此，復配溶劑與油酸鈉適宜體積比為200∶1。

2.3.3 助溶劑的篩選

通常，選用醇類或醇醚類，并且要考慮不同溶劑間密度等性質(zhì)的差異，避免出現(xiàn)不互溶現(xiàn)象。因此，實驗選取4種常見的互溶劑，復配溶劑和助溶劑的體積比為10∶1，結果如表7所示。

表7 助溶劑對溶蠟速率的影響

由表7可知，異丙醇與所選有機溶劑和表面活性劑的協(xié)同作用最好，溶蠟速率有了一定的提升。

表8是助溶劑用量對溶蠟速率的影響。

表8 助溶劑用量對溶蠟速率的影響

由表8可知，當異丙醇用量較少時，溶蠟速率呈升高趨勢。當異丙醇用量過大時，溶蠟速率呈降低趨勢。這是由于異丙醇的極性高于蠟分子，因此當助溶劑加量過大時極性較高，反而抑制溶蠟速率。

2.4 清防蠟劑的性能

將已配制好的清蠟劑與防蠟劑按一定比例進行復配，測試其性能，實驗結果見表9。

表9 不同配比清防蠟劑的性能

結合油田現(xiàn)場實際情況，要求降黏率>70%，防蠟率>40%，溶蠟速率>0.04 g/min，只有d號清防蠟劑符合要求，兼具良好的防蠟和清蠟作用。

2.5 清防蠟效果評價

選取d號清防蠟劑，通過偏光顯微鏡，觀察空白原油與加劑后原油蠟晶微觀形態(tài)。將乍得某原油在80 ℃熱處理后加入1×10-3的d號清防蠟劑，結果如表10和圖3所示。

表10 加劑前后蠟晶尺寸數(shù)據(jù)

圖3 加劑前后蠟晶的微觀形態(tài)

由圖3可以看出，加劑前原油中石蠟晶體大多為不規(guī)則網(wǎng)狀或片狀晶體，蠟晶尺寸較大且分布比較均勻，蠟晶的網(wǎng)狀結構甚至遍布整個視場。加劑后清防蠟劑與蠟晶的吸附共晶作用非常明顯，蠟晶尺寸變小。油中多為蠟晶聚集體，并且蠟晶聚集體非常緊密、近似棒狀，極大地降低了蠟晶的有效體積濃度，釋放了大量的空間供液態(tài)油分流動。原油的流動阻力減小，達到改善原油流動性的目的。

以乍得某原油為評價原油，在加劑量為1×10-3的情況下，對比了d號清防蠟劑與國內(nèi)某公司RX-102清防蠟劑和國外某公司QFL2850清防蠟劑的清防蠟效果，結果見表11。

表11 不同種類清防蠟劑對乍得某原油的清防蠟效果

由表11可知，d號清防蠟劑與市售清防蠟劑相比，清防蠟效果更優(yōu)異，防蠟率可達45.4%，溶蠟速率達到0.044 1 g/min，降黏率達78.8%。

3 結 論

a.石油醚、甲苯和環(huán)己烷作為清蠟劑的主溶劑效果最好，其復配使用效果更優(yōu)。適當表面活性劑和助溶劑的加入可以提高清蠟劑溶蠟速率，但過量的表面活性劑會降低蠟分子與表面活性劑分子之間的范德華力，使溶蠟速率降低。助溶劑過量時也會因為極性較高，反而抑制溶蠟速率。

b.降黏率、防蠟率均隨防蠟劑用量的增多而增加，而溶蠟速率隨清蠟劑用量的增多而增加。結合油田現(xiàn)場實際情況，要求降黏率>70%，防蠟率>40%，溶蠟速率>0.04 g/min，選取d號清防蠟劑為最終產(chǎn)品。

c.清蠟劑/KS-30-01(體積比1∶5)的清防蠟劑具有防蠟率高、降黏率高、溶蠟速率快等優(yōu)點，降黏率可達到78.8%，防蠟率為45.4%，溶蠟速率為0.044 1 g/min，其效果優(yōu)于市售同類產(chǎn)品。