HLB对原油乳化降黏的影响及分析

第39卷第2期2019年4月
Vol.39No.2
Apr.2019
投稿网址：http：// 辽宁石油化工大学学报
JOURNAL OF LIAONING SHIHUA UNIVERSITY
HLB对原油乳化降黏的影响及分析
张梦轲1，吴玉国1，常显扬2，吕文怡1，王桐宇3，张博南1（1.辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺113001；2.中国石油锦州石化公司，辽宁锦州121000；
3.中国石油管道大庆输油气分公司，黑龙江大庆163000）
摘要：利用烷基酚聚氧乙烯醚（OP⁃10）和丙二醇嵌段聚醚（L61）两种乳化剂配置不同亲水亲油平衡值（Hydrophilic Lipophilic Balance，HLB）的混合乳化剂，针对辽河油田欢喜岭采油厂二区稠油进行降黏实验，以探明该稠油最适宜乳化剂的HLB。

同时，采用聚焦光束反射测量仪（Focused Beam Reflectance Measurement，FBRM）对稠油乳状液进行微观实时测量，分析液滴数量及粒径对原油乳状液黏度的影响。

结果表明，在一定范围内，混合乳化剂的HLB为9.0时，降黏效果最好，小液滴数量趋于稳定，小液滴数量与HLB不等于9.0的乳化剂相比明显偏低，液滴分布均匀，乳状液性质稳定。

关键词：乳化剂；辽河油田；FBRM；降黏；HLB
中图分类号：TE832文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1672⁃6952.2019.02.005
The Influence and Analysis of HLB on Emulsification and
Viscosity of Crude Oil
Zhang Mengke1，Wu Yuguo1，Chang Xianyang2，LüWenyi1，Wang Tongyu3，Zhang Bonan1（1.College of Petroleum Engineering，Liaoning Shihua University，Fushun Liaoning113001，China；
2.PetroChina Jinzhou Petrochemical Company，Jinzhou Liaoning121000，China；
3.PetroChina Pipeline Daqing Oil and Gas Transportion Company，Daqing Heilongjiang163000，China）
Abstract:Using the OP⁃10and L61emulsifiers to configure different hydrophilic equilibrium values(referred to as the HLB),the viscosity test of heavy oil in the second area of the oil production plant of liaohe oilfield was carried out to find out the optimal HLB of the heavy oil.At the same time,FBRM was used to measure the viscosity of heavy oil,and the effect of droplet quantity and particle size on viscous oil viscosity was analyzed.For further study on the viscosity change mechanism of heavy oil emulsion,it can be used to provide reference for the process of heavy oil reduction.Test results show that:the HLB of the emulsifying agent added to the heavy oil emulsion was9.0,the effect of viscosity is best.At this time,the number of droplet drops to stable,compared with other HLB emulsifiers,the quantity of emulsifier is obviously low,the droplet is evenly distributed and the emulsion is stable. Keywords:Emulsifier；Liaohe oilfield；FBRM；Viscosity；Hydrophilic Lipophilic Balance
稠油具有密度大、胶质沥青质含量高、常温下的流动性差等特点[1]。

为管输便利，常用加热或添加表面活性剂等方法来降低其黏度。

大量实验及工程实际结果证明，原油黏度受温度、压力及其化学组成等多种因素的共同影响，轻质油组分增加，黏度降低[2⁃3]。

稠油因流动性差难以开发。

通过多年的实践经验可知，加热输送为最常见的管输工艺，但加热输送工艺存在能耗高、增加加热站运行管理费用等缺陷。

因此，采用合适的减阻降黏工艺对管道输送有至关重要的作用。

用化学方法从根本上改善原油的流动性，是现阶段学者研究的热点之一[4⁃6]。

吴本芳等[7]利用自制油溶性降黏剂EP⁃18对辽河稠油进行降黏实验，在50℃的温度下降黏率达到50.00％。

郭鹏宇等[8]采用LJ⁃212型乳化降黏剂，对辽河油田锦西线外输原油进行了降黏实验，发现低温时乳化降黏剂对稠油的降黏效果好于高
文章编号：1672⁃6952（2019）02⁃0027⁃06
收稿日期：2018⁃03⁃26修回日期：2018⁃04⁃28
基金项目：辽宁省教育厅科学研究项目（L2015306）。

作者简介：张梦轲（1992⁃），女，硕士研究生，从事油气储运技术等方面的研究；E⁃mail：597291436@。

通信联系人：吴玉国（1977⁃），男，博士，教授，从事油气储运技术等方面的研究；E⁃mail：wyg0413@。

辽宁石油化工大学学报第39卷
温，但高温时也有一定的降黏效果。

敬加强等[9]从新滩油田取样，采用自制复配剂VRKD18对稠油进行加剂降黏研究。

结果表明，在50℃的温度下稠油的黏度由7000mPa·s下降到100mPa·s，但静态稳定性较差。

张乐等[10]利用自制磺酸盐型氟硅表面活性剂进行降黏实验，稠油的降黏率达到96.35%，且具有良好的耐盐、耐温性能。

奥里乳化油是委内瑞拉稠油中加入约30％（质量分数）的水制备的水包油型乳状液，其在50℃温度下的黏度为300～500 mPa·s，降黏率达到98.00％以上，液滴的平均粒径为14～20μm。

张小亮[11]的研究表明，自制降黏剂ESA对孤岛油田稠油的降黏率高达70.00%。

王大威等[12]研究发现，利用双子表面活性剂在油水质量比5∶5时，稠油的降黏率可达97.00%。

在以往的研究中，采用的是先找出不同单剂的最佳浓度，然后进行复配的方法及通过正交实验进行复配的方法，未从表面活性剂的HLB出发进行稠油的降黏实验。

本文针对辽河油田欢喜岭采油厂二区原油的特点，利用OP⁃10非离子表面活性剂（OP⁃10，下同）及L61非离子表面活性剂（L61，下同）配制HLB不同的混合乳化剂即混合乳化降黏剂进行降黏实验，以期找出最适合辽河稠油的HLB，为后续减阻降黏输送奠定基础。

1实验部分
1.1实验样品及选取依据
1.1.1实验样品实验样品取自辽河油田欢喜岭采油厂二区，对实验样品进行预处理，在80℃的温度下加热2h，室温下静置48h得基础油样。

实验样品的性质见表1。

由表1可以看出，实验样品的蜡体积分数较低，密度较大，胶质和沥青质体积分数偏高，具有高黏度的特性，属于稠油范畴。

1.1.2表面活性剂的选取OP⁃10易溶于水，耐酸、耐碱、耐盐及硬水，具有良好的乳化、扩散性能，同时可与不同种类的表面活性剂混用，亦可做原油乳化剂。

其结构式见图1。

L61为无色透明液体，可做低泡洗涤剂和消泡剂，抗静电，可做原油破乳剂。

OP⁃10及L61的性质见表2。

分别采用OP⁃10和L61两单剂进行实验，结果发现，OP⁃10单剂对实验样品的降黏效果好于混合乳化降黏剂，而L61单剂对实验样品产生增稠的效果。

虽然OP⁃10单剂对实验样品的降黏效果较好，但其动态、静态稳定性均较差，极易分层。

OP⁃10为水溶性表面活性剂，L61为油溶性表面活性剂，因此
对OP⁃10和L61进行复配，可增强乳状液的稳定性。

1.2实验仪器
低温恒温水浴，宁波天恒仪器厂；DV⁃T2数字黏度仪，上海尼润公司；FBRM S400聚焦光束反射测量仪，梅特勒⁃托利多国际贸易（上海）有限公司（METTLER TOLEDO）；RW20数显型顶置式搅
表1实验样品的性质
指标
密度(20℃)/（g·cm－3）
黏度（40℃）/（mPa·s）
φ（水）/%
凝固点/℃
φ（胶质和沥青质）/%
φ（蜡）/%
初馏点/℃
数值
0.9434
1526.0
0.47
14
31.74
4.36
89
图1非离子型表面活性剂OP⁃10结构式
表2OP⁃10及L61的性质
性质
外观
溶解性pH（25℃）HLB
浊点/℃
参数
OP⁃10
无色至淡黄色透明黏稠液体
易溶于水
6.0～
7.0（质量分数为1%的水溶液）
14.5
61～67（质量分数为1%的水溶液）
L61
无色透明液体
不溶于水，溶于乙醇、甲苯等有机溶剂
5.0～7.0（质量分数为1%的水溶液）
3.0
17～21（质量分数为1%的水溶液）
28
第2期张梦轲等.HLB对原油乳化降黏的影响及分析
拌器，上海沪粤明科学仪器有限公司；EP114C分析天平，上海佑科公司。

1.3不同HLB乳化降黏剂的配备依据
亲水亲油平衡值（HLB）。

表面活性剂分子中亲水基团和亲油基团对油或水的综合亲和力称为亲水亲油平衡值，也称为水油度[13]。

为了兼顾油相亲和及水相亲和两方面要求，选取HLB较小及HLB较大的表面活性剂混合使用。

根据非离子表面活性剂的HLB加和性（见式（1）），按不同比例配备具有不同HLB的混合表面活性剂。

HLB AB=HLB A×W A+HLB B×W B
W A+W B（1）式中，W A、W B为非离子型表面活性剂A和B的质量分数，%。

按式（1）计算两种表面活性剂的配制比例，结果见表3。

1.4实验内容
1.4.1乳化降黏剂的配制配制质量分数为1.000%的OP⁃10。

在室温下取1.000g OP⁃10置于烧杯中，加入去离子水至100.000g，此时OP⁃10的质量分数为所需。

将烧杯置于40℃的恒温水浴中加热30min后搅拌10min至均匀。

配制不同质量分数的L61降黏剂，方法与配置OP⁃10的方法相同。

为了保证乳化降黏剂能够充分发挥作用，须在实验前现场配制。

1.4.2原油乳状液的配制在40℃的恒温水浴中，分别将基础油样与乳化降黏剂加热30min，按照油水体积比7（油样）∶3（混合乳化降黏剂）的比例混合，在200r/min的转速下搅拌10min，制得原油乳状液。

1.4.3不同温度下基础油样黏度的测定将35 mL的基础油样倒入50mL的烧杯中，在恒温水浴中加热至30℃，稳定30min，在50r/min的转速下用DV⁃T2数字黏度仪测定黏度。

继续加热至35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85℃，按上述步骤测定不同温度下的黏度。

1.4.4不同温度下基础油样微观状态的测定
在30℃的恒温水浴中，将测量仪探头放置到基础油样中，使基础油样刚没过测量仪探头，转子转速调节为200r/min，启动转子，搅拌10min后运行FBRM软件进行测量。

待测量结束后将温度依次调至35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85℃，重复上述步骤。

1.4.5HLB不同时原油乳状液黏度的测定在200r/min的搅拌速率下搅拌原油乳状液10min，在40℃的温度下静置30min，充分乳化后利用数字黏度计测定黏度。

1.4.6HLB不同时原油乳状液微观状态的测定
保持温度40℃，将基础油样替换为原油乳状液，其他步骤同不同温度下基础油样微观状态的测定。

2结果与分析
2.1原油黏温曲线
根据实验数据绘制黏温特性曲线，结果如图2所示。

由图2可知，在温度较低时，原油的黏度受温度的影响较大；当温度大于60℃时，提高温度对原油黏度的影响逐渐变小，直至曲线趋于平缓。

其原因是：当温度较低时，原油中的胶质沥青质集结，而胶质和沥青质是原油中相对分子质量大且极性强的成分，因为粒子之间的距离很小，相邻分子之间极
表3HLB不同的复合乳化降黏剂的组成
HLB 8.0
8.5
9.0
9.5
10.0
10.5
11.0
11.5
12.0w(OP⁃10)/％
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
w(L61)/％
1.300
1.091
0.917
0.769
0.643
0.533
0.438
0.353
0.280
图2原油的黏温曲线
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辽宁石油化工大学学报第39卷
易形成氢键而有很强的聚合力，从而形成三维网状结构，使原油分子内部产生很大的内摩擦力，导致黏度大。

在低温时提高温度便破坏由胶质沥青质等形成的大分子结构，从而表现出提高温度时原油的黏度明显降低。

当温度达到临界点时，原油中的组分结构稳定，大分子聚合物基本溶解或均匀分散，此时表现为提高温度对原油黏度影响不大。

本文虽然只研究了一种原油的黏度与温度关系，但原油的黏温特性大多满足Arrhenius 定律[14⁃16]。

2.2
不同温度下原油的微观状态分析
不同温度下原油的粒径变化情况如图3所示。

由图3可以看出，随着温度的不断升高，原油的粒径逐渐增大；在温度梯度为10℃不变的条件下，当温度由50℃提高至60℃时粒径变化幅度最大，而温度由40℃提高至50℃及由60℃提高至70℃时粒径变化幅度较小。

其原因是：当温度较低时，原油中的胶质沥青质集结，而胶质和沥青质是原油中相对分子质量最大并且极性最强的成分，因此提高温度时粒径变化幅度不大；当温度较高时，原油中的胶质沥青质组分已基本溶解，或均匀分散，原油中的组分结构基本稳定，因此再提升温度时粒径变化幅度较小。

另外，分析图2及图3可知，在温度小于60℃的情况下，当提升温度时，因为小液滴数量减少，大液滴数量增多，粒径增大，界面张力和液滴间的相互摩擦力减小，黏度降低；当温度大于等于60℃时，胶质沥青质等大分子聚合物已基本溶解或均匀分散，原油中的组分结构基本稳定，小液滴数量不变，界面张力和液滴间的相互摩擦力变化不大，因此再提升温度对黏度无大影响。

2.3
HLB 对原油乳状液的降黏效果
HLB 对原油乳状液黏度的影响如图4所示。

由图4可知，混合乳化降黏剂的HLB 为9.0时原油乳状液的黏度最小，为670mPa ·s 。

因此，对该原油
最适宜的HLB 为9.0。

HLB 不同时原油乳状液的黏度均比原油（40℃）的黏度低，降黏率最高达56.10%。

因此，在后续的实验中选择HLB 为9.0的乳化降黏剂进行降黏实验。

2.4HLB 不同的原油乳状液的微观分析
HLB 不同时，原油乳状液粒径小于10μm 的液
滴数量如图5所示。

由图5可以看出，在乳化降黏剂的HLB 为9.0时，原油乳状液中粒径小于10μm 的液滴数量最少，约为50个，分散液滴数量少。

分析图4及图5可知，在乳化降黏剂的HLB 为9.0时，因为分散液滴数量少，其相互作用也较小，宏观表现为黏度小，稳定性差。

由图5还可以看出，当乳化降黏剂的HLB 分别为9.5、10.0、10.5、11.0、8.5、8.0、11.5、12.0时，分散液液滴数量依次增多，其中HLB 为12.0时原油乳状液中粒径小于10μm 的液滴数量最多（409个），约为HLB 为9.0时的8倍；原油乳状液中粒径小于10μm 的液滴数量随时间不断增多，HLB 不同的乳化降黏剂对原油乳状液中粒径小于10μm 的液滴数量的影响不同；在测量时间内，液滴粒径小于10μm 的液滴数量随时间呈增加趋势，
说明小直径液滴逐渐
图3
不同温度下原油粒径的变化情况
图5
不同HLB 的原油乳状液粒径＜10μm 的
液滴数量随时间的变化曲线
图4HLB 对原油乳状液黏度的影响
30
第2期张梦轲等.HLB对原油乳化降黏的影响及分析
增多。

分析图4及图5可知，当小直径液滴数量增多时，因为接触面积变大，界面膜张力和作用力也随之增大，宏观上表现为黏度增加。

HLB不同时稠油乳状液的微观分布见表4。

由表4、图4可以看出，当添加HLB不同的乳化降黏剂时，小液滴数量及粒子数量发生变化，且HLB为9.0时小液滴数量最少，粒子数量最少，黏度最小，降黏效果最好。

这是因为：当HLB为9.0乳状液中小液滴数量最少，粒子数量最少，因此接触面积最小，界面膜张力和作用力也小，宏观上表现为黏度降低。

同时发现，影响原油乳状液黏度的因素有很多，例如温度、胶质沥青质含量、含水量、蜡含量等，液滴直径和数量并不是影响原油乳状液黏度的主要因素。

3误差棒
对加入HLB为9.0的混合乳化降黏剂后形成的乳状液进行微观测量，在保证所有条件不变的情况下进行10次重复实验。

对其中粒径＜10μm的粒子进行误差棒分析，以确定所测数据的不确定度。

HLB为9.0时原油乳状液粒径＜10μm的液滴数量误差棒如图6所示。

从图6可以看出，当HLB为9.0时，既使实验次数增加，误差棒依旧很小，表示该样本数据的变异性较小，因此该实验数据的不确定度较小。

4结论
通过黏度的测定和液滴粒径及液滴数量的实时跟踪，分析了HLB不同的混合乳化降黏剂对辽河油田欢喜岭二区原油黏度及对微观粒子的影响。

结果可知，加入混合乳化降黏剂后形成的原油乳状液的黏度比未加乳化降黏剂的原油小。

当辽河油田欢喜岭二区原油中加入HLB为9.0的混合乳化降黏剂时，小液滴直径最小，液滴数量最少，降黏率最高（56.10%），说明此时乳化降黏效果最好。

因此，对该原油而言最适宜乳化降黏剂的HLB为9.0。

采用不同的乳化降黏剂时，对原油的降黏效果不同，因此，在后续的实验中，应选择不同的乳化降黏剂配制HLB为9.0的乳化降黏剂，再对此原油进行降黏实验，这样才能得到最佳的降黏效果。

表4HLB不同时稠油乳状液的微观分布
HLB
8.0
8.5
9.0
9.5
10.0
10.5
11.0
11.5
12.0
液滴数量/个
＜10μm
193
143
58
81
102
123
230
275
336
10～＜50μm
19
17
8
25
23
9
4
13
16
50～150μm
平均粒径/μm
9.9
9.7
7.7
8.4
9.6
9.7
10.4
10.8
11.4
图6HLB为9.0时原油乳状液粒径＜10μm的
液滴数量误差棒
31
32
辽宁石油化工大学学报第39卷
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（编辑宋锦玉）。