利用TURBISCAN表征瀝青質(zhì)、蠟質(zhì)、硅酸鹽和對原油乳液的穩(wěn)定作用

介紹
 

乳狀液是一種液體以液珠形式分散在與它不相混溶的另一種液體中而形成的分散體系。乳狀液是一種多相分散體系，分散相與連續(xù)相之間有液－液界面，乳狀液液滴在互相碰撞時(shí)合并,則是界面縮小，體系界面自由能下降過程,屬于熱力學(xué)自發(fā)過程。因此，乳狀液是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。如果乳狀液液滴的聚并速度很慢，則可認(rèn)為乳狀液具有一定的相對穩(wěn)定性。在石油工業(yè)的不同階段所遇到的乳化油，含有其他外來物質(zhì)對乳業(yè)產(chǎn)生穩(wěn)定作用。這些材料中有固體如鉆井泥漿(或膠態(tài)粘土)、產(chǎn)生的砂、腐蝕產(chǎn)物(如硫化鐵)、沉淀結(jié)垢形成的礦物和原油中的瀝青質(zhì)。此外，還有一些表面活性劑存在于原油中，如注入油層中的環(huán)烷酸、緩蝕劑、降凝劑(PPDs)或蠟抑制劑都可以起到乳化劑的作用。乳化劑聚集在油水界面處降低了界面張力，阻礙了不連續(xù)相的結(jié)合。乳化劑還會在液滴上產(chǎn)生電荷，使它們相互排斥等。本研究采用Turbiscan多重光散射技術(shù)研究了不同固體材料對原油乳液穩(wěn)定性的影響規(guī)律。多重光散射技術(shù)能夠在不稀釋的情況下研究乳劑的穩(wěn)定性，并根據(jù)響應(yīng)面分析方法，分析了這些材料對穩(wěn)定性指數(shù)的影響情況。

材料和方法
 

原油采用經(jīng)過處理的馬來西亞近海原油，分散相為去離子水，混合比例為70:30(油，水)

。其他固體材料均從原油中提取，包括蠟、樹脂、和瀝青質(zhì)等。

取28mL的油相，在混合油和水之前，不同濃度(w/w%濃度)的固體提取物加入油相中，加入12mL水相，放入50mL塑料離心瓶中，用均化器混合2分鐘。然后用Turbiscan LAB檢測乳液的物理不穩(wěn)定性。并用響應(yīng)面法分析兩種因素對穩(wěn)定性指數(shù)的影響。

結(jié)果和討論
 

Turbiscan背散射光掃描曲線

較不穩(wěn)定樣品的Turbiscan背散射光掃描曲線如上圖所示，樣品底部出現(xiàn)的水層導(dǎo)致BS發(fā)生了明顯的上升，頂部上浮的原油由于吸光的原因使得BS光強(qiáng)度發(fā)生了下降。

上圖為比較穩(wěn)定的乳液的Turbiscan測試數(shù)據(jù)，底部出現(xiàn)水層，頂部出現(xiàn)油層，中間凹凸不平的波動代表著乳液中的不均勻組分，中部區(qū)域BS曲線的傾斜代表著乳液濃度的梯度變化。

響應(yīng)面分析法研究不同固體顆粒對乳液穩(wěn)定性的影響
 

響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)方法(Response Surface Methodology，RSM)，是利用合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法并通過實(shí)驗(yàn)得到一定數(shù)據(jù)，采用多元二次回歸方程來擬合因素與響應(yīng)值之間的函數(shù)關(guān)系，通過對回歸方程的分析來尋求最優(yōu)工藝參數(shù)，解決多變量問題的一種統(tǒng)計(jì)方法。

上圖顯示了方解石和硅對乳液穩(wěn)定性的影響情況，從圖中可見，方解石和硅的加入對SI穩(wěn)定性指數(shù)影響很小，說明這兩種材料對乳液穩(wěn)定性基本沒有影響。

蠟質(zhì)和瀝青質(zhì)對乳液穩(wěn)定性的影響情況如上圖所示，在瀝青質(zhì)濃度保持不變時(shí)，隨著蠟質(zhì)濃度增加乳液穩(wěn)定性增強(qiáng)，說明蠟質(zhì)有明顯的乳化穩(wěn)定作用。當(dāng)蠟質(zhì)濃度為0時(shí)，瀝青質(zhì)濃度的增加可以略微提高穩(wěn)定性，當(dāng)蠟質(zhì)濃度較高時(shí)，瀝青質(zhì)濃度改變基本不會影響穩(wěn)定性。

蠟質(zhì)和方解石對乳液穩(wěn)定性的影響情況如上圖所示，在方解石濃度保持不變時(shí)，隨著蠟質(zhì)濃度增加乳液穩(wěn)定性增強(qiáng)，說明蠟質(zhì)有明顯的乳化穩(wěn)定作用。方解石濃度的增加略微降低穩(wěn)定性。

上圖顯示了方解石和瀝青質(zhì)/樹脂對乳液穩(wěn)定性的影響情況，從圖中可見，方解石對SI穩(wěn)定性指數(shù)影響很小，隨著瀝青質(zhì)/樹脂的增加乳液穩(wěn)定性逐漸變好。
 

結(jié)論

原油為了形成乳狀液，體系中必須有水(鹵水)、原油和大量的剪切，最重要的是乳化劑。在這項(xiàng)研究中，已經(jīng)證明除了瀝青質(zhì)/樹脂外，還存在某些天然固體，如方解石、蠟導(dǎo)致乳化液的形成。研究還表明，如果排除瀝青質(zhì)/樹脂，這些固體本身不能形成穩(wěn)定的乳狀液。從研究結(jié)果來看，蠟在提高石油乳狀液的穩(wěn)定性中起著非常重要的作用，即使在瀝青質(zhì)/樹脂濃度較低的情況下也是如此。
 

結(jié)果表明，Turbiscan多重光散射儀器是一種非常好的分析乳液穩(wěn)定性的設(shè)備。這項(xiàng)技術(shù)可以檢測到非常低的濃度變化，包括破乳過程中的液滴直徑變化、上浮或沉淀。

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