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利用TURBISCAN表征沥青质、蜡质、硅酸盐和对原油乳液的稳定作用点击次数:54 发布时间:2020-03-13

介绍

乳状液是一种液体以液珠形式分散在与它不相混溶的另一种液体中而形成的分散体系。乳状液是一种多相分散体系,分散相与连续相之间有液-液界面,乳状液液滴在互相碰撞时合并,则是界面缩小,体系界面自由能下降过程,属于热力学自发过程。因此,乳状液是热力学不稳定体系。如果乳状液液滴的聚并速度很慢,则可认为乳状液具有一定的相对稳定性。在石油工业的不同阶段所遇到的乳化油,含有其他外来物质对乳业产生稳定作用。这些材料中有固体如钻井泥浆(或胶态粘土)、产生的砂、腐蚀产物(如硫化铁)、沉淀结垢形成的矿物和原油中的沥青质。此外,还有一些表面活性剂存在于原油中,如注入油层中的环烷酸、缓蚀剂、降凝剂(PPDs)或蜡抑制剂都可以起到乳化剂的作用。乳化剂聚集在油水界面处降低了界面张力,阻碍了不连续相的结合。乳化剂还会在液滴上产生电荷,使它们相互排斥等。本研究采用Turbiscan多重光散射技术研究了不同固体材料对原油乳液稳定性的影响规律。多重光散射技术能够在不稀释的情况下研究乳剂的稳定性,并根据响应面分析方法,分析了这些材料对稳定性指数的影响情况。

 

材料和方法

原油采用经过处理的马来西亚近海原油,分散相为去离子水,混合比例为70:30(油,水)

。其他固体材料均从原油中提取,包括蜡、树脂、和沥青质等。

取28mL的油相,在混合油和水之前,不同浓度(w/w%浓度)的固体提取物加入油相中,加入12mL水相,放入50mL塑料离心瓶中,用均化器混合2分钟。然后用Turbiscan LAB检测乳液的物理不稳定性。并用响应面法分析两种因素对稳定性指数的影响。

  

结果和讨论

Turbiscan背散射光扫描曲线

 

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较不稳定样品的Turbiscan背散射光扫描曲线如上图所示,样品底部出现的水层导致BS发生了明显的上升,顶部上浮的原油由于吸光的原因使得BS光强度发生了下降。

 

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上图为比较稳定的乳液的Turbiscan测试数据,底部出现水层,顶部出现油层,中间凹凸不平的波动代表着乳液中的不均匀组分,中部区域BS曲线的倾斜代表着乳液浓度的梯度变化。

 

响应面分析法研究不同固体颗粒对乳液稳定性的影响

响应曲面设计方法(Response Surface Methodology,RSM),是利用合理的试验设计方法并通过实验得到一定数据,采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系,通过对回归方程的分析来寻求工艺参数,解决多变量问题的一种统计方法。

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上图显示了方解石和硅对乳液稳定性的影响情况,从图中可见,方解石和硅的加入对SI稳定性指数影响很小,说明这两种材料对乳液稳定性基本没有影响。

 

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蜡质和沥青质对乳液稳定性的影响情况如上图所示,在沥青质浓度保持不变时,随着蜡质浓度增加乳液稳定性增强,说明蜡质有明显的乳化稳定作用。当蜡质浓度为0时,沥青质浓度的增加可以略微提高稳定性,当蜡质浓度较高时,沥青质浓度改变基本不会影响稳定性。

  

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蜡质和方解石对乳液稳定性的影响情况如上图所示,在方解石浓度保持不变时,随着蜡质浓度增加乳液稳定性增强,说明蜡质有明显的乳化稳定作用。方解石浓度的增加略微降低稳定性。

  

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上图显示了方解石和沥青质/树脂对乳液稳定性的影响情况,从图中可见,方解石对SI稳定性指数影响很小,随着沥青质/树脂的增加乳液稳定性逐渐变好。

结论

原油为了形成乳状液,体系中必须有水(卤水)、原油和大量的剪切,最重要的是乳化剂。在这项研究中,已经证明除了沥青质/树脂外,还存在某些天然固体,如方解石、蜡导致乳化液的形成。研究还表明,如果排除沥青质/树脂,这些固体本身不能形成稳定的乳状液。从研究结果来看,蜡在提高石油乳状液的稳定性中起着非常重要的作用,即使在沥青质/树脂浓度较低的情况下也是如此。

结果表明,Turbiscan多重光散射仪器是一种非常好的分析乳液稳定性的设备。这项技术可以检测到非常低的浓度变化,包括破乳过程中的液滴直径变化、上浮或沉淀。

 

Formulaction代理:东南科仪

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