堿在原油乳化中的作用

1、中國(guó)石油大學(xué) 油田化學(xué) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)日期： 2015.4.13 成績(jī)： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 教師： 同組者： 堿在原油乳化中的作用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 觀察堿與原油混合后的乳化現(xiàn)象。2. 學(xué)會(huì)用不穩(wěn)定系數(shù)法確定使原油如花的最佳堿度范圍。二、實(shí)驗(yàn)原理堿（例如NaOH）可與原油中的酸性成分（例如環(huán)烷酸）反應(yīng)，生成表面活性物質(zhì)：這些表面活性物質(zhì)可使原油乳化形成水包油（O/W）乳狀液。水包油乳狀液的形成與穩(wěn)定性對(duì)于堿驅(qū)和稠油乳化降粘是重要的，例如堿驅(qū)中乳化攜帶、乳化捕集、自發(fā)乳化等機(jī)理的發(fā)生，稠油乳化降粘中原油乳化分散機(jī)理的發(fā)生都是以水包油乳狀油液的形成為前提條件的。堿濃度是影響堿對(duì)原油乳化作用的重要

2、因素。堿濃度低時(shí)，堿與原油反應(yīng)生成的活性物質(zhì)少，不利于乳狀液的穩(wěn)定。若堿濃度過(guò)高，一方面，堿可使原油中碳鏈較長(zhǎng)的弱酸反應(yīng)生成親油的活性物質(zhì)，這些親油的活性物質(zhì)可抵消親水活性物質(zhì)的作用，不利于水包油乳狀液的穩(wěn)定。同時(shí)，過(guò)量的堿具有鹽的作用，也不利于水包油乳狀液的穩(wěn)定。因此，只有合適的堿濃度范圍，堿才能與原油作用形成穩(wěn)定的水包油乳狀液。乳狀液的穩(wěn)定性可用不穩(wěn)定系數(shù)（USI）表示。不穩(wěn)定系數(shù)按式4-1定義： （4-1）式中：USI不穩(wěn)定系數(shù)，ml；乳化體系分出水體積與時(shí)間的變化函數(shù)；乳化體系靜止分離的時(shí)間，min。 從定義式可以看出，不穩(wěn)定系數(shù)越小，乳狀液的穩(wěn)定性越好。三、儀器與藥品1. 儀器電子天

3、平（感量0.001g）、10mL具塞刻度試管、秒表、滴管、試管架。2. 藥品氫氧化鈉、原油、蒸餾水。四、實(shí)驗(yàn)步驟 1. 取10mL具塞刻度試管10支，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0、1.0104、2.5104、5104、1.0103、5.0103、1.0102的氫氧化鈉溶液各5mL，分別用滴管準(zhǔn)確加入原油5mL，蓋上試管塞子，每支試管上下震蕩30次。2. 將震蕩后的試管立即垂直放在試管架上，同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，每3mL記錄一次試管中分出水體積（若分出水的速度較快，可每隔1min記錄一次），共記錄30min。五、結(jié)果處理1. 求出堿在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下乳化原油的不穩(wěn)定系數(shù)。（1）在坐標(biāo)紙上繪制分出水的體積與時(shí)間的關(guān)

4、系（V-t）曲線，注意每個(gè)堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的V-t曲線都應(yīng)在同一規(guī)格坐標(biāo)中繪出。（2）將V-t曲線與時(shí)間軸所包圍面積剪下，在電子天平上稱取其質(zhì)量W1 。（3）在坐標(biāo)紙上剪下已知面積（A0，單位為mLmin）的方框稱取其質(zhì)量W0。（4）不穩(wěn)定系數(shù)按式4-2求出： （4-2） 實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)如表1所示：表1 不同(NaOH)下分出水體積與時(shí)間變化記錄表(NaOH)123456789USI/mL1.0102t(min)00.51.52.6759.6711.3314.33243.8331V(mL)00.41.42.03.23.84.04.24.85.0103t(min)9.831213.0714.1318

5、.33212427302.3548V(mL)00.20.40.81.82.23.03.23.41.0103t(min)0591215212427300V(mL)0000000005104t(min)4.678.510.51518.52022.524.5300.8721V(mL)00.20.30.50.70.81.01.21.62.5104t(min)0591214172027300V(mL)0000000001.0104t(min)1.54.1335.336.58.0211.08313.51610.858V(mL)00.50.91.53.24.44.85.00.0t(min)1.251.672

6、3.123.674.67.41020.58V(mL)0.51.01.53.44.24.44.85.0處理數(shù)據(jù)時(shí)減去初始時(shí)刻，由以上數(shù)據(jù)分別作出下列的圖：（一）通過(guò)軟件擬合可得到(NaOH)=0.01時(shí)，其表達(dá)式為：則（二）通過(guò)軟件擬合可得到(NaOH)=0.005時(shí)，其表達(dá)式為：則（三）通過(guò)軟件擬合可得到(NaOH)=0.001時(shí)，其表達(dá)式為：則（四）通過(guò)軟件擬合可得到(NaOH)=0.000 5時(shí)，其表達(dá)式為：則（五）通過(guò)軟件擬合可得到(NaOH)=0.000 25時(shí)，其表達(dá)式為：則（六）通過(guò)軟件擬合可得到(NaOH)=0.000 1時(shí)，其表達(dá)式為：則（七）通過(guò)軟件擬合可得到(NaOH)=0

7、.0時(shí)，其表達(dá)式為：則2. 繪制USI-(NaOH)的關(guān)系曲線，找出使原油乳化的最佳堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍，并解釋曲線的變化規(guī)律。USI-(NaOH)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)表格如表2所示：表2 USI-(NaOH)對(duì)應(yīng)關(guān)系(NaOH)1.01025.01031.010351042.51041.01040USI/mL3.83312.854800.8721010.5820.36實(shí)驗(yàn)時(shí)NaOH濃度為0.00025沒(méi)有看到分出水可能存在實(shí)驗(yàn)誤差舍去由以上數(shù)據(jù)得圖8：圖8 由圖可以看到：使原油乳化的最佳堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為：4.01042.0103。曲線先降低后升高。加入堿后具有明顯的乳化作用，但其濃度應(yīng)保持在一定范圍，濃度過(guò)低

8、過(guò)高其不穩(wěn)地系數(shù)都偏高不利于乳化液的穩(wěn)定。解釋：堿濃度低時(shí)，堿與原油反應(yīng)生成的活性物質(zhì)少，不利于乳狀液的穩(wěn)定，USI值較大；隨著濃度升高，堿與石油酸反應(yīng)生成的表面活性劑質(zhì)量增加，親水性與親油性逐漸達(dá)到充分平衡，降低了表面張力，有利于乳狀液穩(wěn)定，USI值逐漸降低；當(dāng)堿濃度升高到某一濃度時(shí)，由于堿含量過(guò)高，一方面，堿可使原油中碳鏈較長(zhǎng)的弱酸反應(yīng)生成親油的活性物質(zhì)，這些親油的活性物質(zhì)可抵消親水活性物質(zhì)的作用，不利于水包油乳狀液的穩(wěn)定，同時(shí)，過(guò)量的堿具有鹽的作用，也不利于水包油乳狀液的穩(wěn)定，所以USI值又逐漸增大。六、思考題1. 為什么堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高或過(guò)低都不能形成穩(wěn)定的水包油乳狀液？答：堿濃度低時(shí)，

9、堿與原油反應(yīng)生成的活性物質(zhì)少，不利于乳狀液的穩(wěn)定。若堿濃度過(guò)高，一方面，堿可使原油中碳鏈較長(zhǎng)的弱酸反應(yīng)生成親油的活性物質(zhì)，這些親油的活性物質(zhì)可抵消親水活性物質(zhì)的作用，不利于水包油乳狀液的穩(wěn)定。同時(shí)，過(guò)量的堿具有鹽的作用，也不利于水包油乳狀液的穩(wěn)定。因此，只有合適的堿濃度范圍，堿才能與原油作用形成穩(wěn)定的水包油乳狀液。2. 原油酸值的高低對(duì)堿與原油的乳化作用有何影響？答：由于堿驅(qū)進(jìn)行的條件是原油中有能夠產(chǎn)生表面活性劑的酸，因此要求堿驅(qū)油層有足夠高的酸值。當(dāng)原油的酸值小0.2mg/g時(shí)，油層不適宜進(jìn)行堿驅(qū)。一定的酸值是進(jìn)行堿驅(qū)的必要條件。3. 綜述水包油乳狀液的形成與穩(wěn)定性在堿驅(qū)中的作用。答：水包油

10、乳狀液的形成與穩(wěn)定性對(duì)于堿驅(qū)和稠油降粘是重要的，例如堿驅(qū)中乳化攜帶，乳化捕集，自發(fā)乳化等機(jī)理的發(fā)生，稠油乳化降粘中原油乳化分散機(jī)理的發(fā)生都是以水包油乳狀油液的形成為前提條件的。乳化攜帶機(jī)理：在堿含量和鹽含量都低的情況下，有堿與石油酸反應(yīng)生成的表面活性劑可使地層中的剩余油乳化，并被堿水?dāng)y帶著通過(guò)地面。乳化捕集機(jī)理：在堿含量和鹽含量都低的情況下，由于低界面張力使油乳化在堿水相，但油珠直徑較大，因此當(dāng)它向前移動(dòng)時(shí)，就被捕集，增加了水的流動(dòng)阻力，即降低了水的流速，從而改善了流度比，增加了波及系數(shù)，提高了原油采收率。七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，我成功觀察到了堿于原油混合后的乳化現(xiàn)象，同時(shí)也學(xué)會(huì)了不穩(wěn)定系數(shù)的意義與求法。本次實(shí)驗(yàn)操作比較簡(jiǎn)單但是過(guò)程