利用TURBISCAN表征瀝青質、蠟質、硅酸鹽和對原油乳液的穩定作用

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，分散相與連續相之間有液－液界面，乳狀液液滴在互相碰撞時合并,則是界面縮小，體系界面自由能下降過程,屬于熱力學自發過程。因此，乳狀液是熱力學不穩定體系。如果乳狀液液滴的聚并速度很慢，則可認為乳狀液具有一定的相對穩定性。在石油工業的不同階段所遇到的乳化油，含有其他外來物質對乳業產生穩定作用。這些材料中有固體如鉆井泥漿(或膠態粘土)、產生的砂、腐蝕產物(如硫化鐵)、沉淀結垢形成的礦物和原油中的瀝青質。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，阻礙了不連續相的結合。乳化劑還會在液滴上產生電荷，使它們相互排斥等。本研究采用Turbiscan多重光散射技術研究了不同固體材料對原油乳液穩定性的影響規律。多重光散射技術能夠在不稀釋的情況下研究乳劑的穩定性，并根據響應面分析方法，分析了這些材料對穩定性指數的影響情況。

材料和方法

原油采用經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定性。并用響應面法分析兩種因素對穩定性指數的影響。

結果和討論

Turbiscan背散射光掃描曲線

較不穩定樣品的Turbiscan背散射光掃描曲線如上圖所示，樣品底部出現的水層導致BS發生了明顯的上升，頂部上浮的原油由于吸光的原因使得BS光強度發生了下降。

上圖為比較穩定的乳液的Turbiscan測試數據，底部出現水層，頂部出現油層，中間凹凸不平的波動代表著乳液中的不均勻組分，中部區域BS曲線的傾斜代表著乳液濃度的梯度變化。

響應面分析法研究不同固體顆粒對乳液穩定性的影響

響應曲面設計方法(Response Surface Methodology，RSM)，是利用合理的試驗設計方法并通過實驗得到一定數據，采用多元二次回歸方程來擬合因素與響應值之間的函數關系，通過對回歸方程的分析來尋求工藝參數，解決多變量問題的一種統計方法。

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

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

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

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

結論

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，重要的是乳化劑。在這項研究中，已經證明除了瀝青質/樹脂外，還存在某些天然固體，如方解石、蠟導致乳化液的形成。研究還表明，如果排除瀝青質/樹脂，這些固體本身不能形成穩定的乳狀液。從研究結果來看，蠟在提高石油乳狀液的穩定性中起著非常重要的作用，即使在瀝青質/樹脂濃度較低的情況下也是如此。

結果表明，Turbiscan多重光散射儀器是一種非常好的分析乳液穩定性的設備。這項技術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。

Formulaction代理：東南科儀