石工1211+12093523+趙潤達+堿在原油乳化中的作用

1、中國石油大學 油田化學 實驗報告實驗日期： 2015.4.13 成績： 班級： 石工1211 學號： 12093523 姓名： 趙潤達 教師： 同組者： 郭書鋆 高峻 堿在原油乳化中的作用一、實驗目的1. 觀察堿與原油混合后的乳化現(xiàn)象。2. 學會用不穩(wěn)定系數(shù)法確定使原油如花的最佳堿度范圍。二、實驗原理堿（例如NaOH）可與原油中的酸性成分（例如環(huán)烷酸）反應，生成表面活性物質：這些表面活性物質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)定性對于堿驅和稠油乳化降粘是重要的，例如堿驅中乳化攜帶、乳化捕集、自發(fā)乳化等機理的發(fā)生，稠油乳化降粘中原油乳化分散機理的發(fā)生都是以水包油乳狀油液

2、的形成為前提條件的。堿濃度是影響堿對原油乳化作用的重要因素。堿濃度低時，堿與原油反應生成的活性物質少，不利于乳狀液的穩(wěn)定。若堿濃度過高，一方面，堿可使原油中碳鏈較長的弱酸反應生成親油的活性物質，這些親油的活性物質可抵消親水活性物質的作用，不利于水包油乳狀液的穩(wěn)定。同時，過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間的變化函數(shù)；乳化體系靜止分離的時間，min。 從定義式可以看出，不穩(wěn)定系數(shù)越

3、小，乳狀液的穩(wěn)定性越好。三、儀器與藥品1. 儀器電子天平（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、實驗步驟 1. 取10mL具塞刻度試管10支，加入質量分數(shù)為0.0、1.0×104、2.5×104、5×104、1.0×103、5.0×103、1.0×102的氫氧化鈉溶液各5mL，分別用滴管準確加入原油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，同時開始計時，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

4、），共記錄30min。五、結果處理1. 求出堿在不同質量分數(shù)下乳化原油的不穩(wěn)定系數(shù)。（1）在坐標紙上繪制分出水的體積與時間的關系（V-t）曲線，注意每個堿的質量分數(shù)下的V-t曲線都應在同一規(guī)格坐標中繪出。（2）將V-t曲線與時間軸所包圍面積剪下，在電子天平上稱取其質量W1 。（3）在坐標紙上剪下已知面積（A0，單位為mL·min）的方框稱取其質量W0。（4）不穩(wěn)定系數(shù)按式4-2求出： （4-2） 實驗記錄數(shù)據(jù)如表1所示：表1 不同(NaOH)下分出水體積與時間變化記錄表(NaOH)123456789USI/mL1.0×102t(min)00.51.52.6759.6711.

5、3314.33243.8331V(mL)00.41.42.03.23.84.04.24.85.0×103t(min)9.831213.0714.1318.33212427302.3548V(mL)00.20.40.81.82.23.03.23.41.0×103t(min)0591215212427300V(mL)0000000005×104t(min)4.678.510.51518.52022.524.5300.8721V(mL)00.20.30.50.70.81.01.21.62.5×104t(min)0591214172027300V(mL)0000

6、000001.0×104t(min)1.54.1335.336.58.0211.08313.51610.858V(mL)00.50.91.53.24.44.85.00.0t(min)1.251.6723.123.674.67.41020.58V(mL)0.51.01.53.44.24.44.85.0處理數(shù)據(jù)時減去初始時刻，由以上數(shù)據(jù)分別作出下列的圖：（一）通過軟件擬合可得到(NaOH)=0.01時，其表達式為：則（二）通過軟件擬合可得到(NaOH)=0.005時，其表達式為：則（三）通過軟件擬合可得到(NaOH)=0.001時，其表達式為：則（四）通過軟件擬合可得到(NaOH)=0.

7、000 5時，其表達式為：則（五）通過軟件擬合可得到(NaOH)=0.000 25時，其表達式為：則（六）通過軟件擬合可得到(NaOH)=0.000 1時，其表達式為：則（七）通過軟件擬合可得到(NaOH)=0.0時，其表達式為：則2. 繪制USI-(NaOH)的關系曲線，找出使原油乳化的最佳堿質量分數(shù)范圍，并解釋曲線的變化規(guī)律。USI-(NaOH)數(shù)據(jù)對應表格如表2所示：表2 USI-(NaOH)對應關系(NaOH)1.0×1025.0×1031.0×1035×1042.5×1041.0×1040USI/mL3.83312.8548

8、00.8721010.5820.36實驗時NaOH濃度為0.00025沒有看到分出水可能存在實驗誤差舍去由以上數(shù)據(jù)得圖8：圖8 由圖可以看到：使原油乳化的最佳堿質量分數(shù)范圍為：4.0×1042.0×103。曲線先降低后升高。加入堿后具有明顯的乳化作用，但其濃度應保持在一定范圍，濃度過低過高其不穩(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，堿與原油反應生成的活性物質少，不利于乳狀液的穩(wěn)定，USI值較大；隨著濃度升高，堿與石油酸反應生成的表面活性劑質量增加，親水性與親油性逐漸達到充分平衡，降低了表面張力，有利于乳狀液穩(wěn)定，USI值逐漸降低；當堿濃度升高到某一濃度時，由于堿

9、含量過高，一方面，堿可使原油中碳鏈較長的弱酸反應生成親油的活性物質，這些親油的活性物質可抵消親水活性物質的作用，不利于水包油乳狀液的穩(wěn)定，同時，過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. 為什么堿質量分數(shù)過高或過低都不能形成穩(wěn)定的水包油乳狀液？答：堿濃度低時，堿與原油反應生成的活性物質少，不利于乳狀液的穩(wěn)定。若堿濃度過高，一方面，堿可使原油中碳鏈較長的弱酸反應生成親油的活性物質，這些親油的活性物質可抵消親水活性物質的作用，不利于水包油乳狀液的穩(wěn)定。同時，過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

10、成穩(wěn)定的水包油乳狀液。2. 原油酸值的高低對堿與原油的乳化作用有何影響？答：由于堿驅進行的條件是原油中有能夠產(chǎn)生表面活性劑的酸，因此要求堿驅油層有足夠高的酸值。當原油的酸值小0.2mg/g時，油層不適宜進行堿驅。一定的酸值是進行堿驅的必要條件。3. 綜述水包油乳狀液的形成與穩(wěn)定性在堿驅中的作用。答：水包油乳狀液的形成與穩(wěn)定性對于堿驅和稠油降粘是重要的，例如堿驅中乳化攜帶，乳化捕集，自發(fā)乳化等機理的發(fā)生，稠油乳化降粘中原油乳化分散機理的發(fā)生都是以水包油乳狀油液的形成為前提條件的。乳化攜帶機理：在堿含量和鹽含量都低的情況下，有堿與石油酸反應生成的表面活性劑可使地層中的剩余油乳化，并被堿水攜帶著通過地面。乳化捕集機理：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，因此當它向前移動時，就被捕集，增加了水的流動阻力，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、實驗總結通過本次實驗，我成功觀察到了堿于原油混合后的乳化現(xiàn)象，同時也學會了不穩(wěn)定系數(shù)的意義與求法。本次實驗操作比