羟基数量不同聚酯类沥青分散剂的合成与性能研究

时间：2024-07-28

侯青怡，牟国毅，徐佳慧，吴艳青，刘骁

（德仕能源科技集团股份有限公司，山东东营257100）

沥青质在原油中的热力学平衡状态由于油层中压力、温度和有机物化学组分等因素变化被破坏，导致在地层的油藏内或开采过程中沥青质出现絮凝、沉积，使原油发生乳化、粘度增高等现象，进而产生原油开采效率降低，生产成本增加等不利影响［1］。目前普遍采用机械清除、溶剂溶解和注入分散剂方法来解决沥青质沉积问题。采用机械清除方法存在处理效果周期短，人工消耗大，溶剂溶解存在用量大、且易造成环境污染。注入分散剂是使沥青质稳定在原油体系中行之有效的方法，而且药剂加入量少、施工安全，处理效果好［2］。

研究认为，具有双亲特性的聚合物可以起到与胶质类似的胶溶剂作用，通过聚合物分子中的极性组分可以增加对沥青质的溶解能力，提高原油体系的稳定性，防止沥青质絮凝沉积［3］。所以，本文以羟基数量相近的常见醇类和胺类与具有不饱和链的聚异丁烯丁二酸酐进行缩聚反应制得聚酯，主要考察含有不同羟基数量的聚酯类沥青分散剂对原油中沥青质分散效果，并对已筛选沥青分散剂进行耐高温和对原油流变性性能评价［4］。

1 产品合成

1.1 主要试剂与仪器

试剂：山梨糖醇；季戊四醇；三羟甲基丙烷；三乙醇胺；丙三醇；聚异丁烯丁二酸酐（PIBSA）；基础油；正庚烷，分析纯；二甲苯，分析纯；伊朗某区块原油；110#石油沥青。

仪器：油浴锅—金坛市城东光芒仪器厂；恒速电动搅拌器—上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司；电子天平—上海朗特精密测控仪器有限公司；NDJ-8S数显旋转粘度计—上海精天电子仪器有限公司；滚子加热炉—青岛泰峰石油仪器有限公司。

1.2 合成方法

称取一定质量实验选用的醇类和胺类原材料分别与基础油先后加入到带有搅拌和温度计的3颈瓶中，将加好物料的3颈瓶置于油浴中，然后按照实验所需温度进行搅拌并升温，当温度达到预定温度后，加入聚异丁烯丁二酸酐，保持一定反应时间后，得到相应产品。

1.3 合成机理

所选择醇类和胺类与聚异丁烯丁二酸酐按照物质的量比为1：2，反应温度为140～180℃，反应时间为6 h，所得产物分别见图1～5。

图4 LQY-TEA-01反应机理

图4 中的R为：

图5 LQY-G-01反应机理

2 结果与讨论

2.1 自制沉淀法评价沥青分散剂

根据沥青质不溶于正庚烷的特性，在正庚烷溶液体系中，加入沥青分散剂并混合均匀，再加入固定含量的沥青质溶液，然后对比沥青质析出量和析出颗粒状态，评价沥青分散剂的作用效果。

具体实验步骤：（1）选择110#石油沥青，用二甲苯配制成25%沥青质溶液；（2）将室内合成的沥青分散剂样品分别用二甲苯配制成1%沥青分散剂试液；（3）选择规格为100 mL的离心管，加入约100 mL正庚烷，然后加入500 ppm沥青分散剂试液，盖上塞子，摇匀；（4）加入约1 g沥青质溶液，摇匀，放置于室温条件下静置观察，以静置24 h为观察终点，读取离心管内沥青质颗粒沉积体积。

评价数据见表1。

表1 不同分散剂在加药量500 ppm时对沥青质作用情况

从表1可知，沥青分散剂中含有极性官能团羧基数量相同，羟基数量不同，其对沥青质作用效果不同。空白样中沥青质颗粒析出速度快，形成颗粒数量多，尺寸较大，静置24 h后离心管底部沥青质颗粒由于重力作用压的更紧实，所以读取的沉积体积数略小；而LQY-TEA-01、LQY-G-01、LQY-TMP-01虽然使沥青质析出速度减慢，形成沥青质颗粒尺寸小，但在静置24 h后均形成较多的沥青质颗粒沉积，正庚烷-沥青质溶液呈分层状态，上层溶液透光性高；LQY-P-01作用的正庚烷-沥青质溶液，静置24 h后可看到少许细小颗粒悬浮其溶液中，但底部基本无沥青质颗粒沉积，溶液体系整体均匀，透光性低于于空白；LQY-01作用的正庚烷-沥青质溶液，整个溶液体系分布均匀，无沥青质颗粒悬浮析出，且溶液颜色最深，透光性最差，说明沥青质以分子形式稳定存在于溶液中。验证了沥青分散剂中羟基数量较多，更易与极性更强的沥青质分子发生偶极相互作用，将沥青质分子包裹，使沥青质不发生聚集絮凝，提高沥青质的分散性，与周洪涛等［5］研究的沥青分散剂产品羟基数量在2～4个时，分散效果好的结论一致。

2.2 沥青分散剂的热稳定性

由于地层中油藏温度较高，选择沥青分散剂LQY-01进行耐高温性能检测。

具体实验步骤：（1）用密闭金属罐称取200 mL沥青分散剂LQY-01，并确保金属罐密封性；（2）将高温滚子炉升温至180℃；（3）待温度达到180℃，将密封金属罐放入滚子炉内，保温24 h；（4）将经过高温后的产品与未经高温的产品分别按照2.1实验步骤进行性能评价。

LQY-01沥青分散剂经过24 h，180℃高温后，产品保持原有理化特性和对沥青质分子良好的作用效果，即沥青质分子未发生絮凝和沉积，说明沥青分散剂LQY-01具有耐高温性能，可在油井中高温部位保持药效，发挥作用。

2.3 沥青分散剂对原油流动性影响

针对伊朗原油，加入一定量正庚烷使原油中沥青质絮凝，以模拟油层中沥青质的状态，通过对比加入沥青分散剂前后原油体系动力粘度随温度变化情况，判断沥青分散剂对原油流动性的影响。

实验步骤：（1）取伊朗原油约300 mL置于粘度测量杯内，加入约30 mL正庚烷，搅拌均匀；（2）将粘度测量杯置于80℃水浴中，恒温约10 min后，选择合适转子进行粘度测量；（3）自然降温，每降低10℃，读取原油粘度，读取到温度为30℃，此为空白原油粘度变化曲线；（4）取伊朗原油300 mL，加入500 ppm沥青分散剂，并搅拌均匀，重复步骤（2）和（3），便得到原油粘度变化曲线。

沥青分散剂对原油粘度影响见图6。

图6 原油粘度温度变化曲线

通过粘温曲线可知，LQY-01沥青分散剂对伊朗原油粘度有积极影响，即沥青分散剂通过与原油中沥青质分子相互作用，使沥青质分子被包裹，防止其聚集形成胶束颗粒，进而降低原油粘度。