2碱在原油乳化中的作用

中国石油大学实验报告实验日期：成绩：班级：学号：姓名：教师：同组者：碱在原油乳化中的作用一、实验目的1.观察碱与原油混合后的乳化现象。2.学会用不稳定系数法确定使原油如花的最佳碱度范围。二、实验原理碱（例如NaOH）可与原油中的酸性成分（例如环烷酸）反应，生成表面活性物质：这些表面活性物质可使原油乳化形成水包油（O/W）乳状液。水包油乳状液的形成与稳定性对于碱驱和稠油乳化降粘是重要的，例如碱驱中乳化—携带、乳化—捕集、自发乳化等机理的发生，稠油乳化降粘中原油乳化分散机理的发生都是以水包油乳状油液的形成为前提条件的。碱浓度是影响碱对原油乳化作用的重要因素。碱浓度低时，碱与原油反应生成的活性物质少，不利于乳状液的稳定。若碱浓度过高，一方面，碱可使原油中碳链较长的弱酸反应生成亲油的活性物质，这些亲油的活性物质可抵消亲水活性物质的作用，不利于水包油乳状液的稳定。同时，过量的碱具有盐的作用，也不利于水包油乳状液的稳定。因此，只有合适的碱浓度范围，碱才能与原油作用形成稳定的水包油乳状液。乳状液的稳定性可用不稳定系数（USI）表示。不稳定系数按式4-1定义：0()dtVttUSIt（4-1）式中：USI—不稳定系数，ml；()Vt—乳化体系分出水体积与时间的变化函数；t—乳化体系静止分离的时间，min。从定义式可以看出，不稳定系数越小，乳状液的稳定性越好。三、仪器与药品1.仪器电子天平（感量0.001g）、10mL具塞刻度试管、秒表、滴管、试管架。2.药品氢氧化钠、原油、蒸馏水。四、实验步骤1.取10mL具塞刻度试管10支，加入质量分数为0.0、1.0×10－4、2.5×10－4、5×10－4、1.0×10－3、5.0×10－3、1.0×10－2的氢氧化钠溶液各5mL，分别用滴管准确加入原油5mL，盖上试管塞子，每支试管上下震荡30次。2.将震荡后的试管立即垂直放在试管架上，同时开始计时，每3mL记录一次试管中分出水体积（若分出水的速度较快，可每隔1min记录一次），共记录30min。五、结果处理1.求出碱在不同质量分数下乳化原油的不稳定系数。（1）在坐标纸上绘制分出水的体积与时间的关系（V-t）曲线，注意每个碱的质量分数下的V-t曲线都应在同一规格坐标中绘出。（2）将V-t曲线与时间轴所包围面积剪下，在电子天平上称取其质量W1。（3）在坐标纸上剪下已知面积（A0，单位为mL·min）的方框称取其质量W0。（4）不稳定系数按式4-2求出：0100()dtVttWAUSItWt（4-2）实验记录数据如表1所示：表1不同ω(NaOH)下分出水体积与时间变化记录表ω(NaOH)123456789USI/mL1.0×10－2t(min)01.4172.9833.754.26710.03313.6524.933.0195V(mL)0.20.60.81.01.22.43.03.65.0×10－3t(min)00.3830.5671.35.417.525.3672.9911V(mL)0.20.60.81.21.21.31.41.0×10－3t(min)0300V(mL)005×10－4t(min)07.41715.16719.48323.71628.017300.0389V(mL)0.20.40.81.01.41.81.82.5×10－4t(min)00.7173.5177.06710.66716.86719.0523.167302.8757V(mL)0.40.61.42.42.83.23.43.63.81.0×10－4t(min)02.3334.1678.88311.22124.63327.383304.6225V(mL)0.60.81.01.62.03.64.04.44.60.0t(min)02.0053.4334.2676.06711.66712.36721.6673028.0669V(mL)0.20.61.22.23.44.64.85.05.0由以上数据分别作出下列的图：（一）通过软件拟合可得到ω(NaOH)=0.01时，其表达式为：2()0.00570.28290.1217Vttt则32030()d0.00190.14150.1217|3.019530ttVtttttUSIt（二）通过软件拟合可得到ω(NaOH)=0.005时，其表达式为：2()0.00270.0950.6473Vttt则32030()d0.00090.04750.6473|2.991130ttVtttttUSIt（三）通过软件拟合可得到ω(NaOH)=0.001时，其表达式为：()0Vt则0()d0tVttUSIt（四）通过软件拟合可得到ω(NaOH)=0.0005时，其表达式为：4432()7100.00040.0050.04910.1967Vttttt则65432030()d1.75100.0010.00170.2450.1967|0.038930ttVtttttttUSIt（五）通过软件拟合可得到ω(NaOH)=0.00025时，其表达式为：6532()6100.00060.02190.40150.3467Vttttt则65432030()d1.2100.000150.00730.2010.347|2.875730ttVtttttttUSIt（六）通过软件拟合可得到ω(NaOH)=0.0001时，其表达式为：32()0.00010.00620.01720.5999Vtttt则432030()d0.0000250.00210.03560.5999|4.622530ttVttttttUSIt（七）通过软件拟合可得到ω(NaOH)=0.0时，其表达式为：32()0.00040.02830.69210.2723Vtttt则432030()d0.00010.00940.3460.2723|28.066930ttVttttttUSIt2.绘制USI-ω(NaOH)的关系曲线，找出使原油乳化的最佳碱质量分数范围，并解释曲线的变化规律。USI-ω(NaOH)数据对应表格如表2所示：表2USI-ω(NaOH)对应关系ω(NaOH)1.0×10－25.0×10－31.0×10－35×10－42.5×10－41.0×10－40USI/mL3.01952.991100.03892.87574.622528.0669由以上数据得图8：由图可以看到：使原油乳化的最佳碱质量分数范围为：3.0×10－4~2.0×10－3。曲线先降低后升高。加入碱后具有明显的乳化作用，但其浓度应保持在一定范围，浓度过低过高其不稳地系数都偏高不利于乳化液的稳定。解释：碱浓度低时，碱与原油反应生成的活性物质少，不利于乳状液的稳定，USI值较大；随着浓度升高，碱与石油酸反应生成的表面活性剂质量增加，亲水性与亲油性逐渐达到充分平衡，降低了表面张力，有利于乳状液稳定，USI值逐渐降低；当碱浓度升高到某一浓度时，由于碱含量过高，一方面，碱可使原油中碳链较长的弱酸反应生成亲油的活性物质，这些亲油的活性物质可抵消亲水活性物质的作用，不利于水包油乳状液的稳定，同时，过量的碱具有盐的作用，也不利于水包油乳状液的稳定，所以USI值又逐渐增大。六、思考题1.为什么碱质量分数过高或过低都不能形成稳定的水包油乳状液？答：碱浓度低时，碱与原油反应生成的活性物质少，不利于乳状液的稳定。若碱浓度过高，一方面，碱可使原油中碳链较长的弱酸反应生成亲油的活性物质，这些亲油的活性物质可抵消亲水活性物质的作用，不利于水包油乳状液的稳定。同时，过量的碱具有盐的作用，也不利于水包油乳状液的稳定。因此，只有合适的碱浓度范围，碱才能与原油作用形成稳定的水包油乳状液。2.原油酸值的高低对碱与原油的乳化作用有何影响？答：由于碱驱进行的条件是原油中有能够产生表面活性剂的酸，因此要求碱驱油层有足够高的酸值。当原油的酸值小0.2mg/g时，油层不适宜进行碱驱。一定的酸值是进行碱驱的必要条件。3.综述水包油乳状液的形成与稳定性在碱驱中的作用。答：水包油乳状液的形成与稳定性对于碱驱和稠油降粘是重要的，例如碱驱中乳化—携带，乳化—捕集，自发乳化等机理的发生，稠油乳化降粘中原油乳化分散机理的发生都是以水包油乳状油液的形成为前提条件的。乳化—携带机理：在碱含量和盐含量都低的情况下，有碱与石油酸反应生成的表面活性剂可使地层中的剩余油乳化，并被碱水携带着通过地面。乳化—捕集机理：在碱含量和盐含量都低的情况下，由于低界面张力使油乳化在碱水相，但油珠直径较大，因此当它向前移动时，就被捕集，增加了水的流动阻力，即降低了水的流速，从而改善了流度比，增加了波及系数，提高了原油采收率。七、实验心得通过本次实验，我成功观察到了碱于原油混合后的乳化现象，同时也学会了不稳定系数的意义与求法。感谢老师实验过程中的悉心指导和耐心教导，使我成功完成了本次实验。同时本次实验也使我的动手能力有了很大的提升。