碱在原油乳化中的作用（附带实验总结）

中国石油大学（油田化学）实验报告

实验日期： 2013-03-25 成绩：

班 级： 石工10-班 学号： 1002 姓名： 教师： 范

同组者：

实验六 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乳化的最佳碱浓度范围。

二．实验原理

碱（例如NaOH）可与原油中的酸性成份（例如环烷酸）反应，生成表面活性物质：

CH3(CH2)nCOOH+NaOHCH3(CH2)nCOONa+H O2

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６-1定义:

V(t)dt? （６-1） USI?0tt

式中：

USI—不稳定系数，ml；

V(t)—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．实验仪器与药品

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7支，分别加入质量分数为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，每支试管各上下震荡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,并每隔3min记录一次试管中分出水的体积(若分出水的速度较快,可每隔lmin记录一次),共记录30min。

3. 取乳化最稳定的试管重新振荡30次，用分散法判别乳状液类型。

五．实验结果处理

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曲线与时间轴所包面积剪下，在电子天平上称其质量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６-2求出:

V(t)dtW?A?USI??01t0tW0?t （６-2）

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。

3. 将实验记录、数据处理结果以表格或图的形式表达，写出实验报告。

ω(NaOH)

0 0.0001 0.00025 t/min V/ml t/min V/ml t/min V/ml 1 0.4 2 0.2 2 0.2 2 2.6 4 0.5 4 0.4 3 3.8 6 0.7 6 0.6 4 4.6 8 1.1 8 0.9 5 4.8 14 1.7 10 1.2 6 4.8 20 2.6 14 1.6 30 4.8 25 3 18 1.9 30 3.5 22 2 26 2.2 30 2.3 0.0005 0.001 0.005 t/min V/ml t/min V/ml t/min V/ml 2 0.1 4 0.2 5 0.3 5 0.3 8 0.4 9 0.7 7 0.4 12 0.6 14 1.7 10 0.7 16 0.8 19 2.4 12 0.8 20 1.2 24 2.8 18 1 24 1.4 29 3.2 24 1.1 28 1.6 29 1.2

0.01 t/min 6 12 18 24 30 V/ml 1.2 2.6 3.2 3.7 4.1 (1)ω(NaOH)= 0.0

V-t曲线1654321001020t/min3040V/mlV-t曲线1

V(t)dtW?A?USI??01t0tW0?t= 19/5 = 3.8

(2)ω(NaOH)= 0.0001

V-t曲线243V/ml21001020t/min3040V-t曲线2

USI= 1.75

(3)ω(NaOH)= 0.00025

V-t曲线32.52V/ml1.5V-t曲线310.5001020t/min3040

USI = 1.41

(4)ω(NaOH)= 0.0005

V-t曲线41.5V/ml1V-t曲线40.5001020t/min3040

USI = 0.777

(5)ω(NaOH)= 0.001

V-t曲线521.5V/ml10.50010t/min2030V-t曲线5

USI = 0.853

(6)ω(NaOH)= 0.005

V-t曲线643V/ml21001020t/min3040V-t曲线6

USI = 1.65

(7) ω(NaOH)= 0.01

V-t曲线754V/ml321001020t/min3040V-t曲线7

USI = 2.44

用excel图表法查图形面积求得USI值并列表如下 ω(NaOH) 0 0.0001 0.00025 0.0005 USI/ml 3.80 1.75 1.41 0.777

0.001 0.853 0.005 1.65 0.01 2.44

USI-ω曲线图43.53USI/ml2.521.510.5000.0020.0040.006ω0.0080.010.012

由上图可知：

碱浓度较低时，碱与原油反应生成的活性物质少,不利于乳状液的稳定。乳状液失水量大，USI值大。随着碱浓度的增加，生成的活性物质增多，乳状液稳定，失水量减少，USI值随之变小。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。

由USI-ω关系曲线可以看出来，使原油乳化的最佳碱质量分数范围在0.05%到0.1%左右。

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。

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石油酸，因此要求碱驱油层的原油中有足够高的酸值。当原油的酸值小于0.2mg/g时，油层不适宜进行碱驱，不能产生足够的表面活性剂，不利于乳化作用的进行。

3. 综述水包油乳状液的形成与稳定性在碱驱中的作用。

答：碱（例如NaOH）可与原油中的酸性成份（例如环烷酸）反应，生成表面活性物质：

CH3(CH2)nCOOH+NaOHCH3(CH2)nCOONa+H O2

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乳状油液的形成为前提条件的。

七．实验总结

通过本次实验，我观察到了碱与原油混合后的乳化现象；知道了使原油乳化的最佳碱质量分数范围在0.05%到0.1%左右；理解了碱在原油乳化中的作用以及在不同碱浓度下对原油乳化作用的影响。这次实验锻炼了我的动手能力和团队协作能力，谢谢老师的指导！

（注：我并没有解积分式子，就直接做出图之后数格子求的面积）

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/xr7g.html