碱在原油乳化中的作用

中国石油大学（华东）油田化学实验报告
实验日期： 2015.04.17 成绩：
班级： 石工12- 学号： 12021356 姓名： 善人 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：
CH 3
(CH 2)n COOH
+NaOH
CH 3(CH 2)n COONa
+
H O 2
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:
()t
dt t V USI ⎰=
t
0 (6-1)
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10支，分别加入质量分数为0.0、1.0×10-4、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。

表一分出水的体积随时间变化的原始记录表
将表一的分钟（min ）化为秒（s ），将初始时间设为0，整理得表二：
① 第一组ω(NaOH)=0
根据数据在网格纸上做出此浓度下V 与t 的关系，得图一
图一 ω（NaOH ）=0
对图中趋势线方程进行积分，得：
921
.3600
）0.4875 - 0.0259x 05x2-4E - 08x3-3E 12x4-7E -（USI 600
=++=⎰
dx
② 第二组ω(NaOH)= 1*10-4
图二 ω（NaOH ）=1*10
-4
对图中趋势线方程进行积分，得：
110
.31260
d ）1.9973 0.0156x - 05x2-4E 08x3-3E - 12x4-5E （USI 1260
=++=⎰
x
③ 第三组ω(NaOH)= 2.5*10-4
图三 ω（NaOH ）=2.5*10
-4
对图中趋势线方程进行积分，得：
263
.01800
d ）0.0083 0.0004x - 06x2-1E 10x3-9E - 13x4-2E （USI 1800
=++=⎰
x
④ 第四组ω(NaOH)= 5*10-4
图四 ω（NaOH ）=5*10
-4
对图中趋势线方程进行积分，得：
152
.01800
d ）0.0059 - 0.0002x 07x2-8E - 10x3-9E 13x4-2E - （USI 1800
=++=⎰
x
⑤ 第五组ω(NaOH)= 1*10-3
图五 ω（NaOH ）=1*10
-3
对图中趋势线方程进行积分，得：
000384
.01800
d ）0.0001 06x -8E 08x2-6E - 11x3-8E 14x4-3E - （USI 1800
=+++=
⎰
x
⑥ 第六组ω(NaOH)= 5*10-3
图六 ω（NaOH ）=5*10
-3
对图中趋势线方程进行积分，得：
2442.01800
d ）0.0192 05x -2E - 07x2-3E （USI 1800
=+=
⎰
x
⑦ 第七组ω(NaOH)= 1*10-2
图七 ω（NaOH ）=1*10
-2
对图中趋势线方程进行积分，得：
2822.01800
d ）0.0958 0.0015x 07x2-1E - （USI 1800
=++=
⎰
x
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。

由上可得表三USI —ω(NaOH)关系表
从而求得USI
—ω(NaOH)的关系曲线
规律：在总体趋势上，USI 随着ω(NaOH)增大先逐渐减小，减小到一定值（接近0）后又开始随着ω(NaOH)增加而逐渐增大。

USI 最小值应该在ω(NaOH)=5*10-4与ω(NaOH)=1*10-3附近，即为原油乳化的最佳碱质量分数范围。

规律解释：碱对原油形成水包油乳状液的影响是通过碱与原油中的酸性物质反应生成表面活性物质，通过表面活性物质来促使原油形成稳定乳状液的。

在当碱浓度较低时(ω(NaOH)< 2.5*10-4），生成的表面活性物质比较少，不利于乳状液的稳定，故USI 较大。

随着ω(NaOH)逐渐增加，生成的表面活性物质逐渐增大，所以生成的乳状液逐渐稳定，USI 随之减小。

继续增大碱浓度时，过量的碱可以与原油中碳链较长的原油反应生成亲油表面活性物质，这些表面活性物质抵消了之前生成的表面活性物质产生的作用，不利于乳状液的稳定；另外，过量的碱还具有盐的作用，将破坏乳状液的稳定，所以USI 值开始增大。

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：若碱的质量分数过低，则生成的表面活性物质过少，不能将全部的油乳化，故不能形成稳定乳状液；若质量分数过高，过量的碱可与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。

2. 原油酸值的高低对碱与原油的乳化作用有何影响?
答：原油酸值过低将不能生成足够的表面活性物质，乳化作用不明显。

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。

七.实验总结
通过本次实验，观察了碱与原油混合后的乳化现象，学会了用不稳定系数法确定使原油乳化的最佳碱浓度范围，收获很大。

最后感谢孙老师的详细讲解和悉心指导。