实验四 碱在原油中的乳化作用

图像说明：NaOH 浓度为 0.001 和 0.0005 的曲线近似故几乎重合。
分别对各浓度下的 NaOH 乳化作用中，分出水体积随时间的变化曲线进行拟 合：
0.01：
时间（s）
通过软件拟合得到 NaOH 浓度为 0.01 时，其表达式 V（t） ： 2 3 V=-0.24517+0.00649 t-3.47357E-6t +6.54645E-10 t 则： USI=
中国石油大学（油田化学）实验报告
实验日期： 2010·10·14 班级： 应 1 姓名：PDJ 同组者 教师： 成绩：
实验四
一、 实验目的
碱在原油乳化中的作用
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 都是以水包乳状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：
t 0 V(t)dt
t
=
−8.98918E −4t+2.1395E −6 t2+2.82303 E −8 t3−9.50637 E −12 t4 |01800 1800
=0.0389
0.0001:
通过软件拟合得到 NaOH 浓度为 0.0001 时，其表达式 V（t） ： 2 3 V=-0.30785+0.00542 t-2.82465E-6 t +7.41805E-10 t 则： USI=
t 0 V(t)dt
t
=
−0.04412 t+8.57724 E −5 t2+3.04711 E −6 t3−1.19887 E −9 t4 |01800 1800
=2.9911
0.001:
通过软件拟合得到 NaOH 浓度为 0.001 时，其表达式 V（t） ： 2 3 V =-2.72858E-4-4.23521E-6 t+2.17956E-8 t -5.80622E-12t 则： USI=
900 1080 1260 1440 1850 2.65 2.9 3.2 3.3 3.4 900 1080 1260 1440 1800
3.3622
v(ml) 0.001 t(s) v(ml) 0.0005 t(s) v(ml) 0.0001 0 t(s) v(ml) t(s) v(ml)
2.9911 1.2 1.8 2.2 2.4 2.7 3 720 900 1080 1260 1440 1800 0.0288 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.03
0.01 0.01 0.02 0.02 0.03 0.03 0.04
60 120 0.15 0.25
6 5 4 分出水体积ml 3 2 1 0 0 -1 500 1000 时间 s 1500 2000 0.01 0.008 0.005 0.001 0.0005 0.0001 0
图1
NaOH 各浓度下乳化液随时间分出水的体积变化图
t 0 V(t)dt
t
=
−0.24517 t+0.003245 t2−1.157857 E −6t3+1.6366 E −10 t4 |01800 1800
=3.0195
0.008：
通过软件拟合得到 NaOH 浓度为 0.008 时，其表达式 V（t） ： 2 3 V =-0.01917+0.00141 t+5.20071E-6 t -4.98056E-9 t +1.24216E-12 t4 则： USI=
四、实验步骤
1、 取 10ml 具塞刻度试管 7 支， 分别加入 0.01、 0.008、 0.005、 0.001、 0.0005、 0.0001 的氢氧化钠溶液 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、将震动后的试管立即垂直放置在试管架上，同时开始计时，并每隔 30min 记录一次试管中分出水的体积（若分出水的速度较快，每隔 1min 记录一次） ，共 记录 30min。
图2
NaOH 各浓度下的不稳定系数图
由图像可以看出，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。
六、 思考题
1、 为什么碱质量分数过高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。 2、 原油酸值的高低对碱与原油的乳化作用有何影响？ 答： 因为碱在原油中的乳化作用是通过碱同原油中的石油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，若原油酸值过高，生 成的这种亲油的活性物质过多不利于水包油乳状液的稳定； 若原油酸值过低， 生成的这种亲油的活性物质太少也不利于水包油乳状液的稳定。 3、 综述水包油乳状液的形成与稳定性在碱驱中的作用。 答：水包油降低了油水界面张力，增加了水的流动阻力，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；恢复了岩石表面原来 的亲水性，使岩石表面从油湿反转为水湿，提高了洗油效率。
720 720 2.5 240 1.4 900 900 2.85 300 1800 3.1 330 3.8 3.55 3.75 390 4.4 540 4.9 4.8 1800 5
0.0389 4.6225 25.0669
五、实验数据处理
表1
ѡ%(NaOH)
分出水体积随时间变化记录表
1 t(s) v(ml) t(s) v(ml) t(s) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2
3
4 210 0.8 540 1.65 540 0.6 540 0 540 540 2.2 180 0.6
5 270 1.2 720 2.2 720
t 0 V(t)dt
t
=
−0.50153 t+0.00958 t2+2.56926E −6 t3 |01800 1800
=25.0669
NaOH各浓度下的不稳定系数
30 25 20 15 10 5 0 0 -5 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012
NaOH各浓度下的不稳定 系数
6 390 1.85
7 510 2.4
8 930 3.4
9
10
USI/mL
0.01 0.008 0.005
100 150 0.25 0.55 180 0.35 180 0.09 180 0 180 0 180 0.1 360 0.9 360 0.2 360 0 360 0 360 1.3
1410 1830 3.0195 3.7 4.05
t 0 V(t)dt
t
=
−2.72858 E −4t −4.23521 E −6 t2+2.17956 E −8 t3−5.80622 E −12t4 |01800 1800
=0.0288
0.0005:
通过软件拟合得到 NaOH 浓度为 0.0005 时，其表达式 V（t） ： 2 3 V =-8.98918E-4+2.1395E-6 t+2.82303E-8 t -9.50637E-12 t 则： USI=
t 0 V(t)dt
t
=
−0.30785 t+0.00542 t2−2.82465 E −6 t3+7.41805 E −10 t4 |01800 1800
=4.6225
0:
通过软件拟合得到 NaOH 浓度为 0 时，其表达式 V（t） ： 2 Y =-0.50153+0.00958 t+2.56926E-6 t 则： USI=
t
USI= 0 式中：
V(t)dt t
USI——不稳定系数，ml V（t）——乳化体系分成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，乳化液的稳定性越好。
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
t 0 V(t)dt
t
=
−0.01917 t+0.00141 t2+5.20071 E −6 t3−4.98056 E −9 t4+1.24216 E −12 t5 |01800 1800
=3.3622
0.005:
通过软件拟合得到 NaOH 浓度为 0.005 时，其表达式 V（t） ： 2 3 V =-0.04412+8.57724E-5 t+3.04711E-6 t -1.19887E-9 t 则： USI=