溢油凝油劑凝油特性測(cè)試方法研究

趙 月，于 達(dá)（.中國石油大學(xué)油氣管道輸送安全國家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 049；.城市油氣輸配技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 049）

溢油凝油劑凝油特性測(cè)試方法研究

趙 月1，于 達(dá)2
（1.中國石油大學(xué)油氣管道輸送安全國家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2.城市油氣輸配技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249）

針對(duì)國內(nèi)外凝油效果好的凝油劑，建立適用性、可靠性強(qiáng)的凝油特性測(cè)試方法，并自制了凝油擠壓器?；诖罅空{(diào)研、實(shí)驗(yàn)尋找可靠的測(cè)試凝油特性的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，測(cè)粘度方法不適用于凝油效果較好的情況，實(shí)際意義小。密度、抗剪切性、針入度、延度、粘彈性、屈服值、硬度指標(biāo)予以排除。之后，結(jié)合凝油劑凝油特性設(shè)計(jì)并制作了凝油擠壓器，凝油擠壓器測(cè)量的各凝油劑在不同劑油比下的凝油抗擠強(qiáng)度數(shù)值有一定規(guī)律性，可以表征凝油的抗擠特性，且可靠性、穩(wěn)定性好，適用性強(qiáng)。

溢油；凝油劑；凝油特性；測(cè)試方法

近年來，石油勘探、開發(fā)步入海洋時(shí)代，石油交通運(yùn)輸業(yè)迅猛發(fā)展，隨之而來的是溢油事故頻發(fā)［1］。目前，主要的溢油處理方法卻有著各種不足之處。現(xiàn)場焚燒會(huì)造成二次污染；生物修復(fù)法處理效果緩慢；機(jī)械方法處理后溢油殘留較多［2］。溢油處理使用較多的化學(xué)分散劑方法，有毒，且危害海底生態(tài)環(huán)境，存在著巨大隱患［4］。因此，迫切需要尋找環(huán)境友好、高效的溢油處理方法。凝油劑具有無毒、無污染、簡單、高效、易于回收等諸多優(yōu)點(diǎn)，在處理溢油事件上有著很大潛力［5］。目前凝油劑研發(fā)及生產(chǎn)雖已有一定規(guī)模，但實(shí)際應(yīng)用較少。主要是由于沒有統(tǒng)一、可靠的凝油劑凝油特性測(cè)試方法。而且，國內(nèi)外鮮有凝油特性的測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定。因此，有必要尋找適用于各種凝油劑，特別是對(duì)凝油效果好的凝油劑，尋找可靠性、適用性強(qiáng)的凝油特性測(cè)試方法。

1　測(cè)試方法分析

目前，普遍使用粘度作為凝油劑凝油特性測(cè)試指標(biāo)。但實(shí)際上，在凝油效果較好時(shí)，凝油粘度很大，往往會(huì)超出儀器測(cè)試范圍。凝油為固體狀態(tài)時(shí)也無法測(cè)量粘度。能夠進(jìn)行粘度測(cè)量基本上是凝油效果較差的情況，而這種情況測(cè)量的數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)際應(yīng)用意義不大，且粘度測(cè)量費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，不推薦粘度作為凝油特性測(cè)試指標(biāo)。

實(shí)際觀察可知，凝油與瀝青膠凝原油有相似之處，嘗試將瀝青和膠凝原油的測(cè)試方法應(yīng)用于凝油特性測(cè)試。嘗試使用瀝青測(cè)針入度的方法，試驗(yàn)表明，凝油是原油和凝油劑形成的不均勻物質(zhì)，會(huì)出現(xiàn)分散顆粒狀固體的情況，針入度數(shù)值重復(fù)測(cè)量結(jié)果偏差很大，無法得到準(zhǔn)確數(shù)值，無法作為凝油特性測(cè)試指標(biāo)［8］。通過試驗(yàn)嘗試膠凝原油的粘彈性、屈服值測(cè)量方法，使用旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)量，但旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)量精度過高，對(duì)于凝油劑顆粒較大，固體，顆粒狀固體等情況均無法進(jìn)行測(cè)量，凝油效果較好時(shí)粘度過大會(huì)超出測(cè)量范圍，因此無法進(jìn)行凝油粘彈性、屈服性測(cè)量。華東理工大學(xué)的姚重華通過自制儀器進(jìn)行了凝油的硬度測(cè)量，進(jìn)行了很簡單的測(cè)量，但測(cè)量數(shù)據(jù)少，無法判斷其對(duì)于各凝油劑凝油的適用性［3］。

2　實(shí)驗(yàn)參數(shù)及材料確定

2.1實(shí)驗(yàn)基本參數(shù)確定

實(shí)驗(yàn)使用IKA-WERKE攪拌器在燒杯中攪拌，以渤海為例，模擬水面運(yùn)動(dòng)對(duì)原油的剪切作用。水面的波浪表層攪拌系數(shù)BV約為0.02m2/s，海水密度近似取1 000kg/m3，則動(dòng)力粘度μ=20Pa·s。據(jù)調(diào)查，渤海海域各月涌浪高主要集中在0.3～2.2m之間，各月平均涌浪高在1.2m左右［4］。根據(jù)動(dòng)力粘度的定義計(jì)算得攪拌器轉(zhuǎn)速為600r/min。

2.2實(shí)驗(yàn)基本材料

選取渤海油田中旅大10-1原油為實(shí)驗(yàn)用油，旅大10-1油田所產(chǎn)原油為典型的普通環(huán)烷基重質(zhì)原油。

通過各種渠道在全世界范圍內(nèi)，收集到凝油劑總共13種。其中包括國內(nèi)6種，日本1種，美國環(huán)保署（EPA）國家應(yīng)急計(jì)劃產(chǎn)品中6種凝油劑。鑒于收集到凝油劑較多，質(zhì)量參差不齊。實(shí)際處理溢油選用凝油劑時(shí)，一定會(huì)選用凝油效果較好的，如果對(duì)全部13種凝油劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，工作量過大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，先進(jìn)行簡單的篩選實(shí)驗(yàn)，篩選出凝油效果較好的凝油劑。實(shí)驗(yàn)依據(jù)凝油的狀態(tài)，結(jié)塊情況、油塊大小、硬度、水層清澈度等篩選出凝油效果較好的5種凝油劑N1、N3、N9。

3　一種新的儀器及評(píng)價(jià)方法

3.1凝油擠壓器

凝油劑在不同劑油比下形成的凝油性質(zhì)差別很大，隨著劑油比的增加凝油狀態(tài)從流體到半固體到固體，并且所形成凝油為非均勻物質(zhì)，現(xiàn)有評(píng)測(cè)手段中很難找到適合的測(cè)量所有狀態(tài)凝油的方法。結(jié)合形成凝油的狀態(tài)性質(zhì)，自制了一臺(tái)凝油擠壓器。儀器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　凝油擠壓器結(jié)構(gòu)圖

3.1.1儀器簡介

儀器名稱：凝油擠壓器；儀器測(cè)量物理量名稱：凝油抗擠強(qiáng)度；儀器量程：0-10；儀器基本組成：托盤、活塞、活動(dòng)筒蓋、測(cè)量筒、底盤、網(wǎng)、砝碼。

3.2儀器測(cè)試及結(jié)果分析

3.2.1儀器測(cè)試實(shí)驗(yàn)步驟

① 將500mL的燒杯放在天平上，加入海水和原油；② 按照選定劑油比計(jì)算出放入凝油劑量，加入凝油劑；③ 用攪拌器進(jìn)行攪拌，600r/min，10min；④ 觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；⑤根據(jù)凝點(diǎn)測(cè)試國標(biāo)GB 510—1983，進(jìn)行凝油凝點(diǎn)測(cè)試，并記錄結(jié)果，凝點(diǎn)測(cè)試最高值為50℃；⑥ 靜置10min后，取出10g凝油，放入凝油擠壓器，凝油擠壓器托盤上加5.1kg的砝碼，保持30s，取下砝碼，刮下擠出的凝油，進(jìn)行稱重，記錄數(shù)據(jù)，重復(fù)三次取平均值。

3.2.2儀器測(cè)試實(shí)驗(yàn)步驟

①凝油擠壓器重復(fù)性

為了減小凝油擠壓器的隨機(jī)誤差，測(cè)三次取平均值。為了驗(yàn)證凝油擠壓器的重復(fù)性，以凝油劑N3為例，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果為平均方差0.102，具體見圖2帶誤差棒的旅大N3凝油抗擠強(qiáng)度曲線。

實(shí)驗(yàn)表明，按照正確的實(shí)驗(yàn)步驟操作，凝油抗擠強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)偏差一般在0.5以內(nèi)。隨著劑油比的變化得到的凝油抗擠強(qiáng)度數(shù)值有著明顯的區(qū)分度和很好的穩(wěn)定性，重復(fù)性好。

②凝油擠壓器凝油特性測(cè)試結(jié)果

實(shí)驗(yàn)測(cè)試了各凝油劑從劑油比為0直到凝油劑明顯過量的凝油抗擠強(qiáng)度數(shù)值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2～4所示。

圖3　N1凝油劑凝油抗擠強(qiáng)度曲線

由圖2～4可知，隨著劑油比的增加，凝油抗擠壓強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。凝油狀態(tài)變化為流體→半固體→塊狀固體→小顆粒狀固體?；旧?，凝油抗擠強(qiáng)度在小于4.5時(shí)，凝油為固體狀態(tài)，大于4.5時(shí)為流體狀態(tài)。

由圖2～4可知，不同凝油劑達(dá)到各個(gè)狀態(tài)的具體劑油比及凝油抗擠壓強(qiáng)度區(qū)間不同。N3凝油劑在劑油比為35%時(shí)即可達(dá)到固體狀態(tài)，且凝油抗擠強(qiáng)度小于3，在劑油比為55%～75%區(qū)間，達(dá)到凝油效果最好區(qū)域；凝油劑N1在劑油比為55%時(shí)即可達(dá)到固體狀態(tài)，凝油抗擠強(qiáng)度小于1.5，但N1由于凝油劑本身較硬，導(dǎo)致凝油抗擠強(qiáng)度較低，在劑油比為90%時(shí)達(dá)到凝油效果最好區(qū)域；N4凝油劑在劑油比為55%時(shí)即可達(dá)到固體狀態(tài)，但是，形成固體很軟，在劑油比80%以上形成較硬固體，凝油抗擠強(qiáng)度小于4，在劑油比為85%時(shí)達(dá)到凝油效果最好區(qū)域；N8凝油劑在劑油比55%時(shí)達(dá)到固體狀態(tài)，凝油抗擠強(qiáng)度小于4.5，在劑油比為60%時(shí)達(dá)到凝油效果最好區(qū)域；N9凝油劑在劑油比為65%時(shí)達(dá)到固體狀態(tài)，凝油抗擠強(qiáng)度小于4.5，在劑油比為65%時(shí)達(dá)到凝油效果最好區(qū)域。

圖4　N8凝油劑凝油抗擠強(qiáng)度曲線

初步實(shí)驗(yàn)表明，凝油擠壓器對(duì)不同凝油劑在不同劑油比下呈現(xiàn)流動(dòng)、半流動(dòng)、半固體、固體、顆粒狀固體的凝油均能夠進(jìn)行測(cè)量，并且有著較好的區(qū)分度。凝油抗擠強(qiáng)度可體現(xiàn)各凝油劑的凝油抗擠特性，大致可指示各凝油劑呈現(xiàn)不同凝油狀態(tài)的劑油比區(qū)間。凝油抗擠強(qiáng)度數(shù)值與實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果對(duì)比表明，在凝油劑不過量的情況下，同一凝油劑不同劑油比下形成凝油的好壞與凝油抗擠強(qiáng)度數(shù)值相互對(duì)應(yīng)，凝油擠壓器得出的凝油抗擠強(qiáng)度數(shù)值越小，凝油劑與原油結(jié)合的凝油凝固效果越好，凝油抗擠強(qiáng)度數(shù)值可以表示凝油效果好壞。

4　結(jié)束語

1）通過對(duì)各種可能的凝油特性測(cè)試方法進(jìn)行調(diào)研、試驗(yàn)，結(jié)果表明：粘度指標(biāo)無法測(cè)量凝油效果較好的情況，實(shí)際意義不大；密度、抗剪切性、針入度、延度、粘彈性、屈服值、硬度指標(biāo)由于各方面原因不宜作為凝油特性測(cè)試指標(biāo)。

2）根據(jù)不同情況下凝油特性設(shè)計(jì)制作了凝油擠壓器，凝油擠壓器可以對(duì)不同凝油劑不同條件下制備的凝油進(jìn)行測(cè)量，適用性強(qiáng)，可靠性、穩(wěn)定性好，可以表征凝油的抗擠特性。在凝油劑不過量的情況下，同一凝油劑不同劑油比下凝油擠壓器得出的凝油抗擠強(qiáng)度數(shù)值越小，凝油劑與原油結(jié)合的凝油凝固效果越好。

根據(jù)本文研究結(jié)果可以對(duì)凝油劑的凝油特性進(jìn)行深入的研究，有助于凝油劑標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，有助于凝油劑的研發(fā)、對(duì)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)研究。

［1］ 桂客.海上溢油污染的危害及防治措施［J］.環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2011，31（11）：56-58.

［2］ 周志國，馬傳軍，楊洋洋.海上溢油處置技術(shù)研究進(jìn)展［J］.安全、健康和環(huán)境，2013（4）：34-37.

［3］ 姚重華，蘇克曼.山梨醇型凝油劑的制備與性能［J］.上海環(huán)境科學(xué)，1993，12（11）：24-25.

［4］ 楊永增，喬方利，夏長水，等.海浪對(duì)海洋上層的動(dòng)量與混合作用分析［J］.海洋科學(xué)進(jìn)展，2003（4）：363-368.

Pour Oil Condensate Oil Spill Characteristics Test Methods

Zhao Yue，Yu Da

According to good effect at home and abroad condensate oil condensate oil，establish applicability，high reliability characteristics of the test method condensate oil，condensate and oil made the extruder. Based on extensive research and experiments to find a reliable test method for pour point oil properties. Experimental results show that the viscosity measurement method does not apply to pour oil better situation，little practical significance. Density，shear resistance，penetration，ductility，viscoelasticity，yield value，hardness index be excluded. After that，combined with condensate oil condensate oil properties designed and fabricated extruder condensate oil，condensate oil condensate oil squeeze each measured at different solvent to oil ratio of condensate oil collapse resistance value of a certain regularity，can be characterized anticoagulant properties of the oil squeeze and reliability，good stability，suitable Strong.

oil spill； gelling agent；pour oil properties；test methods

TQ421

B

1003-6490（2016）05-0039-02

2016-05-10

趙月（1993—），女，河北定州人，碩士在讀，主要研究方向?yàn)楹Ｑ笪廴痉乐?、長距離管道輸送方向的研究。