不同结晶条件对含蜡原油微观结构的影响研究

2015-08-15刘坤中国石油大学胜利学院油气工程学院山东东营257097

化工管理 2015年36期

刘坤(中国石油大学胜利学院油气工程学院，山东东营257097)

1 概述

含蜡原油中影响蜡结晶的因素有很多[1]，包括热历史、剪切历史、降温速率、原油组成等。在不同的结晶条件下，即使同一种原油所形成的蜡晶形态结构依然差别很大，从而导致含蜡原油的低温流动性不同。因此研究不同结晶条件对含蜡原油微观结构的影响显得至关重要。

2 含蜡原油微观结构的影响因素分析

2.1 降温速率的影响

在含蜡原油冷却过程中，降温速率不同，蜡的溶解度下降快慢不同，晶核数目的生成速度和蜡晶体积的生长速度也就不同[2]，从而导致蜡晶结构的形态各异，相应地，原油的低温流变性差异很大。

通过显微镜观察发现不同降温速率下形成的蜡晶颗粒形态、分散度及均匀程度都有很大差别：慢速降温时析出的蜡晶多为棒状，并且颗粒较大，粒径分布较宽，团聚化程度较高；快速降温时形成的蜡晶颗粒多为粒状，形状较为规则，颗粒数量多，且在视场中的分布更为分散。

究其原因，在较小的降温速率下，蜡的溶解度下降缓慢，晶核的生成速度很小而晶体的生长速度则相对较大，且胶质、沥青质有充分的时间与蜡晶共晶、吸附，这样形成的蜡晶数目少，而蜡晶体积大，蜡晶表面的连接点较多，造成蜡晶颗粒之间作用力较强，使最终形成的结构致密，启动屈服应力较大；但在较大降温速率下，蜡的溶解度下降很快，晶核的生成速度要比晶体的生长速度快的多，在相同的降温区间下，蜡晶之间的结合机会较小，胶质、沥青质来不及与蜡晶充分作用，导致形成众多的细小蜡晶，形状较规则，边缘光滑，连接点少，作用力较弱，因此原油的屈服应力也较小。可见降温速率也是通过改变蜡晶参数来影响原油流变性的。

2.2 静置时间的影响

经历一定历史条件的原油体系中蜡晶已达到一定的浓度，在静置时，由于蜡晶的生长、重结晶、以及蜡晶之间的相互吸引作用，会导致原油的蜡晶网络结构发生改变，进而影响原油的流变性。

将原油静态降温至某一温度，在静置过程中发现蜡晶各个参数值都随静置时间的延长而变化，前几分钟变化剧烈，之后就趋于平缓。蜡晶颗粒个数先有小幅上升，之后就平稳下降，变化幅度不大。蜡晶颗粒的平均粒径有所增加，粒径分布变宽，颗粒的团聚化程度加剧。

对经历不同降温速率的原油而言，蜡晶各参数随静置时间的变化规律是一致的，先变化剧烈，最后逐渐趋于稳定，但在相同的温度下，经历不同降温速率冷却的原油在长时间的静置达到平衡后，所对应的蜡晶各参数数值大小依然相差很大，前面我们已经讨论了降温速率对析蜡的影响，说明这种偏差受恒温静置前历史条件的影响。

2.3 加热温度的影响

原油加热时石蜡溶解，胶质-沥青质游离分散，为低温下重新结晶并形成流变体结构创造必要的提前条件。当以一定的降温速率和降温方式进行冷却时，由于胶质-沥青质的作用，会改变蜡晶的形态和结构，最终改善含蜡原油的低温流动性。由于加热温度的不同，原油低温流变性改善的效果也就不同。

在不同的热处理温度下，原油静态降温至某一温度时的蜡晶参数差别较大。这是因为在析蜡点以上的温度对原油进行热处理时，胶质、沥青质充分游离分散，石蜡几乎全部溶解。析蜡点以后，蜡晶逐渐析出。由于开始时蜡晶颗粒较少，间隙较大，分子间总的力表现为排斥力，随着温度的进一步降低，蜡晶不断增多，近距离的蜡晶由于范德华力而聚集生长，逐渐形成网络结构的雏形。由于高温预热时蜡晶颗粒有足够的生长时间，所以蜡晶的粒径较大，呈团聚态，整个视场中游离的液态原油相对较多，因而流变性较好。

可见，加热温度不同形成的蜡晶形态结构差异较大，对原油宏观流变性的改性效果也不同。

2.4 添加降凝剂的影响

添加降凝剂输送作为一种相对简单、有效的方法，逐渐成为主要的含蜡原油改性输送技术。国内外学者普遍认为[3]，降凝剂改变了蜡晶的大小、形态和聚集程度从而使原油流动性变好，改变了蜡晶的表面性质，防止蜡晶形成网状结构。

通过实验发现未加降凝剂的空白油析出的蜡晶较为分散，颗粒体孤立存在，呈不规则的棒状或粒状，颗粒尺寸较小，而加剂油中的蜡晶由单个的棒状变为多孔松散状的蜡晶聚集体，颗粒个数明显变少，颗粒尺寸较大，呈团簇状分布，网络孔隙较大，降低了蜡晶的有效体积浓度，减弱蜡晶聚集体进一步形成空间网络结构的趋势，达到了改善体系流动性的效果。