石工11级01.doc

中国石油大学 油田化学 实验报告
实验日期： 2014.03.24 成绩：
班级： 石工11-1班 学号： 11021030 姓名： 教师： 孙老师
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：

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:
(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。
（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）不稳定系数按式6-2求出:
（6-2）

分出水的体积随时间变化的数据记录纸
ω(NaOH）
0
1.0×10-4
2.5×10-4
5.0×10-4
1.0×10-3
5.0×10-3
1.0×10-2
时间及
分出水
的体积
t/min
V/mL
t/min
V/mL
t/min
V/mL
t/min
V/mL
t/min
V/mL
t/min
V/mL
t/min
V/mL
0
0
2.15
0
5
0
7.2
0
9.08
0
12.35
0
14
0
1'30
1.0
3.45
0.8
8
0.1
10.5
0.2
15
0.4
16.20
0.4
17
2.2
3'00
3.0
5.15
1.6
11
0.2
15.5
0.3
18
0.6
19
0.4
19
3.0
4'30
4.0
6.45
2.4
14
0.3
20.5
0.4
21
0.8
21
0.8
21
3.4
6'00
4.5
8.15
3.0
20
0.5
25.5
0.5
24
1.1
24
1.6
24
3.6
7'30
4.8
9.45
3.2
26
0.8
30.5
0.6
27
1.4
27
2.1
27
3.8
9'00
5.0
11.15
3.5
32
1.0
35.5
0.8
30
1.6
30
2.4
30
4.0
10'30
5.0
12.45
3.7
38
1.3
40.5
1.0
35
1.8
33
2.6
33
4.1
12'00
5.0
14.15
4.0

40
2.1
36
2.8
36
4.2

15.45
4.3

39
3
39
4.2

17.15
4.4

44
4.2

18.45
4.6

　20.15
4.6

USL/mL

①以ω(NaOH)=0时为例进行分析：
根据数据在网格纸上做出此浓度下V与t的关系得下图（图一）

利用上图，用数格子的办法可得曲线覆盖面积S=46×1=46

同理，求得其他碱浓度下的V-t曲线及USI值：
②当ω(NaOH)=10-4时

可得曲线覆盖面积S=55×1=55

③当ω(NaOH)=2.5*10-4时

可得曲线覆盖面积S=18×0.5×2=18

④当ω(NaOH)=5*10-4时

图四曲线覆盖面积S=38×0.2×2=15.2，
所以

⑤当ω(NaOH)=1*10-3时

可得曲线覆盖面积S=33×0.5×2=33

⑥当ω(NaOH)= 5*10-3时

可得曲线覆盖面积S=22×1×2=44

⑦当ω(NaOH)=1*10-2时

可得曲线覆盖面积S=1×2×55=110

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USI—ω(NaOH)关系表

USI—ω(NaOH)关系表
ω(NaOH)
0
1×10-4
2.5×10-4
5×10-4
1×10-3
5×10-3
1×10-2
USI/mL
3.83
3.06
0.54
0.51
1.06
1.63
4.07

从而求得USI—ω(NaOH)的关系曲线

由图八可知，NaOH的适宜浓度为2.5×10-4~1.0×10-3mol/l之间，如果实验偏差不大，最适宜的浓度为5×10-4mol/l。在总体趋势上，USI随着ω(NaOH)增大先逐渐减小，减小到0后又开始随着ω(NaOH)增加而逐渐增大。
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，稳定性较好。在当碱浓度较低时，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：（1）当碱浓度低时,碱与原油反应生成的活性物质少,不利于乳状液的稳定。
（2）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：原油酸值过低将不能生成足够的表面活性物质，通常酸值小于一定值时，其中的石油酸会较少，乳化作用不明显。
当然也不是原油的酸值越高越好，而是要求石油酸与碱反应生成的物质是表面活性物质，因此原油具有一定的酸值是进行碱驱的必要条件，而不是充分条件
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。原油中的石油酸与碱反应生成了表面活性物质，这些表面活性物质大量的吸附在石油小液滴表面，而这些小液滴分散于水中便会形成了水包油的乳状液。水包油的乳状液越稳定则碱驱的效果会越好。

七.总结
本实验需要多人协同工作，锻炼了我们的团结工作的能力，实验中我们掌握了碱在原油中乳化的作用效果，直观地知道了碱在原油中的作用，最后感谢老师的耐心讲解与悉心指导。