导读：原油乳状液破乳机理及影响因素研究，[摘要]由于原油乳状液的形成及稳定性的因素复杂,以及影响原油乳状液破乳的因素众多，油乳状液的破乳机理各异,主要有顶替或置换、反相作用、絮凝-聚结、膜排液、膜击破、，离子作用、褶皱变形机理，又由于原油乳状液的稳定与破乳是一对矛盾,影响乳状液稳定的因素也会影，响乳状液的破乳;但从影响破乳剂对原油乳状液破乳的因素来看,主要有原油乳状液的性质，研究原油乳状液的破乳机理。

　　[摘要]由于原油乳状液的形成及稳定性的因素复杂,以及影响原油乳状液破乳的因素众多,因而研究原

　　油乳状液的破乳机理各异,主要有顶替或置换、反相作用、絮凝-聚结、膜排液、膜击破、润湿增溶、反

　　离子作用、褶皱变形机理。又由于原油乳状液的稳定与破乳是一对矛盾,影响乳状液稳定的因素也会影

　　响乳状液的破乳;但从影响破乳剂对原油乳状液破乳的因素来看,主要有原油乳状液的性质、原油破乳

　　剂的性质和外界脱水条件。研究原油乳状液的破乳机理及影响因素,目的是为不同的原油乳状液的破乳

　　方法提供参考依据。

　　原油乳状液的稳定性主要取决于油水界面膜[1,2]。原油中的天然乳化剂或开采时加入的表面活性剂吸附在油水界面,形成具有一定强度的粘弹性膜,给乳滴聚结造成了动力学障碍,使原油乳状液具有了稳定性。原油中的成膜物质主要有沥青质、胶质、树脂类物质、油溶性有机酸(如环烷酸)、晶态石蜡、微型碳酸盐、硅石、粘土等。这类物质含量超高,原油乳状液就越稳定。现在的问题是如何打破原油乳状液的这种稳定性,实现破乳脱水[3~5]。

　　原油乳状液破乳实质是使破乳剂吸附到油-水界面,将原有乳化剂(皂、胶质等)从油-水界面顶替下来,但并不形成牢固的保护膜,从而破坏保护层,分散相相互靠近并聚结变大,最终实现了油水分离。因此,影响原油乳状液稳定性的因素以及破坏油-水界面的因素均影响破乳剂的破乳效果,这些因素包括原油的物性、产出液中化学添加剂的种类以及破乳剂的种类、用量、使用温度等。

　　下面从理论上对原油乳状液的破乳机理及影响因素进行研究,以期为不同的原油乳状液的破乳方法提供参考依据。

　　1原油乳状液的破乳机理

　　直到如今,由于原油乳状液的形成及稳定性的因素复杂,以及影响原油乳状液破乳的因素众多,以致原油乳状液破乳的机理[3~6]没有完全弄清楚。从现有的原油乳状液破乳脱水方法来(如沉降分离法、

　　[7,8]电脱水法、润湿聚结法、化学破乳法等),化学破乳法

　　下面就从化学破乳法来研究原油乳状液的破乳机理。是普遍采用的一种原油乳状液破乳脱水手段。

　　11化学破乳法

　　化学破乳法是向原油乳状液中添加化学破乳剂,破坏原油的乳化状态,使油水分离。原油乳状液中加入破乳剂后,使界面张力减小,界面压缩性增大。因为破乳剂比沥青质有更高的表面活性,能取代界面上的沥青质,形成易破的界面膜。试验表明,破乳剂的用量和原油中沥青质的含量成正比,增大破乳剂用量一般能加快原油乳状液的破乳;但如果破乳剂用量太多,乳状液破乳后可能反乳化。事实上,破乳剂的用量远比取代所有沥青质所需的量少,因为沥青质结构被部分取代到一定程度时,水滴就开始聚结。原油乳状液和破乳剂接触的条件对相分离也有影响,一般认为,搅拌得越好,脱水效果越好;但脱??

　　水后如果继续搅拌,有可能会发生二次乳化。因此,作为化学破乳法的辅助手段,搅拌应适度掌握。

　　在化学破乳法过程中,所有吸附在油-水界面上的表面活性物质(包括原油乳状液中的天然表面活性物质和破乳剂)将会达到一个平衡,同时界面将表现出波动的特征。若原油乳状液向老化过程转化,则原油中的表面活性剂能充分吸附到油-水界面上,使体系变得更稳定。老化的原油乳状液在与破乳剂混合时液滴增长较慢,油水不容易分离。只有增大破乳剂浓度和混合时间,才能加快油水分离的速度。在加破乳剂后若能优化混合条件,则能够更快加速油水分离。

　　1??2??破乳剂破乳机理

　　近年来,已有许多科技人员对原油破乳剂的作用机理进行了研究探讨,但由于原油的不透明性和原油组分的多变性,需要考虑的因素实在很多,而且绝大部分的因素是不可控制的,所以无法用简洁的数学方法来解决一般性的问题。尽管如此,人们在长期的油田实践中,还是积累了一些经验,并由此得出了一些规律性的认识。综合相关文献资料[3~11],笔者归纳出几种原油破乳剂的破乳机理。

　　1)顶替或置换机理??认为破乳剂比乳状液的成膜物质具有更高的表面活性,所以能够优先吸附到油-水界面并将原有成膜物质顶替或置换出来,新形成的膜具有较小的稳定性,从而促进了原油的破乳。

　　2)反相作用机理??认为原油中的成膜物质都倾向于稳定油包水型乳状液,破乳剂的作用是充当水包油型乳化剂,破乳剂在使油包水型乳状液转相的瞬间,水由于受重力的作用而脱出。

　　3)絮凝-聚结机理??认为分子量较大的破乳剂可将原油乳状液中的分散水滴群集在一起,形同鱼卵状,这一过程是一个可逆过程,称作絮凝作用。群集在一起的水滴再相互合并而聚结成大水滴后从原油乳状液中脱出。

　　4)膜排液机理??基于一种称作??平行平面乳化液膜??的模型。当两个液滴(如水滴)相互碰撞时,两个液滴均发生变形并在液滴间形成平行的接触平面。液滴的聚结过程与平行液膜的变薄密切相关,当膜中的液体向周围流动而变薄时,液滴接触界面上的界面活性物质也被带走,这样每个液滴表面便形成了界面张力梯度;为了弥补流失的界面活性物质,液滴表面便形成了与平行液膜流向相反的界面流,从而阻止了液滴间的相互聚结。破乳剂的作用是吸附在界面上有效地消除界面张力梯度,从而促进聚结过程的完成。

　　由两个液滴界面形成的薄层排液的时间不仅由界面的粘度决定,而且也受界面张力梯度影响,而界面张力梯度是表面活性剂活性的象征。膜排液的速度是由界面膜所受的力决定。当两个液滴接近时,薄膜内的液体流出,从而薄膜变薄;由于液体的对流造成表面活性物质在界面上分布出现浓度梯度,从而引起界面张力梯度,形成与体相流出方向相反的力。液滴内部液体的界面张力与切向体积应力之和会与液体膜表面的切向体积应力平衡,从而减少膜表面的迁移率和膜变薄的速率。化学破乳是使界面膜变薄,破坏界面膜的稳定性的过程。破乳剂的主要作用是通过抑制界面张力梯度来提高膜排液的效率。破乳剂应该有足够的浓度和活性才能抑制界面张力梯度。油溶性破乳剂的界面活性受其在体相中的扩散过程以及在油-水界面的吸附障碍影响。表面活性物质溶解在分散相时界面膜变薄,是由于液滴内部液体的回流使表面活性物质很容易扩散到界面上,因此,在分散相溶解的表面活性物质很容易抑制表面浓度梯度和表面张力梯度。这一过程导致膜排液加速,使膜的寿命缩短。

　　5)膜击破机理??认为破乳剂碰撞液珠的界面膜,或代替很少一部分活性物质击破界面膜,使界面膜的稳定性大大降低,从而促进破乳。

　　6)润湿增溶机理??认为破乳剂对乳化膜有很强的溶解能力,从而破坏界面膜。破乳剂可以润湿成膜物质,这种润湿包括水湿和油湿,分别使成膜物质向水中或油中溶解,从而破坏界面膜。这类破乳剂也可被称作增溶剂。

　　7)反离子作用机理??破乳剂能中和油-水界面膜上的电荷,从而破坏受电荷保护的界面膜。

　　8)褶皱变形机理??针对具有双层或多层水圈的乳化液,认为液滴在加热搅拌和破乳剂的作用下,可以褶皱变形,此时液滴内部各层水圈相互连通而聚结,然后再与其他液滴相聚结而破乳。

　　2影响破乳剂对原油乳状液破乳的主要因素

　　破乳剂的破乳能力主要由2个因素决定:一是亲水亲油能力,另一个是破坏界面膜的能力[7,9,11]。而破乳剂的结构都将影响这两个因素。任何乳状液的稳定性都由界面膜的特性来决定。而膜的稳定性在很大程度上依赖于吸附-脱附热力学和表面活性物质的溶解性以及它的界面流变学特性。流变学特性是界面膜动力学性质的主要特性。界面膜有两个流变学特性??????表面切变和膨胀粘弹性。界面的膨胀粘弹性在乳状液的稳定性中起重要作用。

　　原油乳状液的稳定与破乳是一对矛盾,影响乳状液稳定的因素也会影响乳状液的破乳[3~5]。影响破乳剂对原油乳状液破乳的因素很多,归结起来笔者认为主要有3个因素:原油乳状液的性质,原油破乳剂的性质,外界脱水条件。

　　21原油乳状液的性质

　　原油及乳化水的物理化学特性是其形成乳状液稳定与否的根本所在[2,11~13]。原油及地层水的特性不同,界面膜的组成及机械强度也大不相同,而且利用化学、机械、热力的方法破坏界面膜的难易程度也不同。所以讨论影响原油乳状液的破乳因素,首先必须分析乳状液的组成和特性。

　　1)原油组成中的成膜物质??在原油乳状液形成过程中,成膜物质是形成乳状液的必要条件之一。在原油中,这些成膜物质主要有胶质、沥青质、固体石蜡、石油环烷酸皂及其他微量的粘土固体颗粒。这些物质在原油中含量越高,乳状液的稳定性就越好,尤其是胶质、沥青质、环烷酸皂活性物含量较高的原油,其形成的界面膜热稳定性强、机械强度高,乳状液的稳定性好,如中间基及环烷基原油所形成的乳状液。石蜡基原油含蜡量比较高,组成界面膜的主要成分是固体蜡晶。石蜡的凝固点通常比较高,在低温下原油中的石蜡多呈固体,能够稳定地存在于界面膜上;当温度高于蜡熔点以后,石蜡逐渐溶解,从界面膜上消失,使界面膜失去原有的机械强度和界面稳定性,乳状液即被破坏。所以,热力条件对由石蜡基原油所形成的乳状液的稳定性影响是很大的。

　　2)原油粘度??通常,高粘度原油形成的乳状液稳定性较好,比如重质油乳状液比稀油乳状液的稳定性好。主要原因是:重质油组分中沥青质、胶质及其他大分子的环烷化合物含量较高,尤其是沥青质含量较高,是天然的成膜物质;同时,连续相介质的粘度高,摩擦阻力大,较大程度上阻止了水滴之间的相互碰撞聚结,减缓了水珠的下沉速度。所以,降低原油粘度是破坏乳状液稳定性的方法之一。升高原油温度是常用的降粘方法,通常的化学破乳过程中常伴随加热过程,就是为了降低原油粘度,增强化学破乳的效果。

　　3)乳化水特性??原油中的含水主要来自地层水和注入水,地层水矿化度的高与低,直接影响乳化水的密度,矿化度高,水的密度大,使得油水的密度差大,易于沉降脱水;另外,对于高分散度原油乳状液,低含水的乳化原油,含盐量的变化对其乳状液的稳定性影响是很大的,增加含盐量有利于乳状液的破乳脱水。通过研究无机盐对油包水型乳状液稳定性的影响,发现溶于分散相(水相)的无机盐离子能显著降低原油乳状液的稳定性,盐度越高,稳定性降低程度越大;不同无机盐对原油乳状液稳定性影响的程度不尽相同。同时,通过研究无机盐离子对以环氧乙烷环氧丙烷为主体的嵌段共聚物破乳剂破乳效果的影响,发现盐对破乳效果的影响与盐对破乳剂水溶液浊点的影响有关。

　　4)乳状液中含水量及水珠粒径分布??原油乳状液中含水量的多少及水珠粒径分布的均匀程度也是影响其稳定性的重要因素之一。对于含水量高(大于35%)且水珠粒径分布不均匀的乳状液,稳定性较差,有利于原油破乳脱水;而对于含水低于10%且水珠粒径分布较均匀的乳状液,稳定性较强,破乳脱水较困难。

　　破乳剂的性质

　　破乳剂是影响原油乳状液稳定性的关键因素之一。一种性能良好的破乳剂,对乳状液界面膜的破坏应该是很有效的,具体体现在药剂的扩散吸附性、润湿成膜性、絮凝聚结性3个方面的能力[5,6,11,14]。如果有一种破乳剂在这3个方面均具有良好的性能[15],则这种破乳剂对乳化原油的稳定性影响是最大的,也就是对原油乳状液的破乳脱水效果是最好的。

　　外界条件

　　1)温度   温度是影响原油乳状液破乳的重要因素。原油乳状液温度升高,首先影响界面膜的稳定性,使有些固体颗粒脱离界面,降低了界面膜的机械强度,使乳状液稳定性降低;其次增加了油水分子的动能,降低了乳状液的粘度,增加了液滴间的相互碰撞次数,有利于水珠的聚结沉降。国内外的原油乳状液破乳脱水处理,无论是纯化学破乳脱水还是电化学破乳脱水,都要将原油乳状液的温度提高到一定值,才能达到较好的破乳脱水效果。

　　2)电场??高压电场对乳状液的破坏是很有效的。通常水分散相都有一定的矿化度,在电场作用下,每一滴水珠中的阴阳离子沿电场方向分布于两极,使无数水珠由球形变为橄榄形且定向排列,相邻水珠在电场力的作用下逐渐拉长、接触、聚结成大的水珠沉降,从而破坏了乳状液的稳定性。国内常用的现场脱水工艺一般为两段电化学脱水,即原油先经过一段化学脱水脱除原油中的大部分含水,使原油含水降至20%以下;再经过加热进入电脱水器,在高压电场和破乳剂的作用下,细小的水珠聚结成较大的水珠,并沉降分离,彻底脱除原油中的含水。另外,影响原油乳状液破乳的外界条件还有超声波、磁处理等等。