原油乳状液及化学破乳剂
7.1乳状液的基本知识 ....................................................................... 2 7.1.1乳状液的基本概念 .............................................................. 2 7.1.2乳状液的性质 ...................................................................... 6 7.1.3乳状液的稳定性理论 .......................................................... 8 7.2原油乳状液及其性质 .................................................................10 7.2.1原油乳状液的生成及危害 ................................................10 7.2.2原油乳状液的性质 ............................................................14 7.2.3影响原油乳状液稳定性的因素 ........................................16 7.3乳状液在油井施工中的应用 .....................................................16 7.3.1乳化钻井完井液 ................................................................17 7.3.2乳化酸 ................................................................................17 7.3.3乳化压裂液 ........................................................................18 7.3.4稠油乳化降粘开采 ............................................................18 7.3.5微乳液的应用 ....................................................................18 7.4原油脱水方法和原理 .................................................................19 7.4.1沉降分离 ............................................................................20 7.4.2电脱水法 ............................................................................21 7.4.3润湿聚结脱水法 ................................................................22 7.4.4化学破乳法 ........................................................................22 7.5原油破乳剂及其评价方法 .........................................................23 7.5.1原油破乳剂发展简况 ........................................................23 7.5.2原油破乳剂的分类 ............................................................24 7.5.3常用的W/O型原油破乳剂 ..............................................25 7.5.4常见的O/W型原油乳状液破乳剂 ..................................30
7.5.5破乳剂的评价指标 ............................................................32 7.6原油破乳剂的协同效应 .............................................................34 7.6.1破如剂的基本特性 ............................................................34 7.6.2破乳剂的复配方式及性能 ................................................34 7.6.3破乳剂复配使用的原则 ....................................................36 7.7原油破乳剂作用机理 .................................................................37 7.7.1破乳过程 ............................................................................37 7.7.2几类常用原油破乳剂的作用机理 ....................................39 7.7.3破乳机理研究进展 ............................................................41 7.7.4破乳剂的选择 ....................................................................43 参考文献 ...........................................................................................45
世界各地的油田，几乎都要经历含水开发期，特别是采油速度快和采用注水进行强化开采的油田，其无水采油期短，油井见水早，原油含水率增长速度快。例如美国约有80%的原油含水。我国1983年以前，开发油田144个，综合含水达63.8%；1990年，全国油田原油含水达78%。但当原油含水率达50%~70%时，增长速度减慢，甚至较长时间地稳定下来。此时原油仍然稳定高产，油田的大部分储量在这一阶段被采出。到开采后期，蒸汽驱、聚合物驱、表面活性剂驱和三元复合驱等强化采油技术的应用，驱油剂的存在导致原油乳状液含水量剧增，含水率可高达90%以上，但仍然能继续开采一段时间。因此可以认为，原油含水是油田生产的正常状态和普遍现象。 原油含水危害极大，不仅增加了储存、输送和炼制过程中设备的负荷，而且增加了升温时的燃料消耗，甚至因水中含有盐类而引起设备和管道的结垢或腐蚀，而排放的水由于含油也会造成环境的污染和原油的浪费。由于水几乎成为油田原油的“永远伴随者”，水的危害
又是如此之大，所以原油脱水就成为油田原油生产中一个不可缺少的环节，一直受到人们的重视。
本章主要介绍原油乳状液的成因及性质，乳状液的稳定性理论，破乳方法及化学破乳剂。
7.1乳状液的基本知识
7.1.1乳状液的基本概念 7.1.1.1乳状液的定义
乳状液是一种非均多相体系，其中至少有一种液体以液珠的形式均匀地分散于另一种与它不相混溶的液体之中，液珠的直径一般大于0.1μm，这种体系皆有一个最低的稳定度，此稳定度可因有表面活性剂或固体粉末的存在而大大增加，因此，在该体系中加入表面活性剂或某些固体粉末可使其具有一定的稳定性。我们把这种能使不相溶的油水两相发生乳化而形成稳定乳状液的物质叫做乳化剂，其大多是由亲水亲油基所组成的两亲结构表面活性剂。通常，把乳状液中以液珠形式存在的那一相称为分散相(内相或不连续相)，另一个相称为分散介质(外相或连续相)。因此，一般乳状液是由分散相、分散介质和乳化剂所组成。
7.1.1.2乳状液的生成条件
对于纯水和纯油无论怎样搅拌它们绝不会形成乳状液，因为这两种液体彼此强烈地排斥。要想制备稳定的乳状液，必须满足下述三个条件，缺一不可：
(1)存在着互不相溶的两相，通常为水相和油相。
(2)存在有一种乳化剂(通常是一类表面活性剂)，其作用是降低体系的界面张力，在其微珠的表面上形成薄膜或双电层以阻止微液珠的相互聚结，增加乳状液的稳定性。
(3)具备强烈的搅拌条件，增加体系的能量。 7.1.1.3乳状液的类型
常见的乳状液有两类，一类是以油为分散相，水为分散介质的称为水包油型(O/W)乳状液。另一类是以水为分散相，油为分散介质的称为油包水(W/O)型乳状液。根据“相体积”理论，当水油比相当时，即如果水相或者油相的体积占总体积的26%~74%时，将引起多重乳化现象。所谓多重乳状液是W/O和O/W两种类型同时存在的乳状液，即水相中可以有一个油珠，而此油珠中又含有一个水珠，因此可用W/O/W表示此种类型。同样，也存在O/W/O型乳状液。见图7-l。
图7-1乳状液的类型
7.1.1.4乳状液类型的鉴别方法
根据油包水(W/O)和水包油(O/W)乳状液的不同特点，可以鉴别乳状液的类型，但是，有时一种方法往往不能得出可靠的结论，可以多种方法并用。常用的方法有：
(1)稀释法
乳状液能与其外相(分散介质)液体相混溶，故能与乳状液混合的液体应与其外相相同。具体方法是：将两滴乳状液放在一块玻璃板上的两处，于其中一滴中加一滴水，另一滴中加一滴油，轻轻搅拌，若加水滴的能很好混合则为O/W型，反之则为W/O型。如牛奶可用水稀释而不能用植物油稀释，所以牛奶是O/W型乳状液。
(2)染色法
当乳状液外相被染色时整个乳状液都会显色，而内相染色时只有分散的液滴显色。将少量油溶性染料(如苏丹Ⅲ)加入乳状液中，若乳状液整体带色则为W/O型；若只是液珠带色，则为O/W型。用水溶性染料(如甲基蓝、甲基蓝亮蓝FCF等)进行试验，则情形相反。
(3)电导法
一般而言，油类的导电性差，而水的导电性好，故对乳状液进行电导测量，与水导电性相近的即为O/W型，与油导电性相近的为W/O型。但有的W/O型乳状液，内相(水)的比例很大，或油相中离子性乳化剂含量较多时也会有很好的导电性，因此，用电导法鉴别乳状液的类型不一定很可靠。
(4)荧光法
荧光染料一般都是油溶性的，在紫外光照射下会发产生颜色。在荧光显微镜下观察一滴加有荧光染料的乳状液可以鉴别乳状液的类型。倘若整个乳状液皆发荧光，为W/O型；若只有一部分发荧光为O/W型。
(5)滤纸润湿法
此法对于重油和水的乳状液适用, 因为二者对滤纸的润湿性不同，水在滤纸上有很好的润湿铺展性能。将一滴乳状液放在滤纸上，若液滴快速铺开，在中心留下一小滴油，则是O/W型，若不铺开，则为W/O型。
(6)粘度法
由于在乳状液中加入分散相后，其粘度一般都是上升的，利用这一特点也可以鉴别乳状液的类型。如果加入水，比较其前后粘度变化，则粘度上升的是W/O型乳状液，反之则为O/W型。
(7)折射率法