原油乳状液及化学破乳剂(6)

2020-04-21 07:41

构烷基侧链,分子中杂有各种含S、N、O的基团,有时还络合有Ni、V、Fe等金属。沥青质通常采用平均分子结构模式表示,当前广泛采用的结构示意图是晏德福提出的。

沥青质的可能结构式为:

胶质的可能结构式为:

形成乳状液的能量,就是油、水在管线、泵、阀及原油脱气时的搅动混合能。当搅动越剧烈,时间愈长,乳状液愈稳定。用显微镜观察可以发现原油乳状液“老化”情况。如油相中水滴大小不等、水滴光滑,是新鲜乳状液;如油相中水滴大小比较均匀,表面出现皱纹、是老化乳状液,乳状液在“老化”前破乳要容易得多。

尽管在油田发现大部分乳状液是很规则的油包水(W/O)型,但偶

尔也会发生反相,变成水包油(O/W)型。乳状液反相所需要的条件包括:①水的含量高;②水中含高价金属盐的量很低;③乳化剂主要存在于水相。

电荷对水包油乳状液的稳定性起着很大的作用。这些电荷只能存在于低导电性或低含盐量的水中。随着水中含盐量的增加,这种类型的乳状液变得不稳定,其原因是这种电荷能传递到油粒上去,并使它更易聚结。

7.2.1.3原油乳状液的危害

原油含水以后,其物理性质发生很大变化,对采油、油气集输、储存和炼油厂加工都会带来较大影响。具体表现在如下几个方面:

(1)增大了液流的体积,降低了设备和管道的有效利用率 原油含水,总液量大幅度增加,使采油和油气集输系统的管道和设备的有效利用率大幅度降低,特别是在高含水的情况下更为突出。

(2)增加了输送过程中的动力消耗

当原油与所含水呈“油包水”型乳状液状态存在时,最突出的是粘度比纯油显著增加,再加上水的密度比原油的大,这就使管道摩阻增加,油井井口回压上升,抽油机和输油泵动力消耗增加。

(3)增加了升温过程的燃料消耗

在油田原油集输、脱水和炼油厂加工处理过程中,往往要对原油加热升温,由于水的比热容为1,原油的比热容为0.45,所以燃料的消耗成倍增加。当原油含水率为30%时,燃料消耗增加一倍。特别是在原油集输过程中,一般要对原油反复加热升温,热能的消耗是非常大的。

(4)引起金属管道、设备的结垢和腐蚀

原油中所含的地层水都有一定的矿化度。当其中碳酸盐或硫酸盐

含量较高时,会在管道和设备的内壁富集,形成盐垢。久而久之,会使液流通道直径变小,甚至完全堵塞。当用管式炉加热这种含水原油时,会因结垢而影响热的传导,严重时会引起炉管式火筒过热变形、破裂。

当地层水中含有MgCl2、CaCl2、SrCl2、BaCl2时,会因水解产生HCl,引起金属管道和设备腐蚀变形、穿孔。

当原油中含有环烷酸等有机酸时,有机酸能和氯化物发生复分解反应,释放出HCl。特别是在原油中含有粉末状氧化铁(Fe2O3)时,Fe2O3对氯化物的水解和分解反应起催化作用,使金属的腐蚀加剧。

当原油中含有较多的硫化物时,由于水的存在,腐蚀速度会更快。因为硫化物受热发生分解,产生H2S,遇到水时,H2S与Fe反应生成FeS沉淀:

Fe + H2S → FeS↓+ H2↑ FeS + 2HCl → FeCl2 + H2S

这样交替反应的结果,腐蚀就会不断进行,使金属管道与设备穿孔损坏。

(5)对炼油厂加工过程的影响

原油炼制的第一个过程就是常压蒸馏,原油要被加热到350℃左右,因水的相对分子质量为18,原油蒸馏时气化部分的相对分子质量平均为200~250,这样一吨水气化后的体积比等质量的原油的气化体积大10多倍,会出现冲塔现象,使生产不正常,严重时可能导致停产。

由于上述种种原因,为了保证油田开发和炼油厂加工过程的正常进行,必须在油田对原油进行脱水处理,而且越快、越早、越彻底越好。

关于原油外输时对含水量的要求,各国的标准不同:我国目前规

定商品原油的含水率在0.5%以下,含盐量为50mg/L以下。美国外输原油允许含水<0.25%,含盐量平均<170mg/L;俄罗斯商品油含水要求在0.05%~2.0%(体积分数),含盐量<40 mg/L。 7.2.2原油乳状液的性质

原油和水在形成乳状液的过程中并不发生化学反应,故其化学性质仍然表现为原油和水的本来性质。但其物理性质的变化却是非常显著的,其电学性质也要发生变化,下面分别进行讨论。 7.2.2.1.原油乳状液的物理性质

(1)原油乳状液的颜色

纯净的原油因其组成不同有黄、红、绿、棕红、咖啡色等不同颜色之分,但对一般重质油而言,大多数外观呈黑色。然而,若将其制成0.5mm厚的薄层,则显棕红色或棕黄色。原油乳状液的外观颜色与含水量密切相关。含水量在10%左右时,颜色与纯原油接近,随含水量上升,呈现棕红色,当含水量达到30%~50%时,呈深棕色。

(2)密度

原油乳状液的密度是指单位体积内原油和水,以及所含的机械杂质和盐分的总质量。单位为kg/m3,其数值具有加合性。若已知乳状液水的体积分数为φ,原油和盐水的密度分别为ρO和ρW。则原油乳状液的密度ρ可按下式计算:

ρ=ρO(1-φ)+ρW·φ

(3)粘度

原油乳状液的粘度是指其本身所具有的内摩擦力,其数值比纯水和纯油大数十倍到数百倍,且不具有加合性。由于乳状液是多相体系,且每颗水珠都被界面膜包裹着,界面膜中的乳化剂和固体粉末对内对外都具有作用力,这种力的作用方向是杂乱无章的。因此,乳状液内摩擦力非常大,作为一个整体,宏观上就显示出很高的粘度。

研究表明,随着含水量的上升,原油乳状液的粘度大幅度增加。当含水率上升到50%~70%时,粘度达到峰值;此时,水不再都成为内相,部分水将游离出来,随着游离水的增加,W/O型的表观粘度急剧下降。此外,加热和加入破乳剂也使乳状液的粘度降低,因此,通过加热(物理法)和加入化学破乳剂可进行原油破乳,关于原油破乳方法和原理我们将在7.4节中讨论。

由于原油乳状液属非牛顿流体,故具有剪切稀释性。同时,粘度下降的幅度与乳状液中水的体积分数φ有关,φ越大,下降幅度越大。另外,某些原油乳状液还具有触变性和粘弹性。

(4)原油乳状液的凝固点

由于在一定的含水率范围内原油乳状液的粘度随含水率的上升而增加,粘度的上升使流动性能变差,故原油乳状液的凝固点也随含水率的上升而有所提高。

(5)原油乳状液的“老化”

乳状液的稳定性随着存放时间的延长而增加的现象称为乳状液的“老化”。老化现象的产生是由于乳状液存放时间长,乳化剂有充足的时间进行热对流和分子扩散,使界面膜增厚,结构更紧密,强度更高,乳化状态也就更稳定。 7.2.2.2原油乳状液的电学性质

原油乳状液的电学性质对于判别乳状液的类型、解释乳状液的稳定性,以及选择破乳方法都有很重要的作用。

(1)原油乳状液的电导及导电性

电导的测定方法是在一定温度下,取面积为1cm2的两个平行相对的电极,其间距为1cm,中间放置lcm3的原油或已知含水率的原油乳状液,则此时测出的电导值就为该原油或原油乳状液的电导率。


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