摘要：配制了一系列油水比不同的原油乳状液，并考察了原油乳状液的黏度和黏弹性。结果表明：原油乳状液含水率越大，分散相液滴体积越小，原油乳状液的黏度越大；当含水率低于30%时，原油乳状液呈现牛顿流体行为，黏度随温度和剪切速率的变化不是很明显；含水率超过30%时，原油乳状液呈现非牛顿流体行为，黏度随温度和剪切速率的变化较明显；含水率越大，原油乳状液的线性黏弹区越小，结构越不稳定，乳状液也越不稳定。加入破乳剂后，原油乳状液的黏度降低；含水率越大，原油乳状液脱水率越大，乳状液也越不稳定。
关键词：原油乳状液；油水比；黏度；破乳剂
              在原油开采过程中，原油多以油包水或水包油乳状液的形式被开采出来。原油乳状液是一种热力学不稳定体系，影响其稳定性的因素有很多，如原油性质、沥青质含量、乳化参数、老化时间、油水比等。原油乳状液的变化表明其结构的变化，王红霞等认为原油乳状液结构的变化和乳状液的弹性模量、黏性模量以及松弛时间有着重要关系。Madjid 等研究了轻质原油以及其含水乳状液的流变特性，结果表明原油乳状液的黏度随含水量不同而不同，轻质原油本身在恒定剪切速率下呈现牛顿流体行为，然而，对于含水量不同的原油乳状液其 流 变 行 为 分 别 符 合 Ostwald de Waele 和 Herschel-Bulkley 模型，原油乳状液的稳定性和运动黏度、弹性模量、损耗模量、相角以及复合黏度有关系。本文配制了一系列油水比不同的原油乳状液，考察乳状液的黏度和黏弹性，进而研究乳状液的稳定性及其流变特性之间的关系。
            1 实验部分
             1.1 主要试剂与仪器
              中海油原油，密度 0.82 g/cm3，凝点 24℃，黏度70 mPa·s（25℃），由青岛安邦石化有限公司提供；实验用水为去离子水；破乳剂PAR-20-40，壬基酚胺树脂聚醚类破乳剂，平均相对分子质量 9000，分子内PEO含量40 %，潍坊市安丘鲁星化学有限公司。
               主要仪器：FK-A组织捣碎匀浆机（江苏金坛市金城国胜实验仪器厂）；MCR302流变仪（奥地利安东帕有限公司）。
               1.2 原油乳状液的配制
               配制含水率（体积分数）分别为 10%、20%、30%、40%、50%、60%和70%的油水混合液，使用组织捣碎匀浆机在3000 r/min下剪切5 min，得到稳定的油水乳状液。该乳状液在室温下放置一段时间无游离水分离。
             1.3 测试方法
           （1）在恒定剪切速率50 s-1下，测定不同油水比原油乳状液黏度随温度的变化，测试温度范围10℃ 数 45℃，升温速率2℃/min。
           （2）在 25℃下，测定不同油水比原油乳状液黏度随着剪切速率的变化，测定剪切速率范围 0数150 s-1，剪切速率线性增加。
            （3）在 25℃下，测定不同油水比原油乳状液的线性黏弹区，并在线性黏弹区内测定模量随频率的变化，应变幅度 0.1%，测试角频率范围 1数 200rad/s。
           （4）测定不同油水比原油乳状液加入破乳剂后的黏度随剪切速率的变化。
             1.4 破乳实验
              参照石油天然气行业标准 SY/T5797-1993《水包油乳状液破乳剂使用性能评定方法》，将40 mL不同油水比的原油乳状液加入50毫升的具塞量筒中，分别加入40 mg破乳剂PAR-20-40，脱水温度45℃。
              2 结果与讨论
              2.1 黏度数 温度关系
              不同油水比原油乳状液的黏度随温度变化见图1。从图1可以看出，在恒定的剪切速率下，原油乳状液的黏度随着温度的升高而降低。在温度低于25℃时，随着温度的上升，原油乳状液的黏度降低较为明显；当温度高于25℃时，黏度的降低较为缓慢，含水率为 10%、20%、30%的原油乳状液黏度趋于稳定。在含水率较低时，分散相液滴的间隔较大，油水两相之间主要通过油相的相互作用表现出来，黏度接近于油相黏度。 在25℃和45℃下，不同油水比原油乳状液的黏度见图2。从图2可以看出，在含水率低于30%时，原油乳状液的黏度变化不大；当含水率超过 30% 时，原油乳状液的黏度明显增大。含水率越大，油相中的液滴数量越多，相间表面积增大，液滴之间的相互作用加剧，黏度变大。
 

                2.2 黏度数 剪切速率关系
                不同油水比原油乳状液黏度随剪切速率变化见图3。从图3可以看出，随着剪切速率的增大，原油乳状液的黏度逐渐减小。随着剪切速率的增大，含水率为10%、20%、30%的原油乳状液黏度只有在剪切速率很低时略有下降，随着剪切速率的继续增大黏度趋于平稳，呈现典型的牛顿流体特性。含水率大于 30%的原油乳状液的黏度随着剪切速率的增大而逐渐降低，呈现非牛顿流体特性。

              2.3 黏弹性
              不同油水比原油乳状液模量与振幅关系见图4。在线性黏弹区内，所施加的压力和形变是可逆的。通过固定扫描频率而改变扫描振幅，可以得到原油乳状液的线性黏弹区。含水率 10%的原油乳状液的线性黏弹区为0数 5%；含水率30%的原油乳状液的线性黏弹区为0数 2%；含水率50%的原油乳状液的线性黏弹区为0数 0.8%；含水率70%的原油乳状液的线性黏弹区为0数 0.3%。原油乳状液的线性黏弹区随着含水率的增加逐渐减小。随含水率的增加，分散相液滴接触的几率增大，更倾向于形成较大的液滴，液滴与油相之间形成的结构更加容易被破坏，原油乳状液变得不稳定。
 
             不同含水率原油乳状液模量和频率关系见图5。对于一个稳定的乳状液来说，通常具备以下两种特征：（1）储能模量大于损耗模量；（2）储能模量和损耗模量随着频率的增加而增加。从图5可以看到，含水率为10%、30%、50%、70%原油乳状液的储能模量和损耗模量都随着频率的增加而增大。
 
              对于含水率为10%和30%的原油乳状液在低频时损耗模量大于储能模量，表现出以黏性为主的性质；当频率大于 100 rad/s 时，储能模量大于损耗模量，表现出以弹性为主的性质，乳状液分散液滴间相对稳定。对于含水率为 50%和 70%的原油乳状液在整个测试频率范围内损耗模量均大于储能模量，表现出以黏性为主的性质，乳状液分散液滴间不是很稳定。随着含水率的增加，乳状液的稳定性逐渐降低。
               2.4 破乳情况
               图6为加入破乳剂后不同油水比原油乳状液的脱水情况。加入破乳剂后，含水率为 10%、20%、30%的乳状液脱水较慢，在30 min之后的脱水率显著增大；而含水率为40%、50%、60%、70%的乳状液脱水较快，且在60 min之后的脱水率基本平稳。从 图6还可以看出，原油乳状液的含水率越高，乳状液越不稳定，脱水率也就越大。
 
                2.5 加入破乳剂前后原油乳状液的黏度
                不同油水比的原油乳状液加入破乳剂前后的黏度随剪切速率变化见图7。从图7可以看出，加入破乳剂后，原油乳状液黏度随着剪切速率的增大而减小，且黏度比未加破乳剂时的乳状液黏度小，即加入破乳剂可以有效降低原油乳状液黏度，更有利于分散相液滴聚并、克服重力沉降，降低乳状液的稳定性。
 
                3 结论
             （1）在含水率低于 30%时，原油乳状液的黏度变化不大；当含水率超过 30%时，原油乳状液的黏度明显增大。
            （2）在含水率低于 30%时，原油乳状液的黏度随温度和剪切速率变化不大；当含水率超过30%时，原油乳状液的黏度随温度和剪切速率变化明显。
             （3）含水率越大，原油乳状液越不稳定。
             （4）加入破乳剂后，原油乳状液黏度降低；含水率越大，原油乳状液脱水率越大，越不稳定。
                原标题：原油乳状液的稳定性及其流变性
                原作者：王 涛，张志庆，王 芳，冯丽娟，杨 姗