探讨了影响原油乳状液稳定性的因素，简要分析了破乳剂的破乳机理。选择两种常用的原油破乳剂进行试验，研究了温度和 pH值对乳状液脱稳和脱水的影响，结果显示: 温度对原油乳状液破乳脱稳有显著影响，一般情况下脱水率会随着温度的升高而增大但非绝对，温度的影响因破乳剂的不同而异。pH 值会通过影响油水界面张力影响破乳脱水效率，当 pH 趋于中性时油水界面张力趋大、乳状液的稳定性趋弱，此时破乳脱水效果趋好。

关键词: 

        原油乳状液; 破乳剂; 温度; pH 值

 

        在油田开采生产过程中，原油、污水和机械杂质等混合常形成多分散体系，这就是原油乳状液。根据连续相的不同可分为油包水型( W/O) 和水包油型( O/W) 乳状液。采出原油中所含的沥青质、胶质、石蜡、脂肪酸、环烷酸和粘土可起到天然的乳化作用，也使得乳状液具有成分复杂、粘度大等性质。对于海上平台生产过程中产生的原油乳状液，除了具备常规乳状液的通性以外，还具有液体盐度高、含水率高等特点。

        原油乳状液对原油的开采、原油输送、存储和精炼过程以及污废水的终端处理都有很大影响，因为原油乳状液粘度大，流变性能差，这样不仅增加了运输成本，还会腐蚀运输管线，增大炼油负荷。因此，以海上产原油乳状液为研究对象，研究乳状液的形成衍变规律、性质特征和稳定性影响因素，从而实现原油乳状液的高效破乳处理是非常必要的。

1     原油乳状液性质特征研究

1.1  影响原油乳状液稳定性的因素

       在目前对乳状液研究中，普遍认为影响其稳定性的因素主要有界面张力、洁面膜强度、原油粘度分散度、无机盐、固体颗粒和酸碱度等等，下面对其中的几点展开论述。

1.1.1界面张力

        从热力学角度分析，乳状液相界面越大，该体系的界面能越高，乳状液越加不稳定。因此，在破乳过程中可以通过增加乳状液界面张力的方法，促使其区域不稳定进而更易油水分离，该方法就是加入乳化剂。

1.1.2界面膜的强度

       界面膜强度是乳状液稳定的最主要影响因素，而界面膜强度的影响因子又很多，例如固体颗粒，当较多的固体颗粒( 尺寸在几微米以下的) 紧密吸附在液滴表面时会增加液滴的界面膜机械强度。又如表面活性剂的影响，无论是沥青质这一类天然活性剂，还是外部添加的药剂，它们除了能够降低油水界面张力，还可以通过吸附作用固定在液滴界面上，增加了膜层机械强度和粘弹性，这样一来能够更好的保护液滴，使其在相互碰撞时不易破裂而发生聚结，此时的乳状液是趋于稳定的。

1.1.3原油粘度与分散度的影响

       原油油品的性质也是影响乳状液稳定性的重要因素，分散相液珠在粘度较大的分散介质中会受到较强的摩擦阻力而难以运动，降低了液珠间的碰撞几率，难以聚并从而形成稳定的乳状液。另外，乳状液的分散度也是重要的影响因子，例如搅拌等作用均会使液滴单体被切割成更小的尺寸，提高液滴的分散程度，加剧布朗运动能力，降低液滴的沉降速度，促使乳状液更趋于稳定状态。

1．2 破乳剂的作用影响

1.2.1 破乳剂的分类

        在探讨破乳剂的破乳机理时，首先介绍破乳剂的种类。人类对破乳剂的研究已有 80 年的历程，研究深度越来越大，产品种类也越来越多，为了适应油田建设发展的需要，更多适用性更广、作用效果更强的新型破乳剂被开发出来。破乳剂有多种分类方式，按照相对分子质量的大小可分为低分子量破乳剂( M＜1000) 、高相对分子质量破乳剂( 1000≤M≤10000) 及超高相对分子质量破乳剂( 5×104≤M≤ 5×106) 。一般规律下，破乳剂的脱水效果与其相对分子质量呈线性正相关，因此目前高分子量破乳剂和超高分子量破乳剂使用率最高。

1.2.2 破乳剂的作用机理

        破乳剂作用机理的研究目前还不够成熟，缺乏权威理论而且研究方向多变。当前的多数研究都集中在乳状液油水界面膜的形成和强度上，根据常规理论分析，分层、絮凝、膜排水和聚结是乳状液破乳必要经历过程，破乳剂就是根据这一机理，当其进入到乳状液之中，破乳剂分子主动吸附在界面上并替换掉原有的乳化剂分子，伴随着界面膜强度的降低，界面膜也发生破裂使其中蕴藏的水分释放出来，更多的小水滴不断碰撞聚结形成大水滴后形成沉降，油水得到分离最终实现破乳。除了上述内容之外，目前公认较高的破乳机理还有以下几种:

         ( 1) 相转移反向变型机理: 该理论认为乳状液的破乳是因为破乳剂可以使乳状液发生相转化，例如油包水性转变为水包油型，当原乳化剂的乳化性能遭到破坏则自然实现了油水分离。

         ( 2) 增溶机理: 该机理认为破乳剂可以润湿成膜物质，破乳剂分子形成的胶束可使乳化剂分子溶解度增大，导致原油破乳脱水。

         ( 3) 碰撞击破界面膜机理: 该理论认为破乳是破乳剂分子不断碰撞界面膜的结果。升温或搅拌等外因可加速破乳剂分子运动，增加与界面膜碰撞几率进而破界面膜，使乳状液脱稳、发生絮凝聚结而最终油水分层。

2     乳状液破乳影响因素的研究在研究

       中以海上某平台产生的高含油乳状液作为受试对象，其中所含原油的密度和粘度很高，含有大量的胶质、沥青质以及聚合物，流变性能差，所形成的乳状液盐度也非常高。另外，在研究中以高分子量破乳剂多乙烯多胺聚氧乙烯聚氧丙烯醚( AE) 型破乳剂( Ⅰ) 和烷基酚醛树脂聚氧乙烯聚氧丙烯醚 （AR) 型破乳剂( Ⅱ) 作为实验材料，考察使用这两种破乳剂进行破乳处理时，温度和 pH 值对破乳效果的影响。

2．1 温度对破乳性能的研究

         普遍认为，乳状液的粘度与其温度成负相关，高温低粘使液滴在原油中运动时受到较小的摩擦力，利于液滴的聚并。升温还能提高原油乳状液中石蜡、胶质、沥青质等天然乳化剂的溶解度，降低界面膜的机械强度，促使液滴聚并。另外，温度较高时，因为原油体积膨胀系数比水大，加剧二者的密度差，导致油水分离。但并不是温度越高越好，物质的溶解度是存在阈值，达到一定温度以后油水分离效果增幅微弱，另外在高温下，原油当中轻组分会挥发出来，污染环境的同时也形成了资源的浪费。本文中，针对所要研究的两种破乳剂，开展了温度对破乳效果的实验研究，其结果见表 1，分析数据可得，对于Ⅰ号破乳剂，原油乳状液的脱水率随着温度的升高而增高，极值相差 25．6%，变异系数为 12．4%; 对于Ⅱ号破乳剂，随着温度的升高，脱水率先增大后减小，在 60 ℃ 时达到了最大值，极值相差21．9，变异系数为 9．9%。上述结果首先证明了温度对破乳剂的作用效果产生了显著的影响，一般情况下脱水率会随着温度的升高而增大，但也因破乳剂的特性而异，例如对Ⅱ号破乳剂，它具有破乳温度低的特点，因此，温度对破乳剂破乳性能的影响不能一概而论。

            

2．2  pH 值对破乳性能的影响

2.2.1  pH 值对原油乳状液脱水率的影响

          研究表明，pH 值可通过改变油－水界面张力而影响原油乳状液的稳定性。包括海上油田平台在内的多数油井，为了深度开发油田并提高原油的采收率，会通过压裂、化学驱油、酸化解堵等方法提高出油量，在这一过程中，添加的各类化学药剂均会对液体的 pH 值会产生一定影响，进而改变乳状液的稳定性。本节中考察了不同 pH 值对两种破乳剂处理原油乳状液时破乳脱水效果的影响及效果，结果如表 2。从表中数据可以看出当乳状液呈强酸性或强碱性时，均会造成原油乳状液破乳脱水困难，破乳剂破乳能力下降。也说明此时的乳状液稳定性趋好，当 pH 值为中性时，乳状液脱水率较高。

 

           

2.2.2 pH 值对界面张力的影响

        不同 pH 值下测定的油水界面张力结果如图 1 所示。根据图可明显看出 pH 值与界面张力的关系呈抛物线规律，随着 pH值的增加，液滴界面张力先增大后减小，当 pH 值趋于中性的时候，液滴界面张力达到峰值。有研究表明这是因为当 pH 值过低或过高时会激发原油中天然活性物质带电，增加其活性，使其更易吸附在油水界面，导致油水界面张力下降，界面膜强度以及原油乳状液稳定性增加，从而使得乳状液破乳困难。

 

              

       虽然降低界面张力有利于乳状液的稳定，但是乳状液体系界面积比较大，因而就会有一定量的界面自由能，从热力学角度分析，稳定的乳状液体系总是向着界面面积减小和能量降低的方向发生，直至最终破乳分层。因此，可以认为界面张力是原油乳状液稳定性的重要表征因子，但并非决定性因素，可以通过界面张力水平分析乳状液形成的难易程度及稳定性趋势。

 

3     结论和展望

       本文简析了原油乳状液的性质特征和成型衍变机理，综述了几种乳状液稳定性影响因素，并选择两种常用的原油破乳剂进行试验，研究了温度和 pH 值对破乳效果的影响及机理，结论如下:

       ( 1) 原油乳状液成分体系复杂，导致性质特征多变，对乳状液稳定性影响因素的研究尚无绝对统一定论，还需要更为长期深入的研究以保证理论正确应用与实践。

       ( 2) 在温度影响原油乳状液破乳的研究中发现，温度对破乳的效果产生了显著的影响，一般情况下脱水率会随着温度的升高而增大但非绝对，温度的影响因破乳剂的不同而异。

       ( 3) pH 值会对油水界面张力产生影响，当 pH 趋于中性时油水界面张力较大进而破坏乳状液的稳定性，此时破乳过程中破乳脱水效果趋好。

 

 

原标题：浅析海上原油乳状液破乳影响因素

原作者：何亚其   冯爱煊  孙超  马文杰  曹智鹏  刘庆月  刘敏  刘忠建