郭崇華

（中石油遼河油田分公司金馬油田開發(fā)公司熱注作業(yè)區(qū)，遼寧 盤錦 124010）

乳化液是兩種(或兩種以上)不相溶液體的混合物，其中一種液體以極小的液滴形式分散在另一種液體中。乳化液都有一定的穩(wěn)定性。原油和水構(gòu)成的乳化液主要有兩種類型:一種是水以極微小的顆粒分散于原油中，稱為“油包水”型乳化液，用符號W/0表示。“油包水”型乳化液中，水是內(nèi)相或稱分散相，油是外相或稱連續(xù)相。另一種是油以極微小顆粒分散于水中，稱為“水包油”型乳化液，用符號O/W表示?！八汀毙腿榛褐?，油是內(nèi)相，水是外相。

1 穩(wěn)定乳化液的條件

1.1 形成穩(wěn)定乳化液必須同時具備三個條件:

1.1.1 系統(tǒng)中必須存在兩種以上互不相溶的液體。

1.1.2 要有一定量的乳化劑存在。

1.1.3 要有強(qiáng)烈的攪拌，使其中一相以微小的液滴分散到另一相中。

1.2 在油田開發(fā)過程中具備形成乳化液的二要素是:

1.2.1 油田采出物是油和水，二者互不相溶。

1.2.2 原油中有足夠的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、石蠟等，它們都是天然的高性能的乳化劑。

1.2.3 在油田開發(fā)和油氣輸送過程中，油、水、乳化劑三者共聚一體，在筒、油嘴、管道、閥件、機(jī)泵中充分接觸混合，使油水乳化液的乳化程度逐漸加深。

2 原油脫水的傳統(tǒng)方法

原油脫水方法有重力沉降脫水、熱化學(xué)脫水和電脫水。為了提高脫水效果，在油田經(jīng)常聯(lián)合使用這些脫水方法。

2.1 重力沉降脫水

含水原油經(jīng)破乳后，需要把原油同游離水、雜質(zhì)等分開。在沉降罐中主要依靠油水密度差產(chǎn)生的下部水層的水洗作用和上部原油中水滴的沉降作用使油水分離，此過程在油田常被稱做一段脫水。

2.2 熱化學(xué)脫水

原油熱化學(xué)脫水是將含水原油加熱到一定的溫度，并在原油乳化液中加入少量的表面活性劑(稱破乳劑)，破壞其乳化狀態(tài)，使油水分離。熱化學(xué)脫水工藝簡單、成本低廉、效果顯著，近幾十年來在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。但單純用熱化學(xué)脫水方法使原油含水達(dá)到合格，多數(shù)情況下是不經(jīng)濟(jì)的。

2.3 電脫水

電脫水是對低含水原油徹底脫水的最好方法。在油田，電脫水常作為原油脫水工藝的最后環(huán)節(jié)。將原油乳化液置于高壓直流或交流電場中，由于電場對水滴的作用，削弱了水滴界面膜的強(qiáng)度，促進(jìn)水滴的碰撞，使水滴聚結(jié)成粒徑較大的水滴，在原油中沉降分離出來。水滴在電場中聚結(jié)的方式主要有三種。

2.3.1 電泳聚結(jié)

把原油乳化液置于通電的兩個平行電極中，水滴將向同自身所帶電荷電性相反的電極運動，即帶正電荷的水滴向負(fù)電極運動，帶負(fù)電荷的水滴向下電極運動，這種現(xiàn)象稱為電泳。由原油乳化液的性質(zhì)可知，原油中各種粒徑水滴的界面上都帶有同性電荷，故在迥直流電的平行電極中乳化液的全部水滴將以相同的方向運動。在電泳過程中，水滴受周圍原油的阻力產(chǎn)生拉長變形，并使界面膜機(jī)械強(qiáng)度削弱。同時，因水滴大小不等、所帶電量不同、運動時所受阻力各異、各水滴在電場中運動速度不向，導(dǎo)致水滴發(fā)生碰撞，使削弱的界面膜破裂，水滴合并、增大，從原油中沉降分出。發(fā)生碰撞合并或碰撞合并后還不足以沉降的水滴將運動至與水滴極性相反的電極區(qū)附近。由于水滴在電極區(qū)附近密集，增加了水滴碰撞合并的機(jī)率，使原油中大量小水滴主要在電極區(qū)附近沉降分離c電泳過程中水滴的碰撞、合并稱為電泳聚結(jié)。

2.3.2 偶極聚結(jié)

在高壓直流或交流電場原油乳化液中的水滴受電場的極化和靜電感應(yīng)，使水滴兩端帶上不同極性的電荷，即形成誘導(dǎo)偶極。因為水滴兩端同時受正負(fù)電極的吸引，在水滴上作用的合力為零。水消除產(chǎn)生拉長變形外，在電場中不產(chǎn)生像電泳那樣的運動，但水滴的變形削弱了界面膜的機(jī)械強(qiáng)度。特別是在水滴兩端界面膜的強(qiáng)度最弱。原油乳化液中許多兩端帶電的水滴像電偶極子一樣，在外加電場中以電力線方向呈直線排列形成“水鏈”，相鄰水滴的正負(fù)偶極相互吸引。屯的吸引力使水滴相互碰撞，合并成大水滴，從原油中沉降分離出來。這種聚結(jié)方式稱為偶極聚結(jié)。顯然，偶極聚結(jié)是在整個電場中進(jìn)行的。

2.3.3 振蕩聚結(jié)

水滴中常帶有酸、堿、鹽的各種離子。在工頻交流電場中，電場方向每秒改變50次，水滴內(nèi)各種正負(fù)離子不斷地做周期性的往復(fù)運動，使水滴兩端的電荷極性發(fā)生相應(yīng)的變化。離子的往復(fù)運動使水滴界面膜不斷地受到?jīng)_擊，使其機(jī)械強(qiáng)度降低、甚至破裂，水滴聚結(jié)沉降。這一過程稱為振蕩聚結(jié)。顯然，水滴越大，離子對界面膜的沖擊作用越大，振蕩聚結(jié)的效果越好。

對原油乳化液在電場中破乳過程的觀察表明，在交流電場中破乳作用是在整個電場范圍內(nèi)進(jìn)行的，這說明在交流電場內(nèi)水滴以偶極聚結(jié)和振蕩聚結(jié)為主。直流電場的破乳聚結(jié)，主要在電極附近的有限區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，故直流電場以電泳聚結(jié)為主，偶極聚結(jié)為輔。

3 新興的破乳方法

3.1 超聲波法

超聲波是一種在媒質(zhì)中傳播的彈性機(jī)械波，具有機(jī)械振動、空化及熱作用。超聲波破乳主要依靠超聲波的機(jī)械振動和熱作用。機(jī)械振動可以促使水“粒子”凝聚。首先，當(dāng)超聲波通過有懸浮水“粒子”的原油介質(zhì)時，造成懸浮水“粒子”與原油介質(zhì)一起振動。由于大小不同的水“粒子”具有不同的相對振動速度，水“粒子”將相互碰撞、勃合，使粒子的體積和質(zhì)量增大，最后沉降分離。其次，機(jī)械振動可使原油中的石蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等天然乳化劑分散均勻，增加其溶解度，降低油水界面膜的機(jī)械強(qiáng)度，有利于破乳。熱作用可以降低原油R度和油一水界面膜強(qiáng)度。一方面原油吸收部分聲能轉(zhuǎn)化成的熱能，可降低原油的黏度，有利于水“粒子”的沉降分離;另一方面，邊界摩擦使油一水分界處溫度升高，有利于界面膜的破裂。

3.2 微波輻射法

微波輻射實質(zhì)上是一種電磁場能量在傳播中的損耗過程，不同物質(zhì)在微波電磁場作用下的熱效應(yīng)不同，具有選擇性加熱的特點。由于水分子的介電常數(shù)明顯高于界面膜的油分子，則內(nèi)相水滴吸收更多的微波能量后膨脹，使界面膜受內(nèi)壓作用而變薄。同時，水分子和界面膜上吸附的極性分子在微波場作用下，高速旋轉(zhuǎn)或產(chǎn)生電荷位移，擾亂了液一液界面電荷的有序排列，從而導(dǎo)致雙電層結(jié)構(gòu)破壞，Ze to電位急劇減小，實現(xiàn)破乳。

3.3 生物法

生物法原油脫鹽脫水是利用微生物對原油乳狀液進(jìn)行破乳，進(jìn)而達(dá)到脫鹽脫水的目的。其原理是:某些微生物通過消耗表面活性劑得以生長，并對乳化劑起生物變構(gòu)作用，破壞乳狀液;另外，有些微生物在代謝過程中分泌出一些具有表面活性的代謝產(chǎn)物，這類天然的表面活性劑是原油乳狀液的良好破乳劑。

結(jié)語

原油含水，不但直接影響原油的質(zhì)量，而且增加了后續(xù)處理工藝和輸送過程中的動力、熱力消耗，引起金屬管路和設(shè)備的腐蝕。水中攜帶泥砂、碳酸鹽等，還會對輸送管道和設(shè)備造成磨損，形成結(jié)垢等。另外，原油含水，還會影響煉制加工過程的正常進(jìn)行。因此，含水量是出礦原油的重要技術(shù)指標(biāo)。經(jīng)過氣液分離得到的油水混合物，在進(jìn)入下一級處理工藝和外輸之前，必須進(jìn)行脫水的凈化處理。

[1]王光然.油氣集輸[M].石油工業(yè)出版社，2006.

[2]孫慶和.大慶頭臺油田開發(fā)與建設(shè)文集[M].石油工業(yè)出版社，2008.

[3]《石油地面工程設(shè)計論文集》編委會編.《石油地面工程設(shè)計論文集》.石油工業(yè)出版社，2008.