原油破乳剂破乳的认识浅谈

科技创新导报２０１０　　ＮＯ．０７

研　究　报　告

原油破乳剂破乳的认识浅谈

张含明　　王英军　　宋源

（中石油青海油田公司冷湖油田管理处　　青海海西州　　８１６３００）

摘　要：原油乳状液的稳定性越强，破乳难度越大，给原油的脱水处理带来了很多问题。原油乳状液破乳的问题得到许多专家的分析研究，目前化学破乳剂破乳法被全国各大油田所广泛应用。但对于马北试采作业区而言破乳剂的研究还不够深入，仍然存在破乳剂种类单一，破乳剂破乳温度、用量不够准确等诸多问题。

关键词：乳状液　　稳定性　　破乳剂　　用量　　温度中图分类号：ＴＥ３９文献标识码：Ａ

文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２０１０）０３（ａ）－０００８－０２

１　概述

原油含水是油田开发中的普遍现象和正常状态，而原油含水的危害也非常严重。在石油开采时，油水混合物由井底向地面流动时，随着压力降低，溶解在原油中的油田气会不断析出，气体的不断膨胀会对油、水进行剧烈的搅拌，从而形成比较较稳定的乳状液。原油乳状液的稳定性给原油的脱水处理带来了严重危害。而且原油乳状液的稳定性还会随着含水率的上升，稳定性逐渐增强。经过初步统计马北试采作业区２００７年～２００８年原油含水率由之前的３０％增加到目前的５５％。

柴达木盆地马北试采作业区在原油处理过程中曾经多次出现处理、沉降后原油含水率在０．５％（马北合格原油外运的最高含水率）以上的情况，经过实验室化验显示是由于破乳剂破乳效果不佳等原因造成的。这给生产带来了很多危害，原油乳状液的不断循环处理增大了原油处理负荷，增大了站内回压，造成许多低压油井产量降低或不出油等现象的发生。这也是目前马北原油产量下降的一个重要影响因素。

目前，马北试采作业区原油乳状液性质为Ｗ／Ｏ型，但由于马北油田原由综合含水率由刚投产时到目前急剧增加，此时油可能以微小的颗粒分散到水中，这样就会产生Ｏ／Ｗ型原油乳状液，那么目前使用的非离子、水溶性破乳剂破乳效果就会受到很大影响。另外，破乳剂破乳温度在４２℃左右，破乳剂用量１００ｇ／ｔ，也存在着破乳剂破乳温度、用量不够准确等问题。

破乳剂温度、用量的选择不仅关系到原油脱水效率，还与原油脱水成本，热能消耗，生产负荷存在着密切的关系。为了提高破乳剂破乳效率，降低脱水成本，减少能量消耗。我们应该对破乳剂进行实验室内的分析优选。

２　原油乳状液

２．１原油乳状液的类型

乳状液通常由水（或水溶液）和有机液体（常称为“油”）组成，它们两者可分别为分散相或分散介质，所以乳状液有两种类型，一种是以油为分散相，水为分散介质，简称水包油型，以Ｏ／Ｗ表示。牛奶即为Ｏ／Ｗ型

乳状液；另一种是以水为分散相，油为分散

介质，简称油包水型，以Ｗ／Ｏ表示。油田生产的原油即为Ｗ／Ｏ型乳状液。

两类乳状液在外观上并无多大的区别，但表现出的性质是不相同的。Ｏ／Ｗ型乳状液，外相（分散介质）是水，故往往显示出水溶液的性质，而Ｗ／Ｏ型乳状液的外相为油，故往往显示出油溶液的性质。例如：Ｗ／Ｏ型乳状液能像油类那样使橡胶溶胀，而Ｗ／Ｏ型乳状液则不会使橡胶溶胀。因此，在选用和制备乳状液时必须弄清它是属于哪一类乳状液。

２．２原油乳状液的鉴定

滴混和法：在玻璃上滴上一滴原油乳状液，在它的旁边再滴上一滴水，如果是Ｏ／Ｗ型乳状液，则水滴一碰到乳状液，两者就能很快混和，如果是Ｗ／Ｏ型乳状液，则两者混和较慢。

奥斯特沃德（Ｏｓｔｗａｌｄ）根据立体几何学分析，当含水率小于２６％时，只可以形成Ｗ／Ｏ型乳状液；当含水率在２６％～７４％时，即可以形成Ｗ／Ｏ型乳状液，也可以形成Ｗ／Ｏ型乳状液。

通过鉴定马北各单井原油既存在Ｏ／Ｗ型乳状液又存在Ｗ／Ｏ型乳状液，但进站原油的综合乳状液性质经鉴定主要表现为Ｗ／Ｏ型。

２．３原油乳状液的形成条件

在石油开采时，油水混合物由井底向地面流动时，随着压力降低，溶解在油中的油田气会不断析出，气体的不断膨胀会对油、水起到破碎和搅拌作用。当油、气、水混合物通过油嘴时，流速猛增，压力急剧下降使油水充分破碎，发生剧烈搅拌，从而形成比较稳定的乳状液。

原油乳状液的形成三要述：（１）油田采出物油和水，二者互不相溶；（２）是原油中有足够的胶质、沥青质、石蜡等，他们都是天然的高性能乳化剂；（３）油田开发和油气输送过程中，油、水、乳化剂三者共聚一体，在井筒、油嘴、管道、阀件、机泵中充分接触混合，特别在伴生气参与下，搅拌更为激烈，使油水乳化液的乳化程度逐渐加深。２．４减轻原油乳化程度的措施

在油田开发过程中，要完全避免原油

乳状液的形成是困难的。但采取措施减轻乳化程度却是可能的。在马北我认为能采取的措施有以下三点：

（１）合理控制各单井油、套压，使用大小适当的油嘴，尽量减少油嘴前后压降。

（２）因为油井和原油集中处理站的位置固定不变，所以我们能做到的就是在条件允许的情况下，对于高含水油井尽量采取进单井罐的方式，在罐中充分沉降后排掉游离水，再由罐车倒运进站，这样由于游离水少了，便可以减轻脱水处理设备的负荷，同时还可以减少破乳剂的用量，尽而节省一定的成本。

（３）车倒进站的原油要用离心泵输送至加热炉，最好选用低转数、排量和扬程都比较适当的转油泵，以免因扬程过高而使泵的出口阀节流严重，或因排量过大而在泵的进出口造成不必要的循环，因为这样都能造成原油乳状液受搅拌次数及激烈程度的加大，从而增加乳状液的稳定性，加大了原油脱水处理难度。

３　破乳剂破乳的初步认识

３．１破乳剂的破乳机理

因为破乳剂是在一种表面活性物质，具有很强的活性，能使原油乳化液界面膜强度减弱或破裂使水珠相撞，接触并合，从原油中沉将下来，破乳剂的破乳机理有以下四种：

（１）正相吸附作用：破乳剂是高效能的表面活性剂，其活性一般随相对分子质量增加而增加，它可以聚集在乳化液的水界面上，最大限度地降低界面自由能，因而使水滴很容易从“油包水”型的界面膜中解脱出来实现破乳。当乳化液加入含水原油中时，能降低油水界面张力，使表面自由能减少，油膜内小水珠很容易从油包水界面膜解脱出来，合并成大水珠沉降出来。

（２）反相乳化作用：“油包水”型乳化液是原油中憎水的乳化剂形成的，如环烷酸、沥青质等。采用亲水的破乳剂可以将“油包水”型的乳化液改变成“水包油”型的乳化液，借乳化液的转化过程及“水包油”型乳化液的不稳定性可以实现破乳。有些破乳剂可以促使油包水转相形成水包油，水在外面则碰撞很容易聚集合并成大水滴沉降下来。

（３）反离子作用：在石油乳化剂中呈分散相的细水滴几乎总是带负电荷，并在自己表面吸附正离子，因而石油乳化液相应的带有负电荷。因为所带电荷相同，分散相的粒子互相排斥，这使他们不能汇合成更大的聚合体，因而保持乳化液的稳定性。向乳化液中加入电解质后，使离子发生根本改变，乳化液的离子开始吸附符号相反的电解质离子，这样一来，带电荷的分散相吸附电解质阴离子，阴离子自然会把这种颗

表１　破乳剂１００（ｇ／ｔ）加入量各温度下原油含水率

表２　温度为４２℃时不同破乳剂用量下原油含水率

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粒上的正电荷中和，结果消除电荷，同时也消除了稳定性。乳化液的颗粒开始合并成大液滴，结果油水分层达到破乳的作用。形成“油包水“型乳化液的重要原因是阴离子的乳化剂存在，加入阴离子形的表面活性剂后，使阴阳离子结合，阴离子失去表面活性，从而达到破乳的目的。

（４）“润湿”和“渗透”作用：表面活性剂有一种很强的“润湿”和“渗透”作用，能穿过“油包水”型乳化液的界面而与水亲合，达到破乳的作用。３．２破乳剂的加入位置

化学破乳剂的最佳加入方法是井口加药法。由井口加入的破乳剂，在井底与油水混合物混合，经井筒和地面管路的搅拌，或者破乳剂防止了Ｗ／Ｏ型原油乳状液的生成，或者对于已经形成的乳状液在管路内进行破乳，使站内脱水设备的处理能力和处理质量大为改善。虽然井口加药能起到如此神奇的效果，但定期向油井运送破乳剂的工作的确十分繁重。各油田地域、交通、气候等条件不同，井口加药在经济上并非总是最佳选择。所以全国各大油田目前主要采取的破乳剂加药方式是原油处理站的集中加药处理方式，马北油田就是采用的这种加药破乳方法。

３．３实现化学破乳的必要条件

（１）要有对症下药的化学破乳剂。由于原油本身是一个碳、氢化合物的复杂混合物，原油乳状液中起乳化剂作用的物质种类和特性也是复杂的，在通常情况下又是未知的。什么样的化学破乳剂对某种原油乳状液破乳有效，目前是通过室内筛选试验和工业试验找出对症下药的化学破乳剂。

（２）要让化学破乳剂和原油乳状液充分接触混合。

（３）破乳后应有足够沉降分离的空间和时间。

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３．４破乳剂的筛选

破乳剂的筛选方法是根据破乳剂用量、脱水速度、脱水效果、脱水温度等诸多方面进行筛选，但由于马北油田目前只采用ＤＷ－０２Ｘ型化学破乳剂，所以我们没有办法对马北油田的破乳剂进行实验室的筛选工作。

４　ＤＷ－０２Ｘ型破乳剂优点

马北注采站目前采用的破乳剂为ＤＷ－０２Ｘ型化学破乳剂，它属于非离子、水溶性破乳剂。与离子型破乳剂相比其优点是（１）用量少，经济划算；（２）不产生沉淀。一般不和混合物中的盐类、酸类起化学反映；（３）脱出水清澈，水中含油少；（４）脱水成本低。它可以与水以任意比互溶，无须用昂贵的甲苯、二甲苯等溶剂油稀释。缺点是仅破坏Ｗ／Ｏ型乳状液，Ｏ／Ｗ型乳状液效果不佳。

５　破乳剂破乳温度与用量实验

５．１破乳剂破乳的温度实验

首先我们取７支２５０ｍＬ的锥型瓶，分别加入未经处理马北原油油样２００ｍＬ，其次各加入ＤＷ－０２Ｘ型的化学破乳剂１００ｇ／ｔ，在恒温水浴中分别在３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃、５５℃下进行破乳剂破乳的平行实验（通过计算马北原油在三项分离器里的停留时间约为４小时，所以我们在实验室采取的破乳剂与原油的作用时间为４小时）。在原油与破乳剂作用４小时后，我们分别用分液漏斗滤去各锥型瓶中的水相（水相颜色浑浊，略带油状物），再用原油含水分析仪对各油样进行含水分析化验，最后得破乳剂加入量为１００ｇ／ｔ时，各温度下的原油含水率结果如表１所示。

根据表１绘制含水率与温度曲线如图１所示。

从图１中我们可以看出在４０℃到４５℃时原油的含水率最小而且接近为一条直线，所

以我们说马北原油在ＤＷ－０２Ｘ型化学破乳剂作用下，最佳破乳温度在４０℃～４５℃之间。５．２破乳剂破乳的用量实验

取７支２５０ｍＬ锥型瓶，分别加入未经处理马北原油油样２００ｍＬ，在此同时分别加入ＤＷ－０２Ｘ型化学破乳剂０ｇ／ｔ、６０ｇ／ｔ、８０ｇ／ｔ、１００ｇ／ｔ、１２０ｇ／ｔ、１４０ｇ／ｔ、１６０ｇ／ｔ（由于马北原油的最佳破乳温度在４０℃～４５℃之间，所以我们这里的恒温水浴温度取为４２℃）。在４２℃的恒温水浴中进行破乳剂用量的平行实验。同样原油与破乳剂的作用时间为４小时。在原油与破乳剂作用４小时后，我们分别用分液漏斗滤去各锥型瓶中的水相（同样水相颜色浑浊，略带油状物），再用原油含水分析仪对各油样进行含水分析化验，最后得温度为４２℃下，原油破乳剂用量与原油含水率结果如表２所示。

从表２中我们可以看到，马北原油可进行自行脱水，但达不到脱水率小于０．５％的要求。

根据表２绘制４２℃时，含水率与破乳剂用量曲线如图２所示。

从图２中我们可以看出破乳剂用量在１２０ｇ／ｔ到１４０ｇ／ｔ之间时马北原油含水率最低，而且接近一条直线，所以我们说马北原油脱水的最佳破乳剂用量为１２０ｇ／ｔ到１４０ｇ／ｔ。５．３破乳剂破乳性能的鉴定

从以上实验中我们可以看出马北原油的最佳破乳温度为４０℃到４５℃之间，最佳破乳剂用量为１２０ｇ／ｔ到１４０ｇ／ｔ。但从破乳剂用量、脱出的水相颜色及水相是否含油等情况来看，马北目前使用的ＤＷ－０２Ｘ型化学破乳剂，虽然能达到脱水效果小于合格原油外运的需求，但脱出水样颜色浑浊不清澈、破乳剂用量大、水样中含油（在３２０ｇ／ｔ以上）率高等情况看。马北目前使用的ＤＷ－０２Ｘ型化学破乳剂破乳效果不好，具体表现在达不到脱水效果好、经济划算等特点，而且考虑到马北油田含水率的升高原油乳状液性质也在发生变化，所以在这里我建议更换马北的原油破乳剂类型。

６　结论及建议

经过上述的分析认识可以推断出ＤＷ－０２Ｘ型破乳剂的最佳破乳温度在４０℃～４５℃之间，最佳加药量在１２０ｇ／ｔ～１４０ｇ／ｔ之间。但具体加药量和具体的破乳温度还要根据油田生产的实际情况和储油罐的沉降时间等进行调节。

随着马北油田综合含水率的上升，乳状液的类型也开始逐渐发生变化，仅仅使用一种破乳剂破乳的效果肯定会有所下降，而且会出现单一破乳剂无法满足正常的破乳要求。所以建议对马北原油乳状液、破乳剂进一步鉴定。并对破乳剂优选、复配进行深入研究。确定原油乳状液的类型并对破乳剂进行复配、优选。最终满足马北油田原油脱水的要求。

图１　破乳剂１００ｐｐｍ加入量时原油含水率与温度曲线

参考文献

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工业试验与应用［Ｊ］．科技创新导报，２００９，１４：１．［２］王艳丽．油水乳化液微波辐射破乳与水

浴加热破乳的比较［Ｊ］．科技创新导

报，２００８，３６：７．

图２　４２℃时破乳剂用量原油含水率与温度曲线

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