油水界面张力降低

2019/11/15
13
第一节 原油乳状液
原油和水所形成的乳状液多属于油包水型乳状液， 因此，我们通常所说的原油乳状液一般是指油包水型 乳状液。内相水滴的直径大小不等，一般在0.1微米～ 毫米数量级，但多数水滴直径在3微米以下。
2019/11/15
14
第一节 原油乳状液
二、乳状液生成机理
形成乳状液的必备条件：
2019/11/15Βιβλιοθήκη 26第一节 原油乳状液
（1） 外相粘度 原油粘度愈大，生成的油包水乳状液的粘度也愈 大。乳状液粘度与温度的关系同原油类似，随温度 的升高而降低。 （2）内相体积浓度 原油乳状液粘度随含水率变化呈较为复杂的关系 。如图5.7所示。
2019/11/15
27
2019/11/15
图 5.7
来扩大液体的表面，就必须对系统作功以克服分子所
受的指向液体内部的拉力。
2019/11/15
17
第一节 原油乳状液
所作的功储存于表层，成为表层分子的位能，所 以液体表层分子多储存一部分能量，这种能量称为表 面自由能或表面能。在恒温、恒压条件下，液体表面 积每增加一个单位所增加的表面能称比表面能。在数 值上，比表面能等于表面张力，表面张力即为液体表 面上垂直作用于单位长度线段上的表面紧缩力，作用 方向沿着液体表面。若两种液体相接触时，表面能和 表面张力就称为界面能和界面张力。
H2S与Fe反应生成FeS： Fe+H2S=FeS↓+H2↑，FeS+2HCl= FeCl2+H2S
这种交替反应的结果，就会使设备和管路受到强烈腐蚀。
2019/11/15
7
5.对炼油加工过程的影响 炼油厂加工原油的第一套装置是常减压蒸馏装置。原 油中若含有盐和水，对该装置的生产有严重影响。由 于水的分子量仅为18，原油蒸馏时汽化部分的平均分 子量在200以上，这样，水与油同时加热到360℃进常 压塔时，一吨水汽化后的体积要比等重量的原油汽化 体积大十多倍。
2019/11/15
22
鉴别方法
表5.1 乳状液的鉴别方法
说明
染色法 冲淡法
往乳化液中加入少量只溶于油而不溶于水的染料，轻轻搅动， 若整个乳化液呈现染料的颜色，则外相是油，即该乳化液是 W／O型；若只有分散液滴呈现染料的颜色，则说明分散相是 油，该乳化液是O／W型
将两滴乳化液分别放在玻璃板上，取形成此乳化液的两种液 体（油和水），分别滴在两滴乳化液中，轻轻搅拌，易于和 油混合者即为W／O型；易于和水混合者即为O／W型
2019/11/15
4
3. 增加了升温过程中的燃料消耗 原油集输过程中，为满足工艺要求，如降低粘度， 常对原油加热升温。由于原油含水后输液量增加，而 且水的比热约为原油比热的2倍，故在含水原油升温过 程中，燃料的消耗也将随原油含水量的增加而急剧增 大，其中相当一部分热能白白地消耗于水的加热升温， 造成燃料的极大浪费。
据这一理论，含水率<74%是乳状液内相的最大可
能
2019/11/15
30
第一节 原油乳状液
值，超过74%将导致乳状液转相。根据这一理论也不 难判断，含水率小于26%时，只可能形成W/O型乳 状 液 ， 含 水 率 在 26% ～ 74% 范 围 内 ， 既 可 以 形 成 W/O型，也可以形成O/W型乳状液，还应由乳状液 的性质而定。一般地，当油水不含乳化剂时，多数情 况下转相时的含水率约为70%。
电导法 滤纸润湿法
显微镜观察照相
2019/11/15
导电性好的为O／W型，差的就是W／O型
将乳化液滴在滤纸上，若液体能迅速铺开，在滤纸上只留下 一小滴油，则为O／W型乳化液；若铺不开，则为W/O型乳化 液
油水透光性差别大，由于水的表面张力大，在W/O型乳状液 中水珠成较规则的球形
23
第一节 原油乳状液
28
第一节 原油乳状液
实验证明：
含水率<20%时，粘度随含水率而缓慢增加，呈现
弱的非牛顿性，但可以看成牛顿流体来解决。
20%<含水率<60%时，粘度随含水率的上升而急
剧增加，此时乳状液已呈现很强的非牛顿性，并已发
生乳状液的转型，即由W/O转为O/W。
含水率>60%时，粘度随着含水率的上升而急剧下
降。最高点称为反相点，即乳状液由W/O变为O/W
（1）系统中必须存在两种或两种以上互不相溶（或
微量互溶）的液体； （2）要有强烈的搅动，使一种液体破碎成微小液滴 分散于另一种液体中； （3）要有乳化剂存在，使微小液滴能稳定地存在于 另一种液体中。
2019/11/15
15
第一节 原油乳状液
（一）界面能和界面张力
2019/11/15
16
第一节 原油乳状液
面处理：
2019/11/15
20
第一节 原油乳状液
A.加热或加入合适的破乳剂以降低油水界面膜的机 械强度；
B.将原油乳化液经高压交流或直流电场处理。 原油乳化液的类型取决于原油中所含天然乳化剂的类 型。原油中所含的天然乳化剂主要有：沥青质、胶质、 环烷酸、脂肪酸、石蜡、泥土和砂粒等。原油中所含的 天然乳化剂绝大部分是憎水亲油的，因而一般形成稳定 的油包水型乳化液（W/O）。
2019/11/15
9
因此，炼油厂对厂原油的含水率都有严格的要求。 我 国 目 前 规 定 原 油 的 含 水 率 应 在 0.1% 以 下 , 含 盐 应 在 3~5mg/L以下。
2019/11/15
10
第一节 原油乳状液
一、原油乳状液
1.水存在原油中的形式 原油中常含有水，水以两种形式存在于原油中： （1）游离水：短时间内能靠重力沉降方法脱除的 水称为游离水。常在沉降罐和三相分离器中脱除。 （2）乳化水：靠沉降法很难脱除的水称为乳化水。 它与原油形成的乳状液类型有关。
。
2019/11/15
24
第一节 原油乳状液
另外，可往油井环形空间注入破乳剂，这不但能有效 地阻止原油在井内乳化，往往还能使油井增产。
三、原油乳状液的性质
原油乳状液的主要物理—化学性质有：分散度、粘 度、密度、电学性质和稳定性等。
2019/11/15
25
第一节 原油乳状液
1.分散度 指内相在连续相中的分散程度。分散度用内相 颗粒平均直径的倒数表示。此外，也常用内相颗 粒总表面积与总体积的比值即比表面积表示。所 以内相颗粒愈小，分散度愈大。 2.粘度 粘度是乳状液的重要性质之一，影响粘度的因 素很多，主要有：
第一节原油乳状液2018112247作用描述正吸附作用降低油水界面的表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解脱出来合并成大水滴沉降反相破乳作用原油中一般难破乳陈降的是油包水型乳化液特别是原油中有环烷酸沥青等存在使这种油包水的膜很难打破有些破乳剂可以促使油包水型乳化液转相形成水包油型乳化液水在外面则碰撞很容易聚结成大水滴陈降出来反离子作用形成油包水型乳化液的重要原因是因为阴离子型的乳化剂存在根据这一特性加入阳离子型的表面活性剂使阴阳离子结合达到破乳的目的湿润和渗透作用表面活性剂中有一种很强的湿润和渗透作用能穿过油包水型乳化液的界面膜和里面的水结合达到破乳的目的表表5353破乳剂的破乳作用及其描述破乳剂的破乳作用及其描述2018112248当原油的api重度小于40api操作温度小于71和原油粘度大于53x103pas时较易形成起泡原油
（三）石油生产中乳化液的生成和预防
由于原油本身就含有天然乳化剂，所以主要是从下
面两方面进行：
① 控制油井出水，如采取分层开采、封堵水层、
合理注水等措施来减少油井出水；
② 控制油流搅拌，如提高油田地面集输系统和分
离器的压力，减小油嘴前后压差；尽量简化油气集输
流程；减少弯头、三通、阀件等局部阻力及泵的数量
2019/11/15
18
第一节 原油乳状液
根据热力学第二定律，在恒温、恒压条件下，界 面能有自发向小的方向发展的趋势，即水珠会自发合 并，缩小界面面积和界面能，小水珠自发合并成大水 珠，靠密度差从油中沉降出来。因此，没有乳化剂就 不能形成稳定的乳状液。
（二）乳化剂 使乳状液稳定的物质称为乳化剂，乳化剂分散于油 水界面上形成界面膜，起到两个方面的作用：
的那一点。
2019/11/15
29
第一节 原油乳状液
根据实验实测结果来看，不加O/W型乳化剂，
是很难自动变成O/W乳状液，而变成W/O/W型或
水飘乳状液。
奥斯特沃德（Ostwald）根据立体几何学的观点
解释了乳状液转相的原因。将一堆相同直径的圆球
最紧密地堆积在一起，无论采用哪种堆积方式，圆
球体积皆占总体积的74%，其余的26%是空的。根
2019/11/15
3
1.增大了油井采出液的体积，降低了设备和管道 的有效利用率，特别是在高含水的情况下更突出。 （含水原油的体积要较纯净原油增加1～2倍）
2. 增大了管路输送中的动力消耗 含水原油多为“油包水”型乳状液，其粘度较纯净 原油约高数倍到数十倍。用管道输送时其摩阻大幅度 地增加。随之引起油井回压上升，抽油机、输油泵的 动力消耗增加，甚至使离心泵的吸入性能变坏，严重 时会产生气蚀，无法使用。
2019/11/15
11
第一节 原油乳状液
（3）乳状液：两种或两种以上不互溶或微量互 溶的液体，其中一种以极小的液滴分散于另一种液体 中，这种分散物系称为乳状液。乳状液都有一定的稳 定性。
2.乳状液的两种类型 原油和水构成的乳状液主要有两种类型： （1）“油包水”型乳状液
2019/11/15
12
第一节 原油乳状液
2019/11/15
2
原油含水后，其比热、粘度等物理性质发生很大 变化，不仅给油田生产带来一系列困难，还会给油库 的储存，铁路、公路、船运、长输管道的输送，以及 炼油厂的加工精炼造成不利影响。因此，据统计，世 界各油田所产原油的70%～80%需进行脱水。
那么原油脱水有什么重要性呢？这需从原油含水的 危害性谈起：
2019/11/15
6
当地层水含有MgCl2、CaCl2、SeCl2、BaCl2等物时，会部 分水释放出HCl，引起金属管道和设备的腐蚀、穿孔。
MgCl2+H2O=MgOHCl+HCl Fe+2HCl=FeCl2+H2↑
原 油 中 所 含 的 硫 化 物 受 热 也 会 分 解 ， 产 生 H2S ， 遇 到 水 时
“油包水”型乳状液是水以极微小的颗粒分散于
原油中，用符号W/O表示。此时，水是内相或分散相，
油是外相或连续相；
（2） “水包油”型乳状液
“水包油”型乳状液是油以极微小的颗粒分散于水
中，用符号O/W表示。此时，油是内相，水是外相。
（3）其它型式乳状液
还有多重乳状液，即油包水包油型O/W/O；水包
油包水型W/O/W。
2019/11/15
8
一方面会加大蒸馏塔内气体的线速度，影响分馏 效果，严重时引起冲塔现象，使蒸馏产品的质量受到 很大影响，另一方面，当原油含水率不均匀时，会引 起设备内压力突然变化，不仅使蒸馏装置无法平稳运 行，甚至可能出现超压爆炸事故。
不仅如此，当原油含水较高时，由于汽化后的水都与 塔顶汽油一起逸出，经冷凝、冷却才能安全储存，这 样也就增加了蒸馏装置燃料和冷却水的消耗，提高了 生产成本，因而降低了经济效益。
2019/11/15
31
第一节 原油乳状液
计算W/O型乳状液粘度的公式：
爱因斯坦(Einstein)公式：μ =μ 0（1+2.5Ф ）， 古斯(Guth)公式：μ =μ 0（1+2.5Ф +14.1Ф 2）， 凡德(Vand)公式:μ =μ 0（1+2.5Ф +7.31Ф 2+16.2Ф 3）， 蒙松(Mohcoh)公式：μ =μ 0（1+2.5Ф +2.19Ф 2+27.45Ф 3） 罗少依(Roscoe)公式：μ =μ 0（1-Ф ）-2.6 理查森(Richandson)公式：μ =μ 0e kφ
2019/11/15
19
第一节 原油乳状液
① 降低油水界面张力，使乳状液得到一定程度
的稳定；
② 界面膜具有较强的机械强度，阻止了在布朗热
运动下，水珠在碰撞时的合并，使之形成稳定的乳状
液。
因此，要使乳状液破乳，油水分离，设法破坏乳化
剂形成的界面膜是关键。现场处理乳化液，就是想办
法使其破乳，使油中的水分离出来。主要从以下两方
如图5.3所示,某种纯液体与饱和了本身蒸汽的空气
相接触,接触面为MN,在液体内部的分子受周围同类分
子的吸引力,合力为零；而处在表面上的分子,内部分子
对它的吸引力大于外部气体分子对它的吸引力,所受的
合力不为零,有向内的拉力。在该力的作用下，表层分
子有流入液体内层的趋势，即在不平衡力场下液体表
面有自动缩小的趋势。为了使液体内层分子到表面上
第五章 原油脱水净化
第一节 原油乳状液 第二节 原油处理的基本方法 第三节 原油处理设计
2019/11/15
1
人类开发油气田的目的，是为了获得有广泛使 用价值，有很高经济效益，符合一定商品规格与标 准的石油与天然气。而世界各地的油田几乎都要经 历含水开发期。自地下采出的原油往往都含有水， 特别是采油速度快和采取注水强化措施开发的油田， 其无水采油期很短，原油见水早，含水率增长速度 快，特别是到了油田开发后期，原油含水率会高达 90%以上。
2019/11/15
5
4. 引起金属管道和设备的结垢与腐蚀 原油中所含的地层水都有一定的矿化度。当矿化度 较高时，其中的碳酸盐会在管道和设备的内壁沉积 结垢，久而久之使管道通经变小，甚至完全堵塞。 当用管式加热炉或火筒炉加热矿化度较高的含水原 油时，会因结垢而影响热能的传导，严重时会引起 炉筒或火筒的过热变形，甚至酿成火灾事故。
2019/11/15
21
第一节 原油乳状液
某些乳化剂（如环烷酸等）具有亲水性，可形成 水包油型乳化液（O／W）。
油水乳状液类型的判别方法有以下几种如下表：染 色法、冲淡法、电导法和显微镜观察法，但只用一种 方法鉴别原油乳化液的类型往往有一定的局限性，通 常是采用多种方法，综合判断。
要防止乳化液的形成，只需破坏生成乳化液的三个 要素之一即可。