油气集输-原油净化第2节

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2. 粘度
原油乳状液粘度随含水率的变化却呈现较为 复杂的关系。如下图所示，含水率较低时，乳状 液的粘度随含水率的增加而缓慢上升；含水率较 高时，粘度迅速上升；当含水率超过某一数值 （图中约为65～75％）时，粘度又迅速下降，此 时 W/O型乳状液转相为 O/W型或 W/O/W型乳状 液。此后，随含水率的进一步增加，油水混合物 的粘度变化不大。
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（3）内相颗粒表面带电
内相颗粒界面上带有极性相同的电荷是乳 状液稳定的重要原因。 乳状液内相颗粒界面上力场的不平衡，会 选择性地从外相介质中吸附阳离子或阴离子 以降低界面张力。这样，内相颗粒界面上稍 有同种电荷，而贴近颗粒的外相介质内则带 有极性相反的电荷。
•
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（3）内相颗粒表面带电
• 处于内相颗粒界面上的分子电离，电离
•
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（4）温度
• 加剧了内相颗粒的布朗运动，增加了互
相碰撞，合并成大颗粒的机率；
• 油水体积膨胀系数不同，原油体积膨胀
系数较大，使水和油的密度差增大，水 滴易于在油相中下沉；
• 降低了原油的粘度，水滴易于沉降。
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（4）温度
由上述可知，对原油乳状液加热，能 使乳状液稳定性降低，有利于原油脱水。 但加热需要消耗燃料，将增加原油蒸发损 耗。一般不希望把加热作为主要的脱水手 段。在达到脱水要求的前提下，应尽可能 对乳状液少加热或不加热。
变得逐渐稳定。乳状液的这种性质称为乳状液
的老化。在形成乳状液的初始阶段，乳状液的
老化十分显著，随后逐渐减弱，常常在一昼夜
后乳液的稳定性就很少再增加。
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后的阳离子或阴离子分布到邻近颗粒的
外相介质中去。
• 由于内相颗粒在外相介质中的布朗运动；
因摩擦而带电。
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（3）内相颗粒表面带电
乳状液内相颗粒界面上和其邻近的介质中带 有数量相等而符号相反的电荷，构成双电层，如 下图所示。显然，全部内相颗粒界面上均带有同 种电荷。由于静电斥力，内相颗粒难于碰撞，或 碰撞后又迅即分开，因而小颗粒难于合并成大颗 粒下沉，乳状液变得稳定。
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原油乳状液粘度与含水率的关系
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3. 密 度
原油含水、含盐后，其密度显著增大。 若已知乳状液体积含水率 φ、原油和含盐 水的密度分别为 ρo 和 ρw，则原油乳状液的 密度可按下式确定。
Vo o Vw w o (1 ) w Vo Vw
Vo、Vw—分别为油和水的体积，m3。
种性质常被用来破坏原油乳状液，脱除原油中所
含的水。
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5. 稳定性和老化
原油乳状液的稳定性是指：乳状液不被 破坏，抗油水分层的能力。它是原油乳状液 最重要的性质之一。
影响乳状液稳定性的主要因素有：乳状 液的分散度和原油粘度、乳化剂的类型和保 护膜的性质、内相颗粒表面带电、乳状液温 度和水的pH值等。
相比之下，内相颗粒界面带电对含水率低的 原油乳状液稳定性的影响更为明显。
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水滴相互作用示意图 （a）水滴的双电层； （b）两水滴的静电排斥
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（4）温度
乳状液温度对其稳定性有很大影响，随温 度的增高，乳状液稳定性下降。
•
乳状液的主要乳化剂一沥青质、胶质、 石蜡等在原油中的溶解度增加； 内相颗粒体积膨胀，使界面膜变薄， 机械强度减弱；
两种液体相接触时，表面能与表面张
力称为界面能和界面张力。
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2. 乳化剂
将煤油和水激烈搅拌，虽能使一种液体搅 拌成极微小的颗粒分散于另一种液体中形成 乳状液，但搅拌停止后，内相颗粒在周围液 体分子热运动的撞击下发生不断改变方向的 无秩序运动，即布朗运动，使内相颗粒相互 碰撞、合并，很快油水就分层了，即所得乳 状液的稳定性（寿命）很差。
量相溶）的液体；
• 要有强烈的搅动，使一种液体破碎成微小
的液滴分散于另一种液体中；
• 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。
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4. 原油乳状液的形成
当油、气、水混合物由井底沿井筒油管举 升到井口，经过油嘴的节流，以及集油管线、 阀件、离心式油泵等的强烈搅拌，使水滴充 分破碎成极小的颗粒，并为原油存在的环烷 酸、胶质、沥青质、石蜡、粘土和砂粒等 “油包水”型乳化剂所稳定、均匀地分散在 原油中，从而形成稳定W/O型乳状液。
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(1) 分散度和原油粘度
若油水混合物内有足够的乳化剂，并受 到充分搅拌，则形成内相颗粒小、分散度高 的原油乳状液。水滴愈小，分散度愈大，布 朗运动愈强烈，就能克服重力影响不下沉， 而保持稳定。此外，原油粘度愈大，水滴愈 不易下沉，原油乳状液也就愈稳定。
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（2）乳化剂的类型和保护膜的性质
原油中存在的天然乳化剂大体上可分为三 类： 第一类乳化剂是低分子有机物，如脂肪酸、 环烷酸和某些低分子胶质。这类物质有较强 的表面活性，易在内相颗粒界面形成界面膜。 但由于分子量低，界面保护膜强度不高，故 乳状液的稳定性较低。
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二、原油乳状液的生成机理
• 界面能和界面张力； • 乳化剂； • 形成稳定乳状液的必要条件； • 原油乳状液的形成； • 预防措施。
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1. 界面能和界面张力
欲使液体内层分子移到表面上来，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。所作的功储存 于表层，成为表层分子的位能，故液体表层 分子比内部分子多储存一部分能量，这种能 量称表面自由能，或表面能。
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5. 预防措施
• 提高油田地面集输系统和油气分离器的压
力，减小油嘴前后压差，有助于减少乳状 液的生成；
• 尽量减少弯头、三通、阀件等局部阻力 ；
• 往油井环形空间内注入破乳剂 。
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三、原油乳状液的性质
原油乳状液的主要物理一化学性质有分
散度、粘度、密度、电学性质和稳定性等。
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1. 分散度
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1. 界面能和界面张力
表面能产生的示意图
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表面张力
在恒温、恒压条件下，液体表面积每增 大一个单位所增加的表面能称为比表面能， 以J/m单位。在数值上，比表面能等于在液 体表面上垂直作用于单位长度上的表面紧缩 力，即表面张力。 表面张力可解释为抑制使 表面积增加而来自液体的阻力。
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界面能和界面张力
第二节 原油乳状液
• 原油乳状液的类型；
• 原油乳状液的生成机理；
• 原油乳状液的性质；
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一、原油乳状液的类型
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。
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原油乳状液的两种类型
一种是水以极微小的颗粒分散于原油中， 称为：“油包水”型乳状液，用符号W/ O表 示，水是内相或称分散相，油是外相或称分 散介质，因外相液体是相互连接的，故又称 连续相； 另一种是油以极微小颗粒分散于水中，称 为；“水包油”型乳状液，用符号O/W表示， 此时油是内相，水是外相。
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4. 电学性质
当水中溶有少量酸、碱、盐类时，其电 导率成数十倍地增加。因此，原油乳状液 的电导率除取决于其含水率和水颗粒的分 散度外，在很大程度上决定于水中的含盐、 含酸、含碱量。乳状液的电导率还随温度 的增高而增大。
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4. 电学性质
介电系数是乳状液另一项重要的电性质。原
油的介电系数为 2 ，水的介电系数约为油的 40 倍， 即为80。由于原油和水介电系数的悬殊差别，当 把乳状液置于电场内时，乳状液的内相水滴将沿 电力线排列，并使乳状液的电导率激烈增加。这
分散相在连续相中的分散程度称为分散 度。分散度用内相颗粒平均直径的倒数表示。 此外，也常用内相颗粒平均直径或内相颗粒 总表面积与总体积的比值，即比表面积表示。
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2. 粘度
影响乳状液粘度的因素很多，主要有： • 外相粘度； • 内相的体积浓度； • 温度； • 乳状液的分散度； • 乳化剂及界面膜的性质； • 内相颗粒表面带电强弱等。
面能趋向最低，这就是没有乳化剂时煤油和水不
能生成稳定乳状液的原因。
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2. 乳化剂
把那些溶入少量就 能显著降低溶液表面 张力的物质称为表面 活性物质，或表面活 性剂。表面活性剂降 低表面张力的能力称 表面活性，或表面活 度。 凡是能使溶液表面 张力升高的物质，称 为表面惰性物质 。
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（1） 乳化剂的类型
乳化剂的类型很能多，大部分乳化剂都 有表面活性剂。按生成乳状液类型可以分 为两大类： • 形成O/W型乳状液的乳化剂，它们都是 亲水性，在水中的溶解度大于油中，如水 溶性的皂类、蛋白质、植物胶、淀粉等； • 形成W/O型乳状液的乳化剂，它们都是 亲油性，易溶于油，如高级醇类、胶质、 高级脂类等。
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（5）水的pH值
水的pH值对原油乳状液的稳定性存在影响。 一般，pH值增加，内相颗粒界面膜的弹性和 机械强度降低，乳状液的稳定性变差。向乳
状液中引入强碱提高水的pH值，能促进乳状
液破乳。
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(6) 乳状液的老化
分散在原油中的天然乳化剂，特别是固体
乳化剂，在油水界面的吸附并构成致密的薄膜 需要有一定的时间。原油乳状液随时间的推移
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2. 粘度
原油粘度愈大，生成 W/O 型乳状液后 其粘度也愈大。例如： 50 ℃时，大庆某油 区所产原油粘度为 3.09mPa· s，当含水23.7 ％时实测粘度为 11.43mPa· s，而 50 ℃粘度 为9.49 mPa· s的原油，含水24.7％时实测粘 度为30 mPa· s。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。
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2. 乳化剂
若向油一水系统中加入第三种物质后，
经搅拌能得到稳定的乳状液，则把这种使
乳状液稳定的物质称为乳化剂。
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2. 乳化剂
根据热力学第二定律，在恒温、恒压下，物系
都有自动向自由能减小方向进行的趋势。当煤油 -
水形成乳状液时，其接触界面和界面能都很大，
从热力学观点看，乳状液是一种不稳定体系，分 散相液滴必然会自发地合并，缩小界面面积使界
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（3） 乳状液的保护膜
乳化剂使乳状液稳定的原因，是由于它
在界面上形成一层薄膜，保护分散相，使
其界面被掩蔽，液滴碰撞时，膜在外边保
护着，液滴不会因界面接触而合并，其情
形如下两图所示。
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O/W型乳状液的保护膜
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W/O型乳状液的保护膜
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3. 形成稳定乳状液的必要条件
• 系统中必须存在两种以上互不相溶（或微
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（2）乳化剂的类型和保护膜的性质
第二类是高分子有机物，如沥青、沥青质等。 它们在内相颗粒界面形成较厚的、粘性和弹性较 高的凝胶状界面膜，机械强度很高，使乳状液有 较高的稳定性。 第三类是粘土、砂粒和高熔点石蜡等固体乳 化剂。由这类乳化剂构成的界面膜的机械强度很 高，因而乳状液的稳定性也很高。由蜡晶粒作为 固体乳化剂，因温度增高时蜡晶粒的溶解而使乳 状液稳定性下降。
（2） 乳化剂的作用
乳化剂可通过多种途径使分散体转变为乳状液。
乳化剂的作用表现在以下几方面：
• 乳化剂吸附在油水界面，降低油水界聚结成较大液滴。
• 乳化剂可能是以某种方式排列的极性分子，使
液滴表面带电，同性相斥，液滴聚结难度增大。