超声波破乳的应用前景

超声波破乳的应用前景
摘要：研发原油破乳技术是现代石油工业领域的重要研究方向之一。

传统的化学破乳、物理破乳和生物破乳法应用于原油破乳取得了很大的进展，近年来国内外研究表明超声波破乳是一种能有效解决问题的新型破乳方法。

而且目前的破乳机理越来越朝着多元化发展，所以找到几种起协同作用的破乳技术是我们亟待解决的技术难题。

关键词：原油化学破乳物理破乳石油领域超声波破乳
一、原油中乳状液的生成机理
原油中含水并含有足够数量的天然乳化剂是生成原油乳状液的内在因素。

这些天然乳化剂主要包括沥青质，胶质，环烷酸，氮和硫等有机物。

因为这些有机物多数具有亲油憎水的性质，因此一般生成稳定的W/O型乳状液。

除此之外，在生产过程中使用的缓蚀剂，杀菌剂，润湿剂和强化采油的各种措施都会促使乳状液的生成。

二、超声波破乳机理
超声波是一种需要介质传播的弹性机械波，超声波与媒质的作用机制分为两种：热机制和非热机制，然而非热机制又分为机械机制与空化机制。

空化是一种集中声场能量并迅速释放的过程，它主要是通过存在于液体中的空化核在声场的作用下振动、生长和崩溃而起作用。

付静等学者指出超声波破乳的声强必须在空化阈之下（1）。

因此，超声波主要是通过超声波的机械振动作用，热作用依旧空化作用来达到破乳的效果。

其破乳机理可以总结如下：
1.机械作用——首先水“粒子”在机械振动的作用下凝聚，并且超声波通过与原油介质的接触使悬浮水“粒子”与原油介质一起振动。

由于水粒子的大小形状不同，这些粒子将相互碰撞、黏合，所以粒子的体积和质量慢慢都增大了，最后沉降分离下来。

除此之外，机械振动作用使原油中的环烷酸，胶质、脂肪酸，氮和硫等天然乳化剂分散均匀，除此之外，机械振动增加了天然乳化剂的溶解度，也降低油水界面膜的机械强度，这样达到水相沉降分离的目的。

2.热作用——众所周知油—水界面膜的强度和原油黏度随着温度的上升而降低。

热能主要通过两个方面来发挥作用。

一方面，边界摩擦作用使油—水分界处的温度升高，促使界面膜的破裂；另一方面，超声波所发出的能力也包括一部分热能，原油接触到热能也会使温度升高。

这样原油的黏度降低了，有利于水“粒子”的油—水的分离（2）。

3.空化作用——超声波在传播的过程中会使某些区域形成局部的暂时负压，这样有利于空穴和气泡的产生。

当超声波强度足够大且为负半周时，液体所受的拉力很大，气泡核会迅速膨胀；当超声波处在正半周时气泡会崩溃形成很多的小
气泡产生新的空化核。

伴随着空化作用的发生，介质内会产生局部高温和局部高压，在超声波强烈的冲击作用和高速射流的作用下产生巨大压力迫使原油乳状液破裂从而达到油水分离的目的。

孙宝江等从理论上分析了乳化液中的水粒子油粒子在超声波辐射下的位移效应，指出位移效应使得水～油“粒子”将不断向波腹或波节运动、聚结并发生碰撞，生成直径较大的水滴和油滴，最终在重力作用下达到油水分离（3）。

三、国内外研究进展
在20世纪八十年代，国外就有了对超声波破乳的研究。

其中DavisRobert Michael（4）等利用超声波处理原油乳状液，他们发现在频率为1.2kHz下配合破乳剂AQUANOX 272，最后用Basic Sediment and Water法分析含水量为0。

美国Teksonix公司利用超声波原油脱水处理装置及其工艺流程，分别在美国的8家工厂进行工业试验，均取得了良好的效果（5）Paczynska一LahmeB使用的超声波频率为35kHz和45kHz来做试验并和加热破乳方法相比得出超声波方法优于其他方法的结论（6）。

相对国外的研究而言，国内的研究起步较晚但是也取得了很辉煌的成绩。

李淑琴等用超声波处理黏度大于5 000 Pa.s的稠油时发现超声波破乳不但可以提高原油脱水破乳率而且还可以在很大程度上降低破乳剂用量（7）。

吕效平（8）等用超声波处理石化公司的污油，发现80%游离水可以通过超声波而脱除外加一些破乳剂可以脱出94%的游离水，从而极大的发挥了超声波破乳的作用。

陈永红等通过理论分析和室内实验指出对于某些乳化原油当破乳剂达不到理想效果的时候，超声波破乳技术可以进一步实现破乳脱水。

尤其指出当化学破乳剂结合超声波破乳技术时可以更大程度上提高破乳脱水的效率。

四、超声波破乳技术的优点以及应用前景
超声波技术的优点：
1.由于超声波在油和水中均具有良好的传导性，所以超声波破乳可适用于各种类型的乳状液。

，
2.超声波破乳可以在室温下进行，从而可以减少加热设备的使用也节约了能源。

3.超声波和破乳剂有良好的协同作用，超声波，的使用一方面可以提高破乳剂的破乳效率，同时也可以减少破乳剂的用量。

超声波技术的应用展望：
从超声波破乳的优点可以看出未来破乳技术可以以超声波破乳为主结合其他化学破乳和物理破乳的作用来达到更好的整体效果。

随着原油开发的不断深
入，各种各样的物理和化学手段将会用来提高采收率，这必定会大大加大原油乳状液的稳定性，然而目前对超声波破乳机理的研究还不够透彻，对破乳理论的分析还不够完善，以及对化学破乳剂的最优添加比例还没有一个明确的研究这样破乳的难度会越来越大，所以更加经济高效的破乳技术依旧是我们长期而艰巨的任务。

参考文献：
[1]付静，孙宝江，温志刚.超声波破乳的频率和声强.石油钻采工艺，1999，21（4）：69～72.
[2]张鸿仁.油田原油脱水.北京：石油工业出版社，1990.52～60.
[3]孙宝江，严大椿，乔文孝.乳化原油的超声波脱水研究.声学学报，1999，24（3）：327～331.
[4]DA VIS ROBERT MICHAEL，HADLEY HARDD W，PAUL JAMES MARK.Methoud and apparatus for breaking hydrocarbon emulsion，US 5885424，1995.
[5]STEFANESCU AURELIAN，AMILCAR VLADIMIR.Installation for desalination and purification of crude petroleum，RO81776，1986.
[6]Paezynska一1刁hmeB.，ErdoelErdgasKohle1989，105（7/8），31718
[7]李淑琴，程永清，张绪民.含水原油破乳脱水的声化学研究.天津化工，1997，（4）：22～24.
[8]韩萍芳，徐宁，吕效平，等. 超声波污油破乳脱水的研究[J]. 南京工业大学学报，2003，25（5）：73-75.。