原油乳状液

§5-1 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。
鉴别方法
说明 往乳状液中加入油溶性染料，轻轻搅动，若乳状液呈现染 料的颜色，则外相是油，乳状液是 W/O 型；若分散液滴呈染 料颜色，则分散相是油，为O/W型。
老化
温度 相体积比
内相颗粒表面带电
原油类型 水相盐含量 pH值
三、乳状液的稳定性

老化：

时间对乳状液的稳定性也有一定的影响。原油乳状
液随时间的推移变得逐渐稳定，乳状液的这种性质
称为乳状液的老化。
四、原油乳状液的其他性质
1、乳状液密度
原油含水、含盐后，密度显著增大。 若已知乳状液体积含水率 ，原油和含盐水的密度ρo和ρw， 则原油乳状液的密度可按下式确定：
古斯(Guth)公式：μ=μ0（1+2.5Ф+14.1Ф2），
凡德(Vand)公式:μ=μ0（1+2.5Ф+7.31Ф2+16.2Ф3），
蒙松(Mohcoh)公式：μ=μ0（1+2.5Ф+2.19Ф2+27.45Ф3）
罗少依(Roscoe)公式：μ=μ0（1-Ф）-2.6 理查森(Richandson)公式：μ=μ0e kφ
取样位置 分析次数
油嘴压降 0.25~0.35 0.25~0.35 0.9~1.0
平均含水率
总含水率 游离水含率
60.0 62.2 60.0 22.0 44.7 0.7
乳化水含率
38.0 17.5 59.3
油嘴后 油嘴前 油嘴后
78 46 9
减少原油乳状液生成的预防措施：

用大油嘴并提高集输系统和油气分离器压力，减小油嘴前 后的压差；
（ 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。
§5-1 原油乳状液
（3）乳Biblioteka Baidu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


预防措施：

在集输系统的规划、设计、日常操作管理中尽量避免混合 物的激烈掺混：
管径不宜太小；



尽量减少弯头、三通、阀件等的局部阻力；
充分利用地形输送； 流程中避免对流体的反复减压和增压； 尽早分出混合物中的伴生气； 注意各种阀门的严密性。
三、乳状液的稳定性
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。影响原油乳状液稳定性的因素： 分散相粒径 油水密度差 外相原油粘度 界面膜和界面张力

防止稳定乳状液生成的措施： 尽量减少对油水混合物的剪切和搅拌 尽早脱水
对于自喷井： 产生乳状液的原因：

油水混合物沿油管向地面流动，随着压力降低，气体 析出膨胀，对油、水产生破碎和搅动作用。 混合物流过喷嘴时，流速猛增，压力急剧下降，使油 水充分破碎，形成较为稳定的乳状液。
油嘴前后乳化水含量
6 7
40 40
27（加药） 81（加药）
§5-1 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的那一点。
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。
概 述
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

油嘴装在井底


对于深井泵采油：
防止抽油机固定阀、游动阀、柱塞漏泄产生激烈搅动。 选择较大尺寸的固定阀和游动阀、并用气锚（使气体进入 油套环空内的装置），避免气体进入泵筒内。 提高深井泵容积效率。 往油井油套环空内注入破乳剂，能有效地阻止原油在井内 乳化，还能使油井增产。 对于地面集输管网 集输过程促成乳状液生成的因素：多相混输管路、离心泵， 弯头、三通、阀件等对混合物产生的搅拌。
原油乳状液颗粒

原油中的天然乳化剂：
1)分散在油相中的固体物：主要是颗粒直径小于2微米的 粘土、岩石粉、结晶石蜡等。


2)原油中的沥青质、胶质。 3)原油中的小分子极性化合物：环烷酸、脂肪酸等。 4)溶解在水中的物质：如某些盐类和某些高极性的表面 活性物质。


１、界面能和界面张力

不平衡力场作用下，液体表面
§5-1 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 据这一理论，含水率<74%是乳状液内相的最大可能 值，超过74%将导致乳状液转相。
（4）原油含水增加了原油粘度和管输费用。 （5）原油内的含盐水常引起金属管路和运输设备的结垢与腐蚀， 泥砂等固体杂质使泵、管路和其他设备产生激烈的机械磨损， 降低了管路和设备的使用寿命。 （6）影响炼制工作的正常进行。
§5-1 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：
有自动缩小的趋势；

在恒温恒压下，物系有自动向
自由能减小方向进行的趋势；

油水形成乳状液时，接触界面和界面能都很大，分散相液 滴会自发地合并，缩小界面面积使界面能趋向最低。
2. 乳化剂


乳化剂：使乳状液稳定的物质 作用：吸附在油－水界面上，形成吸附层。 （1）使油水界面的界面张力下降，减少了剪切水相变为小 水滴所需的能量，也减小了使水滴聚结、合并的表面能； （2）若吸附层具有凝胶状弹性结构，在分散相液滴周围形 成坚固、有韧性的膜，阻止水滴碰撞中的聚结、合并、沉降 （3）若乳化剂为极性分子，排列在水滴界面上形成电荷， 使水滴相互排斥，阻止水滴合并沉降。 （4）固体粉末聚集在油水界面上构成坚固而稳定的薄膜， 阻碍分散相颗粒碰撞时的合并，是乳状液稳定的又一机理。
3、石油生产中乳状液的生成和预防措施

原油乳状液的生成： 原油中含水，并含有足够数量的天然乳化剂，一般生 成稳定的W/O型原油乳状液。

原油中所含的天然乳化剂： 胶质、沥青质、环烷酸、 脂肪酸、氮和硫的有机物、蜡晶、粘土、砂粒、铁锈、 钻井修井液等。

另外，原油生产中使用的缓蚀剂、杀菌剂、润湿剂和 强化采油的化学药剂都是生成乳状液的乳化剂
染色法
冲淡法
将两滴乳状液分别滴在玻璃板上，然后将形成该乳状液的 油和水，分别滴在两滴乳状液中，轻轻搅拌，易于和油混合者 为W/O型；易于和水混合者为O/W型。 导电性好的为O/W型，差的为W/O型。
电导法
滤纸法
将乳状液滴在滤纸上，若能迅速铺开，滤纸上只留下一小 滴油，为O/W型；若铺不开，为W/O型。
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90%需进行脱水。
概 述
原油中含水、含盐、含泥砂等杂质会给原油的集 输和炼制带来很多麻烦（原油处理的目的）：
（1）满足对商品原油水含量、盐含量的行业或国家标准
商品原油含水要求： 我国 小于0.5％～2.0％
国际上
0.1％～3.0％，多数为0.2％
原油允许含水量与原油密度有关：密度大脱水难度高的原 油，允许水含量略高。 含盐量的要求：我国绝大部分油田原油含盐量不高，商品
原油含盐量无明确要求，一般不进行专门的脱盐处理。
概 述
（2）原油含水增大了原油密度使原油售价降低，不利于卖方。
（3）从井口到矿场油库，原油在收集、矿场加工、储存过程中， 不时需要加热升温，原油含水增大了燃料消耗、占用了部分焦 油、加热、加工资源，增加了原油生产成本。因而，应尽早与 原油分离。
根据油和水的透光性差别判别分散相类型。分散相透光性 好的为W/O型，分散相透光性不好的O/W型。
显微镜法
二、乳状液的生成机理

形成乳状液必须具备的条件：
（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 。
第五章
第一节
原油处理
原油乳状液
第二节
第三节
原油处理的基本方法
原油处理设计
概 述

对原油进行脱水、脱盐、脱除泥砂等机械杂 质，使之成为合格商品原油的过程称原油处 理，相应的容器称处理器或聚结器，国内常
称原油脱水。相应的容器称脱水器。
概 述
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
§5-1 原油乳状液
表5.3 破乳剂的破乳作用及其描述
作用
正吸附作用
描述
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 原油中一般难破乳沉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沉降出来 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 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
§5-1 原油乳状液
式中:
μ——乳状液粘度
μ0——温度条件相同时原油的粘度
Ф——含水体积分数
k—— 乳 状 液 粘 度 的 待 定 常 数 。 由 实 验 测 定 , 对
W/O型乳状液k=3~5。
§5-1 原油乳状液
五、化学药剂
原油处理使用化学药剂的作用是稳定生产工况及
防止腐蚀，提高原油脱水、脱气的效率，保证原油处 理合格。原油处理中常使用的化学药剂如表5.2所示。
§5-1 原油乳状液
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%。
§5-1 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=μ0（1+2.5Ф），
§5-1 原油乳状液
表5.2 原油处理中常用主要化学药剂类型 类型
破乳剂
作用
破坏乳状液的稳定性，改善油水分离效果
消泡剂
防腐剂
防止油液起泡、改善油气分离效果
防止或延缓原油处理设施受油井产出腐蚀 物的腐蚀
降凝剂
反相破乳剂
降低原油凝固点，防止管线原油冻结
使含油污水中的微小有机颗粒絮状凝成较 大粒子，使之沉降下来，达到净化污水的目的
反相破乳作用
反离子作用
湿润和渗透作用
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
§5-1 原油乳状液
（含水＜25.98%）
“ 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 （含水＞74.02%） “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。
Vo o Vw w ＝ o 1 w Vo Vw
四、原油乳状液的其他性质
２、乳状液粘度 外相粘度
内相体积浓度（含水率）
影响因素 温度
分散相粒径
乳化剂及界面膜性质
内相颗粒表面带电强弱
曲线 1 2 3 4 5
温度/℃ 40 40 50 50 70
剪切速率 27 81 27 81 81