原油乳状液
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§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