原油水乳状液制备条件研究

第26卷第6期 油　气　储　运
实验研究
原油水乳状液制备条件研究
黄启玉3　张　帆　张劲军(中国石油大学(北京)油气储运工程系)　
汪　岷　白东乔
(中国石油管道公司秦京输油气分公司)
黄启玉　张　帆等:原油水乳状液制备条件研究,油气储运,2007,26(6)49～51。

摘　要　系统研究了搅拌转速、搅拌温度、加水方式等因素对乳状液性质的影响,优选了乳状液的制备条件,并将室内制备的乳状液的粘度和现场相同含水率的乳状液进行了对比,确定了室内制备乳状液的条件。

主题词　原油 乳状液 制备条件 影响因素 试验研究
一、前　言
在油水混合输送过程中,乳状液的性质是进行压力计算的重要依据,在室内制备与现场性质相同的乳状液具有重要意义。

室内试验油水混合方式有多种,并且各有特点,沈钟[1]等认为搅拌方式主要有机械搅拌、胶体磨研磨、超声波乳化器乳化、均化器乳化。

朱海山[2]认为要合理确定乳状液的制备条件,必须首先保证乳状液的制备应该与油田开发中原油与水的流动状况相一致并尽可能相近,即乳状液中原油与水的混合方式,应与从油层到泵、井筒、油嘴、分离设备、输送泵和管道的混合乳化方式相类似,并且搅拌的转速也要与次过程的剪切速率基本相吻合。

江延明、李传宪[3]等人通过试验研究了搅拌强度、搅拌时间和温度等操作条件的影响,认为搅拌强度越高,乳状液液滴平均半径越小,因而表观粘度越高;随搅拌时间的延长,乳状液的表观粘度不断上升,但上升幅度越来越小,最后趋于平衡;搅拌初期搅拌强度的影响大,随时间的推移,不同搅拌强度的乳状液的表观粘度的差别增强,达到最大值后开始减小,最后趋于同一平衡值;制备温度越高,所得到的乳状液的液滴越大,表观粘度越小。

二、试验仪器
1、　含水率测定仪器
D TS石油含水电脱分析仪,适用于原油含水率的测定,添加轻油和破乳剂后原油含水率的测量误差小于1%。

2、　流变仪
HAA KE RS150型流变仪。

3、　搅拌仪器
采用I KA数显可控转速搅拌器。

4、　控温水浴
试验仪器配备的水浴均为精密恒温水浴,控温精度可达到±0.1℃,其型号为HAA KE2C35及HAA KE2C25。

三、乳状液制备条件研究
乳状液的制备条件对乳状液的性质具有重要影响,搅拌器转速、搅拌温度和加水方式则是影响乳状液性质的最重要因素。

1、　搅拌转速的影响
为研究搅拌转速对乳状液性质的影响,原始油样在40℃时的粘度为7181mPa・s,首先将含水
　3102249,北京市昌平区府学路18号;电话:(010)89733543。

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9
4
・
41.8%的SZ36—1A区综合油样进行脱水,然后在常温下配置200mL含水41.8%的油水混合物,在水浴加热至40℃,恒温20min,分别用不同搅拌转速搅拌10min,然后装入粘度计测量40℃的粘度,结果见表1。

表1　搅拌转速对乳状液粘度的影响
搅拌转速(r/min)40℃时粘度
(mPa・s)
偏差
%
500 1000 15007292
8301
9352
1.5
15.6
30.2
　注　偏差=(制备乳状液的粘度-原始乳状液的粘度)×100/原始乳状液的粘度
由表1可知,在含水率相同的条件下,随搅拌转速的增加,乳状液粘度增加,对于SZ36—1A区综合油样,转速在500r/min条件下制备的乳状液的粘度与现场原始油样粘度最接近,误差只有1.5%,表明在转速500r/min时制备乳状液是合适的。

2、　搅拌温度的影响
为研究搅拌温度对混合原油乳状液性质的影响,采用以下两种方式制备油水乳状液。

(1)在某一恒定温度下(40℃)搅拌,装样后升高或降低温度测量不同温度下的粘度。

(2)在某一温度下搅拌后直接测量该温度下的粘度。

试验油样为SZ36-1A区综合油样,试验水样为现场油样脱出水,试验结果见表2～表5。

表2　含水10%不同搅拌温度下乳状液粘度
搅拌温度
(℃)不同测量方式下的乳状液粘度
(mPa・s)
方法1方法2
偏差
%
30 50 60 706394
1136
　571
598
6571
1090
598
307
2.7
-4.1
　4.6
　2.6
　注　偏差=100×(方法2粘度-方法1粘度)×2/(方法2粘度+方法1粘度);绝对平均偏差为3.5%。

表3　含水20%不同搅拌温度下乳状液粘度
搅拌温度
(℃)不同测量方式下的乳状液粘度
(mPa・s)
方法1方法2
偏差
%
30 50 60 709031
1643
763
388
9747
1551
688
369
7.6
-5.6
-10.3
-5.0
　注　绝对平均偏差为7.2%。

表4　含水30%不同搅拌温度下乳状液粘度
搅拌温度
(℃)
不同测量方式下的乳状液粘度
(mPa・s)
方法1方法2
偏差
% 30
50
60
70
12396
2256
1065
528
11672
2015
1130
540
-6.0
-11.3
5.9
2.2
　注　绝对平均偏差为6.4%。

表5　含水40%不同搅拌温度下乳状液粘度搅拌温度
(℃)
不同测量方式下的乳状液粘度
(mPa・s)
方法1方法2
偏差
% 30
50
60
70
18724
3199
1597
807
16315
3583
1297
726
-13.8
11.3
-20.7
-10.6
　注　绝对平均偏差为14.1%。

由表2～表5中的数据可以看出,SZ36-1A 区综合油样,随含水率的增加,两种方法测试结果差别变大。

3、　加水方式的影响
由于不同加水方式对油水乳状液的粘度及反向点有较大影响,为此,研究了两种加水方式对原油乳状液的影响。

(1)加水方式1　油水按设定比例一次混合,然后加热到50℃,恒温20min,用转速500r/min恒温搅拌。

(2)加水方式2　将设定比例的油水分别加热到50℃,搅拌过程中逐渐将水加入到油中。

研究了两种原油,一种是SZ36-1B7油样,含水率为30%,搅拌转速500r/min,搅拌温度50℃,油水均匀乳化。

另一种是秦皇岛32-6油样,搅拌转速500r/min,搅拌温度50℃,含水率分别为20%、30%和40%。

一次加水制备的乳状液没有完全被乳化,有游离水存在;而分次加水制备的乳状液,油水均匀乳化,没有游离水存在。

测试结果见表6～表9。

由表6～表9中的数据可以看出,SZ36-1B7井油样,在搅拌转速、搅拌温度相同的情况下,由于油水现场均匀的乳状液,两种加水方式制备的乳状液的差别不大,最大偏差只有3.2%,在测量误差允许范围之内。

而秦皇岛32—6油样,在含水率
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・油　气　储　运 2007年　
20%～40%的范围内,由于一次加水制备的乳状液有游离水存在,而分次加水制备的乳状液,油水均匀乳化,两种方式制备的乳状液粘度相差较大。

表6　加水方式对SZ36-1B7井油样的影响
加水方式不同温度时乳状液粘度
(mPa・s)
40℃60℃
不同温度下的偏差
%
40℃60℃
油水混合
边搅拌边加水2424
2502
539
546
-3.2
3.2
-1.3
1.3
表7　加水方式对含水20%的秦皇岛32-6油样的影响
加水方式不同温度下的乳状液粘度(mPa・s) 20℃40℃60℃
油水混合
边搅拌边加水
7189
16731
1727
2547
384
525
表8　加水方式对含水30%的秦皇岛32-6油样的影响
加水方式不同温度下的乳状液粘度(mPa・s) 20℃40℃60℃
油水混合
边搅拌边加水
9779
21725
2175
3324
445
664
表9　加水方式对含水40%的秦皇岛32-6油样的影响
加水方式不同温度下的乳状液粘度(mPa・s) 20℃40℃60℃
油水混合
边搅拌边加水
8342
28615
1694
5078
379
1026
四、室内试验和现场实测数据的
对比结果
在一定的制备体系和条件下,可使室内制备出的油水乳状液粘度与现场相同含水率油水乳状液的粘度接近,即两者的油水混合及乳化程度要相当。

以上室内试验研究结果表明,室内将制备乳状液应具备以下条件。

(1)按所需含水率将水一次性加入到油中。

(2)混合温度为40～50℃。

(3)油水混合搅拌的转速为500r/min。

(4)搅拌时间为10min。

按上述制备条件,对比了不同油田、不同含水率现场乳状液与室内制备乳状液的粘度,结果见表10～表12。

表10　含水率10.1%渤中乳状液与室内乳状液粘度对比油　样
不同温度下的乳状液粘度(mPa・s)
40℃60℃80℃
现场乳化油
室内制备含水油
1418
1475
349
372
119
125油　样
不同温度下的偏差%
40℃60℃80℃
现场乳化油
室内制备含水油
4.0
6.6
5.0
　注　偏差=100×(室内制备乳状液粘度-现场乳化油粘度)/现场乳化油粘度。

表11　含水率21.4%埕北B区井口油与室内油样粘度对比油　样
不同温度下的乳状液粘度(mPa・s)
40℃60℃80℃
现场乳化油
室内制备含水油
4019
4152
941
956
287
293油　样
不同温度下的偏差%
40℃60℃80℃
现场乳化油
室内制备含水油
3.3
1.6
2.1
表12　含水10%南堡乳化油与室内粘度对比
油　样
不同温度下的乳状液粘度(mPa・s)
40℃60℃80℃
现场乳化油
室内制备含水油
6911
6873
1159
1226
340
336油　样
不同温度下的偏差%
40℃60℃80℃
现场乳化油
室内制备含水油
-0.5
5.8
1.2
表10～表12的试验结果表明,用本研究提供的乳状液制备方法在室内制备的油水乳状液与现场相同含水率油水乳状液的粘度是非常接近的,最大偏差只有6.6%,绝对平均偏差为3.3%,完全满足过程需要。

参　考　文　献
1,　沈　钟　王果庭:胶体与表面化学,化学工业出版社(北京), 1997。

2,　朱海山　王云辉:油水乳状液或混合液粘度测定的主要影响因素及其对海底管道设计的影响,中国海上石油,2001, 13(3)9～12。

3,　江延明　李传宪:油水乳状液的制备,油气田地面工程,2000, 19(6)21～22。

(收稿日期:2006205208)
编辑:孟凡强
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第26卷第6期 黄启玉等:原油水乳状液制备条件研究
作　者　介　绍
潘家华　教授级高级工程师,我国管道工程断裂力学专家,1930年生,1952年毕业于原北洋大学机械系,
1991年第一批享受国务院政府特殊津贴。

曾在清华大学、石油学院任教,现为中国石油集团公司咨询中心成员,中国石油管道公司、中国石油天然气管道局、中国石油西气东输管道公司高级顾问,上海交通大学、天津大学、中国石油大学、解放军后勤工程学院、抚顺石油学院教授,中科院金属研究所客座研究员,《油气储运》杂志社1～6届编委会主任。

长期从事长输管道勘察、设计、建设、运行管理、技术研究以及重大事故处理工作。

樊明武　1967生,1990年毕业于石油大学(华东)钻井专业,2000年硕士毕业于石油大学(北京)工商管理专
业,现为西安交通大学管理学院博士研究生。

杜丽红　1976年生,2000年毕业于西南石油学院油气储运专业,现为西南石油大学油气储运专业在读硕士
研究生。

刘嵬辉　高级工程师,1960年生,1982年毕业于大连理工大学(原大连工学院)水利系海洋石油建筑工程专
业,现任中国石油天然气管道局海洋工程分公司副总经理兼总工程师。

杨　伟　见本刊2007年第1期作者介绍。

谢翠丽　副教授,1973年生,1996年毕业于石油大学(华东)油气储运工程专业,1999年硕士毕业于石油大
学(华东)油气储运工程专业,2003年博士毕业于上海理工大学动力机械及工程专业,现在上海理工大学动力工程学院叶轮机械及流体工程研究所从事教学与研究工作。

张　静　助理工程师,1980年生,2005年毕业于中国石油大学(华东)计算机科学与技术专业,现在中国石化
销售公司华南分公司深圳管理处从事工艺设备管理工作。

赵会军　高级工程师,1965年生,1988年毕业于石油大学(北京)石油机械专业,获硕士学位,现为中国石油
大学(华东)在读博士生,在江苏工业学院从事教学与科研工作。

胡桂明　1981生,2003年毕业于南京工业大学机械与动力工程学院过程装备与控制工程专业,现为南京工
业大学机械与动力工程学院化工过程机械专业在读博士研究生。

梁永图　副教授,1971年生,1995年毕业于石油大学(华东)采油专业,2001年毕业于石油大学(北京)油气
储运专业,获硕士学位,现为中国石油大学(北京)油气储运专业在读博士生,在中国石油大学(北京)主要从事教学与研究工作。

孙宏全　工程师,1972年生,1994年毕业于西安公路学院公路系,2005年硕士毕业于天津大学材料学院,现
在中国石油天然气管道工程有限公司从事长输管道工程的设计工作。

吴长访　工程师,1973年生,2003年硕士毕业于中国石油大学(北京)机械设计及理论专业,现在中国石油管
道公司科技中心防腐技术研究所从事腐蚀防护研究工作。

陶　平　工程师,1970生,1996毕业于西南石油学院采油工程专业,现在中国石油天然气管道工程有限公司
从事油气储运的设计工作。

黄启玉　副教授,1969年生,2000年毕业于石油大学(北京)油气储运专业,获博士学位,现在中国石油大学
(北京)油气储运工程系从事教学和科研工作。

陈洪源　工程师,1975年生,2000年毕业于西南石油学院油气储运专业,现在中国石油管道公司科技中心防
腐技术研究所从事腐蚀防护研究工作。

张志军　工程师,1971年生,1992年毕业于石油大学(华东)石油储运专业,现在中国石油天然气北京油气调
控中心工作。

孙启敬　工程师,1970年生,1993年毕业于大庆石油学院机械系热力涡轮机专业,现在中国石油西气东输管
道公司压缩机维检中心工作。

刘春杨　助理工程师,1981年生,2002年毕业于中国石油大学(华东)油气储运工程专业,现在中国石油天然
气股份有限公司工作。

・26・油　气　储　运 2007年　。