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原油破乳和原油破乳剂

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    2019-6-18 11:46
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    [LV.7]常住居民III

    发表于 2017-11-29 11:13:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

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      1乳化和乳化液
      一种液体以一定大小的液滴形式分散于另一种液体中,这一过程就叫乳化;形成的新液体就是乳化液。常见乳化液如牛奶,原油。
      在乳化液中,处于内部被包围状态的液滴叫分散相,又叫内相;处于外部的液体叫连续相,又叫外相。内相为水外相为油的叫油包水型乳化液,记为W/O;内相为油外相为水的叫油包水型乳化液,记为O/W。内外相的结合面叫界面。
      乳化液的形成条件:
      1)两种互不相溶的液体;
      2)提供能量的条件,如搅拌;
      3)活性物质如乳化剂的存在,这是形成稳定乳化液的必要条件。
      乳化剂的作用:扩散和分布在油水界面上,形成定向排列,降低界面张力,并与其他活性物质一起构成界面膜,从而稳定乳化液。
      W/O乳化液和O/W乳化液的形成:
      1)油水比例。
      2)乳化剂种类。乳化剂是促进乳化发生并使乳化液更为稳定的一类表面活性剂。乳化剂分子有亲油基团和亲水基团构成。主要根据亲水基团的电离情况不同,可将乳化剂分为非离子、阴离子和阳离子三种类型。亲水基团不电离的是非离子型,亲水基团电离后带负电的是阴离子型,亲水基团电离后带正电的是阳离子型。但无论何种类型,亲水基/亲油基的大小、特性和能力决定了乳化剂分子的亲油性亲水性有强弱之分。另外离子型乳化剂在界面膜上的排列,显然会使界面膜具有正电性或负电性,这样也会使液滴间产生电性排斥,阻止液滴合并,增加乳化液稳定性。
      3)温度和混合方式等。
      一般油多水少容易形成W/O乳化液,水多油少容易形成O/W乳化液。存在亲油性或油溶性强的乳化剂,容易形成W/O乳化液,存在亲水性或水溶性强的乳化剂,容易形成O/W。实际上生成何种乳化液受以上三种因素的综合影响。而且一定条件下W/O乳化液和O/W乳化液可相互转换
      2破乳和破乳剂
      破乳是乳化的逆过程。从物理学上讲,乳化液是一种不稳定状态,有液相分离的趋势;但实际上许多乳化液室温下放置几年也不会分层,比如一些含水原油。为什么呢?这是因为乳化液中的分散液滴一直在做无规则的运动(布朗运动),而且温度越高运动越快,液滴间的碰撞时时发生,由于同种液体间的引力较大,如果没有弹性界面膜的存在,必然发生液滴的结合,小液滴逐渐变成大液滴,然后因油水密度的差异而分层破乳。界面膜的牢固程度、液滴的大小和温度条件的不同造成了乳化液的稳定程度不同。
      所以乳化液的破乳同乳化液的形成一样也需要一定的条件,如温度的变化,酸碱盐的加入,破乳剂的使用,外加电场等。
      1)温度的影响:升温可使布朗运动加快,增加液滴碰撞频率,促进液滴结合;升温还可使两种液体的密度差发生变化,从而影响液体分层;降低液相粘度,利于水的沉降。
      2)电解质的影响:主要也有两方面,一是中和界面膜所带电荷,降低液滴间排斥力,二是增加油水密度差,加快破乳。
      3)破乳剂的影响:破乳剂与乳化剂类似,其分子都是由亲油基团和亲水基团构成的,这一类物质都容易吸附到油水界面上,由于分子引力的变化使得界面张力降低,所以这些物质有统称为表面活性剂。一般认为,破乳剂吸附到油水界面上后,会替代原有活性物质,降低膜的稳定性,加快破乳。破乳剂与乳化剂在一定条件下功能可以转换。
      4)电场的影响:乳化液外加电场后,分散的液滴会发生变形和极化,从而使液滴间电性引力加强,这种引力往往远大于同性液体间的吸引力,会大大促进液滴合并速度,促进破乳。
    3原油乳化液和原油破乳
      3.1原油乳化液的形成和稳定
      在地层中,通常油和水是分离的。采油过程中泵的剪切、油嘴的节流、管线和容器内的搅拌混合等,为乳化液的形成提供了动力。而原油中存在的环烷酸、天然脂肪酸、酚及它们的盐类等天然表面活性剂,蜡的晶体,沥青质颗粒,胶质,岩屑,黏土颗粒,未溶解的盐类等多种物质都使乳化液变得稳定。一般高黏度重质原油形成的乳化液更为稳定,尤其是在老化后,由于轻烃的挥发使原油黏度增加、某些成分的氧化和沥青质胶质等的聚结都会使界面膜更加牢固,乳化液更加稳定。
      3.2原油破乳
      油田采用的破乳脱水方式主要有三种:热沉降,化学法,电场法。对应的设备是沉降罐、游离水分离器、热处理器和电脱水器,其对应关系如下:
      沉降罐------热沉降或热化学沉降;
      游离水分离器------热化学沉降;
      热处理器------热化学沉降;
      电脱水器------热、电化学沉降。
      3.3设备参数调节
      与原油脱水有关的最重要设备参数有两个:流程温度和油水界面。
      加热升温除前述影响(布朗运动加快,液体的密度差变化)外,还可增加石蜡胶质沥青等在原油中的溶解度,降低油水界面膜强度,使原油乳化液黏度降低,进一步提高脱水速度。
      有些原油在室内试验中,温度升高5度,15分钟的脱水速度可提高1~3倍。所以,在实际生产中,尤其对于高粘稠油,只要条件允许,提高系统温度会使破乳脱水难度大大降低。
      合适的油水界面是脱水设备正常工作的基本保障之一。在其它条件不变时,油水界面升高,会使容器内油相空间减少而水相空间增加,这就使油相停留时间减少而水相停留时间增加,结果是流出原油含水升高而排出的污水含油下降。油水界面降低则会造成相反的结果。因此在生产中可根据对原油含水和污水含油的具体要求调节设备的油水界面。对于电脱水器还应考虑油水界面对电极的影响,不可过高。
      3.4消泡剂的使用
      简单讲,使用消泡剂会提高三相分离器(游离水分离器、热处理器)液气分离效率;提高天然气系统工作安全性;增大分离设备有效容积,增加液相停留时间,提高油水分离效率。
      4原油破乳剂
      4.1原油破乳剂的组成
      溶剂:水溶性破乳剂一般为甲醇、乙醇和水,个别有异丙醇等;油溶性破乳剂一般为甲苯、二甲苯和重芳烃。有机溶剂的选择要考虑活性物的溶解性和药剂生产的特殊要求,以及对药剂毒性和安全性的要求。
      活性物或有效成分:这是破乳剂作用的主体。目前商品化的药剂主要有两类活性物:一是聚醚及其衍生物,二是聚酯。其中又以前者更多。
      添加剂:许多供应商根据药剂的具体用途和对象,会采用各具特点的添加剂。
      4.2原油破乳剂的生产
      合成:1)聚醚的合成:有机起始剂与环氧丙烷(氧化丙烯)、环氧乙烷(氧化乙烯)在碱的催化和一定温度压力条件下,按一定比例和次序反应生成聚环氧丙烯环氧乙烯醚,简称聚醚。2)聚酯的合成:有机二元酸或其酐与二元醇在酸性催化剂的催化下,生成以酯键连接的大分子,称为聚酯。
      后处理:一般有两类方式,一是两个或两个以上的聚醚或聚酯分子与一个或多个小分子反应,形成连接在一起的更大分子;二是用其它分子与聚醚或聚酯分子的端基反应,使反应产物发生性能上的改进。这两种方法都可使破乳剂更具适用性和针对性。
      稀释:前述聚醚或聚酯一般黏度很大,在原油中的分散性也不好,所以需要用恰当的溶剂稀释。选择稀释剂时,要考虑其对聚醚或聚酯的溶解性及其本身的安全性。
      4.3原油破乳剂的作用过程
      分散:破乳剂必需在溶剂的帮助下通过原油的搅动充分分散。
      扩散和替代:分散均匀的要通过进一步扩散到达界面膜,并替代原有的活性物质。
      界面膜的破坏:破乳剂替代原有的活性物质后,界面膜局部表面张力发生变化而使界面膜变得不稳定。
      液滴合并/凝聚:由于布朗运动或其它力量使液滴碰撞时,液滴间合并并逐渐形成大液滴,此过程又称为凝聚。
      水相沉降(油相上浮):小液滴凝聚成大液滴后,在重力作用下,水相沉降,油相上浮,两相分层,完成破乳。
      4.4原油破乳剂的性能评价
      脱水速度:一般讲,只要在流程热化学沉降阶段的停留时间内,破乳剂的脱水率能达到60%以上,这种破乳剂就能满足现场脱水要求。
      终脱水量:如果电脱水器不能将原油含水降至要求值,破乳剂的终脱水量才显得重要。,一般终脱水量记录时间:轻质原油不超过60分钟;重质原油(稠油)90~120分钟;超重油可达24小时以上。终脱水量记录时间的确定也要参考油田的具体情况。
      脱出水质:“油水两净”是油田脱水要达到目的,有些时候,尤其是油田开采后期高含水阶段,甚至比脱水速度和终脱水量更为重要。目测评价脱出水水质主要有两个指标,颜色顺序是:无色,浅黄色,黄色,褐色,黑色;透明性次序为:透明,半透明,不透明。
      油水界面:油水界面对油田脱水设备的运行至关重要,室内瓶试试验时对油水界面的描述一般为:整齐(即所谓一条线),不整齐,拖尾,严重拖尾。油水界面不好对现场脱水的影响主要有二:使各级分离器排出的污水严重带油;使电脱水器电场不稳。
      4.5原油破乳剂的现场应用
      现场稀释:破乳剂现场加药时,水溶性药剂可以稀释,稀释比例一般不低于1:3(药:水),而且要先加水后加药,边加边搅拌。油溶性药剂一般不稀释。
      药剂的配合使用:油田使用的化学药剂与破乳剂影响最大的是反相(向)破乳剂(清水剂)和缓蚀剂(防腐剂)。反相(向)破乳剂使用得当,可弥补破乳剂性能不足;反之会降低破乳剂的脱水速度和脱水率。缓蚀剂通常会使破乳剂的脱水速度和脱水率降低。
      注入量和注入点选择:油田情况不同,药剂性能特点也不相同。要根据流程特点和流程变化,通过现场试验进行最低加药量和最佳加药量的确定和调整。
      4.6使用原油破乳剂的安全要求
      毒性:原油破乳剂都具有毒性,其毒性主要来自使用的甲苯、二甲苯、重芳烃和甲醇等有机溶剂。
      燃烧危险性:原油破乳剂无论是水溶性还是油溶性,均可燃烧,其闪点10℃~50℃不等。破乳剂油田一般存放在生产区,满足防明火、防静电等基本的安全要求,燃烧爆炸的危险性很小,但也不可大意。

    文章来源:洛克斯石油论坛http://www.oilequipcn.net/ 洛克斯石油网http://www.oil126.com/   
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