原油乳状液转相特性的研究

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摘 要：随着对石油资源开采程度的加深，原油变稠变重成为世界性不可逆转的趋势。稠油资源突出的特点是粘度大、凝点高、密度大、低温流动困难，这严重制约着稠油的开采和输送。因此，乳化降粘是一个十分研究的研究领域，乳化剂用量少，油含量高，降粘效果非常明显，是一种很受推广的稠油降粘输送方法。

关键词：乳状液 动态转相 静态稳定性

一、主要研究内容

在实际管输过程中，原油乳液始终处于动剪切条件下。此时乳液聚结速率较低，分出的水相经剪切又分散开来，因而乳液的动态稳定性远高于静态稳定性。本文主侧重点在乳状液静态稳定性的影响因素及乳状液的转相特性。

1.乳状液的稳定性的研究

乳化过程为：分别量取一定量原油和一定量乳化剂活性水溶液，在特定温度下恒温一定时间；然后将乳化剂水溶液与油样混合于250毫升的烧杯中，在一定的乳化温度下用IKA电动搅拌机（EUROSTAR Power CV型）以一定的搅拌强度乳化此混合体系，即得到乳状液。

1.1乳化剂浓度对乳状液静态稳定性的影响

控制乳化温度为50℃，NaCl溶液摩尔分数为0.01mol/l，油水比为70：30，剪切强度为750rpm×3min，改变表面活性剂浓度，考察表面活性剂浓度不同时稠油乳状液的静态稳定性。

乳化剂浓度对乳状液静态稳定性的影响是：由乳化程度与乳状液的粘度两个方面决定的，乳化剂浓度提高与粘度增大都会使得静态稳定性增加。因此，当乳化不完全时，由于0.5wt.%的粘度远大于1wt.%的粘度，相对来说，0.5wt.%的稳定性比1wt.%的好。而乳化完全时，在粘度与剂浓度的双重作用下，1wt.%的稳定性是最差的。对于5wt.%的乳状液，剂浓度与粘度都有利于乳状液的静态稳定。

1.2含油率对乳状液静态稳定性的影响

随着含油率的提高，乳状液分水的百分比减小，浓相体积分数的绝对值差增大，分出的下层溶液越来越清澈，液滴体积逐渐增大，液滴内的多重乳滴也逐渐增多，乳状液的粘度随着含油率的提高逐渐增大，当含油率接近最佳密堆积分数时，乳状液粘度迅速提高，但仍小于纯油的粘度，但是W/O 乳状液的粘度要大纯油的粘度。

1.3盐浓度对于乳状液静态稳定性的影响

无机盐对乳状液稳定性影响机理体主要现在四个方面：（1）电解质改变了界面双电层结构；（2）无机盐的存在影响了乳化剂的亲水亲油平衡；（3）无机盐影响了油水密度差；（4）盐浓度影响了乳状液的粘度。

油水比为70：30时，随着盐浓度增大，乳状液的静态稳定性逐渐增强，盐浓度对稠油乳状液稳定性影响比较大。

1.4温度对乳状液静态稳定性的影响

温度的变化会引起两相间的界面张力、界面膜的性质、在两相中乳化剂的相对稳定性以及分散粒子的热运动的变化。所以，温度的变化常常使乳状液的稳定性发生相当大的变化。

大多数情况下，乳状液的稳定性随着温度升高而下降。温度的升高会增加油水两相对乳化剂的溶解度，使得油水界面上的乳化剂脱附，降低界面膜的强度，减弱界面膜阻止液滴聚并的能力，乳状液的稳定性下降。同时，随着温度的升高，油水相粘度降低，密度差增大，液滴沉降速度加快。另外，温度的升高会加快液滴的布朗运动，增加碰撞机会，从而使得液滴更容易发生絮集和聚并，最终导致乳状液稳定性下降。

2.O/W乳状液的动态转相特性研究

乳状液的转相可分为一般转相和动态转相，也可根据引起乳液转相的变量的不同，可分为过渡转相和突变转相。乳状液动态转相是一个乳滴分散聚合的过程，其显微照片与电导率随时间的变化趋势也揭示了这一点。其电导率变化趋势为先增大后降低；随时间延长，降低会变得缓慢，至某一时刻突然转相电导率急剧降为零。

各因素对乳状液动态转相的影响可以归结为以下几点

2.1乳化剂浓度的影响。乳化剂浓度的提高，不利于O/W乳状液的转相。剂浓度提高，动态转相时间无一例外全部延长，且延长时间比例较大；而由于密堆积体积分数的限制，一般转相中，提高转相的含油率，影响不大。

2.2相体积分数的影响。含油率在影响原油的转相特性中占主导地位。偏离最佳配方变量时，分散相体积分数（内相体积或内相乳状液）达到定量时，便会发生转相。接近最佳配方时，这个体积值会发生变化。这种变化似乎仅与配方变量有关，接近最佳配方时，会远远超过六边形紧密镶嵌。然而实际情况往往可能不是单纯的液滴存在于外相中，而是接近两相流。

2.3盐浓度影响。总的来说，乳状液随着盐浓度与价态的提高，不利于转相。

2.4剪切强度的影响。剪切强度对乳状液动态转相的影响一般是强度越大，转相越快。但是其影响是比较复杂的。存在一个中间剪切状态，或者叫中介条件，乳状液转相滞后严重且仅有少量多重乳液形成。不论剪切强度增加或减小，这种滞后都会降低。而在很高或很低的剪切强度时，转相几乎没有滞后，并且有多重乳液形成。这种中介条件应该与表面活性剂分子重量及转相方案有关。

2.5温度的影响。温度变化影响的因素有很多，总的来说，温度对乳化剂性质与原油粘度的影响对原油乳状液转相起影响最大。温度低时，转相的含油率小，动态转相的时间短，随着温度的升高，不利于乳状液转相，然而，温度过高时，乳化剂失效，转相的含油率减小，时间变短。

2.6碱浓度的影响。随着碱含量的增加，稠油O/W乳状液动态转相时间是先增长后减小的。碱的加入中和了原油中的酸性物质，有利于乳状液的动态稳定；当碱稍微过量，对乳状液转相时间没有影响；继续提高碱浓度，影响了乳化剂性质时，乳状液转相时间剧减。

作者简介：

郑志鹏（1985-）男，汉，山东滨州人。助理工程师，主要从事油气储运工作。

张莹（1990-）女，汉，辽宁盘锦人。助理工程师，主要从事采气工作。

申丹（1985-）女，汉，山东菏泽人。助理工程师，主要从事物探工作。