二元油水乳狀液的制備及自然破乳規(guī)律研究

安會明，張壘壘

（蘭州城市學院培黎石油工程學院，甘肅蘭州 730070）

二元油水乳狀液是原油生產(chǎn)過程中常見的一種采出液狀態(tài)[1]。它的物理化學性質(zhì)對后期油水分離、原油輸送有重要的影響[2，3]。目前乳狀液破乳機理有相體積、定向楔、親水親油平衡值等多種理論解釋，每種理論都能對若干破乳現(xiàn)象進行有效解釋，但又不能全部解釋[4]。前期從二元驅(qū)油劑的成分出發(fā)研究了聚合物、表面活性劑對二元乳狀液穩(wěn)定性的影響[5]。本文以一種油田常見的二元乳狀液體系為研究對象，從外部擾動因素及含水量這一角度，進行室內(nèi)制備并研究剪切速率、剪切時間及含水率對該體系穩(wěn)定性的影響。

原料選用：大慶采油一廠脫水原油和煤油按照5:1比例配制成45℃條件下黏度為10 mPa·s的模擬油；室內(nèi)配制礦化度3 700 mg/L的模擬水；2 500萬相對分子質(zhì)量聚合物；大慶采油一廠用的甜菜堿1號表面活性劑。

二元體系的配制：聚合物濃度1 500 mg/L，表面活性劑濃度3 000 mg/L攪拌均勻。

實驗儀器：恒溫箱、IKA T25數(shù)顯型高速分散機、Brook黏度計、奧特BDS200生物倒置顯微鏡等。

1 不同剪切速率下的二元乳狀液分水率變化

按照模擬油、二元體系體積比1：9配制二元乳狀液（以下簡稱油水比）。在500 r/min、2 000 r/min、6 000 r/min、10 000 r/min、15 000 r/min、20 000 r/min 剪切速率條件下剪切5 min。45℃條件下靜置相同時間研究分水率的差異（見圖1）和分水率隨時間的變化（見圖2）。

圖1和圖2表明一定程度上隨剪切速率的增加，相同靜置時間內(nèi)分水率下降，二元乳狀液的穩(wěn)定性增強；當剪切速率大于10 000 r/min時，相同時間內(nèi)分水率變化不大，穩(wěn)定性基本一致。

一定程度上剪切速率越高，分散相越分散，油水界面膜越大[6]，越多的表面活性劑分子分布在界面膜上，使乳狀液宏觀表現(xiàn)更加穩(wěn)定。但是二元乳狀液分散相達到一定分散度時，有限量的表面活性劑分子不能維持原來的界面膜濃度，同時高剪切速率使聚合物分子鏈斷裂明顯[7]，乳狀液連續(xù)相的黏彈性降低，導致界面膜強度下降乳狀液穩(wěn)定性不能進一步增強。

2 不同剪切時間下的二元乳狀液分水率變化

按照油水比1：9配制二元乳狀液。在6 000 r/min剪切速率條件下分別剪切 2 min、4 min、6 min、8 min、10 min、15 min、20 min。45 ℃條件下靜置相同時間研究分水率的差異（見圖3）和分水率隨時間的變化（見圖 4）。

圖1 不同剪切速率下靜置3 h的乳狀液效果圖

圖2 不同剪切速率下乳狀液分水率隨時間的變化

圖3 不同剪切時間下靜置3 h的乳狀液效果圖

圖4 不同剪切時間下乳狀液分水率隨時間的變化

圖3、圖4表明一定程度上，隨剪切時間的增加，相同時間內(nèi)分水率下降，二元乳狀液的穩(wěn)定性增強；當剪切時間大于10 min時，相同時間內(nèi)分水率變化不大，穩(wěn)定性基本一致。

一定范圍內(nèi)剪切時間越長，分散相越分散[8]，油水界面膜越大，越多的表面活性劑分子分布在界面膜上，使乳狀液宏觀表現(xiàn)更加穩(wěn)定。恒定的剪切速率下形成相對恒定的乳狀液界面能，宏觀表現(xiàn)為該剪切速率下分散相達到最大分散程度。當分散程度達到最大值后，界面膜上表面活性劑分子數(shù)量也達到最大值，乳狀液穩(wěn)定性不再隨剪切時間的延長而增加。

3 不同含水率下的二元乳狀液分水率變化

按照油水比 1:9、2:8、3:7、4:6、5:5、6:4、7:3 配制二元乳狀液。在6 000 r/min剪切速率條件下剪切5 min。45℃條件下靜置相同時間研究分水率的差異（見圖5）和分水率隨時間的變化（見圖6）。

圖5、圖6表明一定程度上，隨含水率的增加，相同時間內(nèi)分水率上升，二元乳狀液的穩(wěn)定性降低。當含水率在50%以下時，分水率大幅度下降。

根據(jù)相體積理論隨著含油量的增加，二元乳狀液由O/W型向W/O型轉(zhuǎn)變[9，10]。相對于O/W型，W/O型乳狀液中連續(xù)相油有較大的黏彈性，界面膜強度高，乳狀液穩(wěn)定性強。未發(fā)生轉(zhuǎn)相之前，連續(xù)相水的黏彈性較低，分散相易聚集但短時間內(nèi)不發(fā)生融合，從而表現(xiàn)出分水率隨含水率的增加而增加。

4 結(jié)論

（1）二元油水體系存在剪切速率臨界值。大于臨界值時二元乳狀液穩(wěn)定性基本不變；小于臨界值時隨剪切速率的增加乳狀液穩(wěn)定性增強。

（2）二元油水體系在任意剪切速率下存在乳狀液的最大分散度。達到最大分散度之前隨剪切時間的增加，二元乳狀液穩(wěn)定性增強；達到最大分散度后乳狀液穩(wěn)定性隨剪切時間的增加不變。

圖5 不同含水率下靜置3 h的乳狀液效果圖

圖6 不同含水率下乳狀液分水率隨時間的變化

（3）二元乳狀液在O/W和W/O轉(zhuǎn)相點附近穩(wěn)定性變化較大。W/O乳狀液較O/W乳狀液穩(wěn)定性強。對于O/W乳狀液，隨著含水率的增加，穩(wěn)定性降低。

參考文獻：

[1]冷俊，潘一，李東勝，李曉鷗.油田化學驅(qū)油技術(shù)的應(yīng)用[J].當代化工，2014，43（8）：1495-1497+1501.

[2]吳應(yīng)湘，許晶禹.油水分離技術(shù)[J].力學進展，2015，45（6）：179-216.

[3]郭振江.原油管道輸送常見問題分析及對策研究[J].中國石油和化工標準和質(zhì)量，2016，（7）：94-96.

[4]陳鋒，楊總.乳狀液破乳方法綜述[J].石油化工應(yīng)用，2009，28（2）：1-3.

[5]張壘壘，安會明.影響二元乳狀液分水速度的研究[J].石油化工應(yīng)用，2016，35（5）：149-152.

[6]丁偉，楊珊珊，于濤，等.二元乳狀液穩(wěn)定性影響因素的研究[J].化學工業(yè)與工程技術(shù)，2014，35（1）：35-37.

[7]張瑞，秦妮，彭林，等.注入速度對疏水締合聚合物剪切后恢復性能的影響[J].石油學報，2013，34（1）：122-127.

[8]夏立新，曹國英，陸世維，等.原油乳狀液穩(wěn)定性和破乳研究進展[J].化學研究與應(yīng)用，2002，14（6）：623-627.

[9]吳文祥，董雯婷，吳鵬.二元復合體系組分對乳狀液類型及穩(wěn)定性影響[J].當代化工，2015，44（12）：2733-2735.

[10]侯軍偉，蘆志偉，焦秋菊，等.新疆油田復合驅(qū)過程中的乳狀液類型轉(zhuǎn)變[J].油田化學，2016，33（1）：112-115.