原油破乳技術(shù)進(jìn)展

張彩霞 ， 謝國東 ， 權(quán)紅梅 ， 仵慧寧 ， 徐 潔

(蘭州城市學(xué)院 培黎石油工程學(xué)院 ， 甘肅 蘭州 730070)

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原油破乳技術(shù)進(jìn)展

張彩霞 ， 謝國東 ， 權(quán)紅梅 ， 仵慧寧 ， 徐 潔

(蘭州城市學(xué)院 培黎石油工程學(xué)院 ， 甘肅 蘭州 730070)

隨著三次采油與稠油開采的進(jìn)行，原油所形成的乳化液越來越穩(wěn)定。原油質(zhì)量不斷下降，破乳脫水工作越來越困難，迫切需要高效的脫水方法。文章闡述總結(jié)了物理破乳、化學(xué)破乳和生物破乳技術(shù)各自的破乳機(jī)理、技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用進(jìn)展，同時(shí)介紹了一些新型破乳技術(shù)，如高頻輻射破乳技術(shù)、水擊諧波破乳法、CO2破乳法等破乳方法的原理和應(yīng)用前景。

稠油破乳技術(shù) ； 物理破乳 ； 化學(xué)破乳 ； 生物破乳 ； 新型破乳技術(shù)

0 引言

在油田開采早期，原油乳狀液所含乳化劑主要是原油本身所含有的活性組分，原油乳狀液呈多徑粗分散狀態(tài)，熱化學(xué)穩(wěn)定性差，油水易于分離，破乳劑用量低。以降水增產(chǎn)為前提，油田采取了各種增油措施，如酸化、壓裂、堵水等井下作業(yè)，聚合物驅(qū)、堿驅(qū)、復(fù)合驅(qū)等三次采油作業(yè)。這些采油新技術(shù)的應(yīng)用，將大量的化學(xué)藥劑帶入地層，使得采出液性質(zhì)發(fā)生了很大的變化，導(dǎo)致油水分離過程中中間相變厚和水相中油含量過高等新問題的出現(xiàn)。因此，油田采出液的破乳脫水問題以及油水分離過程產(chǎn)生的高含油污水問題成為各油田急待解決的問題。

近年來，隨著稠油開采范圍的不斷擴(kuò)大，各種稠油乳狀液破乳方法得到了廣泛關(guān)注，相關(guān)研究也取得了重要進(jìn)展。同時(shí)通過研究新型破乳技術(shù)，逐步形成針對不同稠油破乳的有效配套技術(shù)，從而指導(dǎo)稠油的整體開發(fā)部署，可逐步實(shí)現(xiàn)稠油油田未動用儲量的逐步動用，并帶動國內(nèi)低品位資源的規(guī)模效益開發(fā)步伐。

1 原油乳狀液破乳機(jī)理

近年來，原油乳狀液的破乳機(jī)理研究多集中在液滴聚結(jié)過程的精細(xì)考察和破乳劑對界面流變性質(zhì)的影響等方面。一般認(rèn)為，乳狀液的破乳需經(jīng)歷分油、絮凝、膜排水、聚結(jié)等過程。破乳劑加入后向油—水界面擴(kuò)散，由于破乳劑的界面活性高于原油中成膜物質(zhì)的界面活性，并且與原油中成膜物質(zhì)形成具有比原來界面膜強(qiáng)度更低的混合膜，導(dǎo)致界面膜破壞，將膜內(nèi)包覆的水釋放出來，水滴相互聚結(jié)形成大水滴沉降到底部，油—水兩相發(fā)生分離，達(dá)到破乳的目的。

在無破乳劑的體系內(nèi)，液滴界面吸附瀝青質(zhì)等天然乳化劑，兩個液滴的聚結(jié)膜發(fā)生薄化使天然乳化劑分子在界面上的濃度分布不均形成負(fù)的界面張力梯度，這種狀況使膜排水作用降低。加入破乳劑后，破乳劑擴(kuò)散到界面上空缺的地方。由于相同界面濃度下，破乳劑降低界面張力的能力高于天然乳化劑，使膜中的界面張力降低，阻止瀝青質(zhì)的遷移，形成正的界面張力梯度，加速了膜排水過程。破乳劑吸附在界面上改變了乳化劑的潤濕性，促使它們從相界面轉(zhuǎn)移到油相或水相中。水溶性破乳劑是通過取代界面粗乳化劑，破壞乳液界面層，或改變界面層的潤濕行為，產(chǎn)生界面非活性配合物而引起破乳；而油溶性破乳劑，除取代天然粗膠體外，其機(jī)理是基于通過加入破乳劑的中和作用，造成界面膜破壞，使乳液破乳[1]。

目前公認(rèn)的破乳機(jī)理有以下幾種：①相轉(zhuǎn)移反相變形機(jī)理，加入破乳劑，發(fā)生了相轉(zhuǎn)化。即能夠形成與原有乳化劑形成的乳狀液類型相反的表面活性劑作為破乳劑，這類破乳劑與憎水的乳化劑生成絡(luò)合物使乳化劑失去了乳化性。②碰撞擊破界面膜機(jī)理。在加熱或攪拌的條件下，破乳劑有較多的機(jī)會碰撞乳狀液的界面膜，或吸附于界面膜上，或排替部分表面活性物質(zhì)，從而擊破界面膜，使其穩(wěn)定性大大降低，發(fā)生了絮凝、聚結(jié)而破乳。③增溶機(jī)理。使用一個分子或少數(shù)幾個分子的破乳劑即可形成膠束，這種高分子線團(tuán)或膠束可增溶乳化劑分子，引起乳化原油破乳。④褶皺變形機(jī)理。因而提出褶皺變形機(jī)理，液珠在攪拌和加入破乳劑的作用下液珠內(nèi)部各層水圈相連通，使液珠凝聚而破乳[1]。

2 各種破乳技術(shù)

2.1 物理破乳技術(shù)

2.1.1 重力和離心破乳技術(shù)

作用機(jī)理：利用油和水兩種物質(zhì)的密度不同而實(shí)現(xiàn)破乳。不同的是，利用離心力破乳時(shí)，施加在乳狀液上的力可以達(dá)到重力的幾千倍，乳狀液中的油由于密度較小在分離器的內(nèi)圈，水的密度較大位于分離器的外圈。因此，離心破乳較重力破乳有更好的效果且時(shí)間較短[2]。

應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題：重力沉降是油水分離中最簡單、最基礎(chǔ)的工藝過程，其它大多數(shù)破乳脫水工藝中使用的沉降分離過程也是基于重力法的機(jī)理。重力沉降破乳裝置主要有平板式、斜板式(波紋板)和粗?；?分波紋對置型、列管及峰管)等，主要是放置在沉降池或沉降大罐里。重力破乳的缺點(diǎn)是破乳速度慢，設(shè)備龐大，工藝流程長，大罐易腐蝕，設(shè)備易老化，特別是處理后的污水中懸浮物、含油、二氧化碳超標(biāo)嚴(yán)重，在站內(nèi)停留時(shí)間太長而容易導(dǎo)致細(xì)菌繁殖；大多油水重力破乳設(shè)備的流動特性并不理想，短路擊穿以及死區(qū)的存在導(dǎo)致了設(shè)備內(nèi)部空間利用率的降低；湍流、渦旋的存在易造成油滴的返混，嚴(yán)重影響分離效果；部分液流因剪切而產(chǎn)生較為嚴(yán)重的乳化，使油水兩相分離難度增加。由上可知，重力、離心破乳技術(shù)的破乳效果不夠理想，尤其是重力破乳后體系含水量較高；同時(shí)兩種技術(shù)對設(shè)備要求高，初期投資大，回收周期長[3]。

2.1.2 熱破乳技術(shù)

從熱力學(xué)角度出發(fā)，稠油乳狀液處在熱力不平衡狀態(tài)，最終會實(shí)現(xiàn)油水分離使自由能達(dá)到最低的狀態(tài)，即使是最穩(wěn)定的乳狀液體系也逃脫不了相間分離的命運(yùn)，因此破乳只是時(shí)間問題。熱破乳的機(jī)理有以下兩種：①布朗運(yùn)動加劇導(dǎo)致破乳。乳狀液滴的布朗運(yùn)動會導(dǎo)致液滴之間的碰撞和聚結(jié)，而熱量的加入使得布朗運(yùn)動加劇，因此加熱有利于破乳的進(jìn)行。②體系黏度降低加快破乳。熱量的加入減小了連續(xù)相的黏度，使得分散相運(yùn)動阻力減小，同時(shí)黏度的降低使得水的沉降速度加快。與此同時(shí)，溫度的增加還使得乳狀液的溶解度增大，從而減弱了乳狀液滴之間的相互作用，降低了液膜的機(jī)械作用，從而使破乳變得容易。

應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題：由于稠油膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高、黏度大，通常要使用熱破乳技術(shù)來提高溫度，降低體系黏度，加快粒團(tuán)碰撞和聚結(jié)沉降。熱破乳技術(shù)在稠油乳狀液的現(xiàn)場應(yīng)用廣泛，對各種油品適應(yīng)性好，但一般都是輔助電或化學(xué)破乳聯(lián)合作用，很少單獨(dú)使用。

熱破乳技術(shù)目前存在的最大問題就是能耗太大，成本高，需要的處理時(shí)間較長，增加了對儲罐處理場所的需求。另外，由于脫水過程是對整體稠油乳狀液進(jìn)行混合加熱，而水的比熱約為油的2倍，當(dāng)乳狀液含水較高時(shí)，大部分熱量實(shí)際上是給水進(jìn)行升溫，造成大量熱源浪費(fèi)。

如何減少熱能耗損失，降低能耗和成本將是熱破乳技術(shù)未來發(fā)展方向。對熱容器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，以獲得較快的升溫速度來提高破乳效率；加大容器保溫性能以防止熱過多散失的浪費(fèi)；設(shè)計(jì)動態(tài)的加熱設(shè)備以適應(yīng)稠油乳狀液性質(zhì)的變化；與其它破乳技術(shù)更好地聯(lián)合使用，這些都是熱破乳技術(shù)今后的發(fā)展動向。

2.1.3 電破乳技術(shù)

電破乳是通過在乳狀液上施加電場從而達(dá)到破乳的方法。施加的電場可以是直流電、交流電或者脈沖電場。與施加的電場相對應(yīng)的是乳狀液將發(fā)生偶極聚結(jié)、震蕩聚結(jié)或電泳聚結(jié)。其不足之處是：需要施加外電場，產(chǎn)生的能量消耗較大；電場的兩極之間容易形成短路，形成的電場較為不穩(wěn)定，存在安全隱患。

偶極聚結(jié)：對乳狀液施加直流電場時(shí)，乳狀液滴在電場的作用力下產(chǎn)生極化現(xiàn)象，極化后的液滴在電極的附近排列起來，在電極附近聚集著帶有異號電荷的液滴，電極的存在使得液滴具有聚集力；帶電的液滴聚集在一起相互之間發(fā)生碰撞聚結(jié)，使得分散相沖破界面張力的限制，完成破乳震蕩聚結(jié)：在乳狀液上施加交流電，使得乳狀液滴在兩級之間發(fā)生震蕩，液滴之間相互碰撞從而達(dá)到破乳的目的。

電泳聚結(jié)：主要是針對O/W型乳狀液，水作為乳狀液的連續(xù)相帶有電荷，能夠在電場作用下產(chǎn)生電泳現(xiàn)象，最終在電極板附近聚集，發(fā)生碰撞聚結(jié)。

應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題：電破乳脫水技術(shù)在稠油破乳現(xiàn)場中應(yīng)用十分廣泛，常作為稠油破乳脫水的首選方法或脫水的最后環(huán)節(jié)。電破乳技術(shù)通常需要外加電場，耗能較大；同時(shí)在兩電極間容易產(chǎn)生導(dǎo)通電流而發(fā)生短路擊穿，無法建立穩(wěn)定的脫水電場，易發(fā)生危險(xiǎn)和故障。電破乳過程中的電場作用使得乳狀液的界面張力過大、過小都不利于脫水，但要獲得合適的電場，目前還存在一定的技術(shù)難度。另外，稠油中含有很多具有較高電導(dǎo)率的活性物質(zhì)(瀝青質(zhì)、環(huán)烷酸、含鐵硫化物、有機(jī)酸鹽等)，這些活性物質(zhì)會造成阻熱的增加，降低電泳力，使液滴移動變慢，降低液滴的振蕩聚結(jié)力和聚結(jié)效率。這些都需要使用更大功率的電源設(shè)備，才能維持脫水效果，增加電能損耗。針對上面問題，脈沖電場通過調(diào)節(jié)脈沖頻率和占空比(脈沖輸出時(shí)間與脈沖周期之比)，避免發(fā)生電極間短路，較之傳統(tǒng)的電破乳更省電。

2.1.4 超聲破乳技術(shù)

作用機(jī)理是超生波對乳狀液產(chǎn)生的機(jī)械作用、空化作用以及熱作用。其不足之處在于設(shè)備龐大、能耗較高等。此外，由于稠油中乳狀液性質(zhì)非常復(fù)雜，不能保證穩(wěn)定的破乳效果。如果不能控制好超聲波破乳的條件，可能產(chǎn)生適得其反的效果，使原油破乳后重新發(fā)生乳化，反而使乳狀液變得穩(wěn)定。

機(jī)械作用：在超聲波的作用下，乳狀液中的液滴會產(chǎn)生震蕩和位移，在震蕩作用下，小液滴聚集成為大液滴，在位移的作用下，液滴向超聲波的節(jié)點(diǎn)處聚集，從而加速了液滴之間的碰撞和聚結(jié)，達(dá)到破乳的目的。

空化作用：超聲波在液體中傳播時(shí)會產(chǎn)生局部的正壓或者負(fù)壓，當(dāng)某處受到超聲波產(chǎn)生的負(fù)壓影響時(shí)，會產(chǎn)生氣泡，從而拉扯液體界面。當(dāng)此處的氣泡受到超聲波產(chǎn)生的正壓作用時(shí)，氣泡破裂。氣泡的生成和破裂時(shí)會產(chǎn)生局部的高溫和高壓，形成強(qiáng)烈的震蕩。這種震蕩使得液滴之間的界面膜破裂，達(dá)到破乳的目的。

熱作用：在稠油中的超聲波攜帶的能量被稠油吸收，轉(zhuǎn)化為熱能。在熱能的作用下，相間界面的強(qiáng)度減弱，液滴的布朗運(yùn)動加強(qiáng)。同時(shí)溫度的升高降低了液體的黏度，使得沉降速度加快。此外，在油水界面上的摩擦作用也使得界面溫度升高，有利于油水分離的進(jìn)行。

應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題：超聲破乳脫水室內(nèi)研究發(fā)展得較為成熟，現(xiàn)正在推廣工業(yè)化應(yīng)用。超聲破乳存在設(shè)備大、前期投資大、耗能高等缺點(diǎn)。而且由于稠油性質(zhì)的復(fù)雜性對超聲破乳效果影響較大，超聲條件控制難度加大且破乳效果不穩(wěn)定，如果超聲作用時(shí)間等參數(shù)控制不好，不但達(dá)不到破乳脫水，還會起反作用，使破乳后的稠油重新發(fā)生乳化，反而更增強(qiáng)稠油乳狀液的穩(wěn)定性。

2.1.5 微波破乳技術(shù)

微波破乳目前尚未在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，其作用機(jī)理是：乳狀液中的極性分子或者帶電液滴在微波的作用下發(fā)生位移或者急速轉(zhuǎn)動，改變了原有的界面之間電荷的有序排列，破壞油水界面的Zeta電位，使得液滴之間電阻減小或者電位改變而發(fā)生碰撞聚結(jié)，碰撞時(shí)膠質(zhì)瀝青質(zhì)或者其他破乳劑在界面上脫落，實(shí)現(xiàn)油水分離；水分子和油分子吸收微波的能力不同，水的介電常數(shù)較大，使得在微波的作用下，水的受熱更多，膨脹更大，從而對界面膜產(chǎn)生壓力，使得界面膜變薄，降低界面膜的機(jī)械性能，從而使液滴聚結(jié)更為容易，實(shí)現(xiàn)油水分離；微波形成的磁場能使非極性的油分子磁化，形成與油分子軸線呈一定角度的渦旋電場，減弱分子間的引力，降低油的黏度，加快稠油乳狀液破乳脫水。但是目前微波破乳技術(shù)尚未發(fā)展完善，還存在許多問題：由于稠油的性質(zhì)不定，使得微波破乳的條件也難以確定；稠油受到微波加熱往往具有不均勻性，使得局部過熱，容易使稠油中的烷烴分解氣化，可能出現(xiàn)局部冒煙，甚至有燃燒爆炸的危險(xiǎn)；另外，此項(xiàng)技術(shù)的成本過高，使得在工業(yè)生產(chǎn)中難以得到廣泛的應(yīng)用。

2.1.6 乳化液膜的潤濕聚結(jié)破乳法

潤濕聚結(jié)是由于乳狀液中的水滴首先在聚結(jié)介質(zhì)(固體物質(zhì))表面潤濕并吸附，然后水相主體中的水珠與先吸附的水滴碰撞并聚結(jié)，使介質(zhì)上被吸附的水珠不斷增大，當(dāng)增大到一定程度時(shí)，液相攪拌產(chǎn)生的拽力將聚結(jié)水滴從介質(zhì)表面脫除。連續(xù)的潤濕吸附、碰撞、聚結(jié)和脫除，使水相和油相分層，進(jìn)而達(dá)到兩相分離。

孫德智等[4]進(jìn)行了乳化液膜的潤濕聚結(jié)破乳研究。研究表明，聚結(jié)材料的選取是潤濕聚結(jié)破乳方法的關(guān)鍵，潤濕能力和機(jī)械強(qiáng)度是主要選擇依據(jù)。聚結(jié)介質(zhì)的投加量、攪拌時(shí)間和攪拌速度是影響破乳效果的主要參數(shù)。

2.2 化學(xué)破乳技術(shù)

化學(xué)破乳是指通過使用某種化學(xué)試劑來降低油水界面能、改變界面膜特性，使界面膜變薄，從而利于液滴的聚并，達(dá)到破乳的目的。添加的化學(xué)試劑稱之為破乳劑(demulsifer)。其中康萬利等[5]的研究表明：投加破乳劑的量越大，界面膜變薄的速率越快。在破乳劑量達(dá)到臨界值時(shí)，界面張力降至最低。乳液脫水率最高、破乳效果最好。

破乳劑一般可以分為以下幾類：表面活性劑、復(fù)配破乳劑、電解質(zhì)、有機(jī)溶劑等。其中表面活性劑與復(fù)配破乳劑應(yīng)用最廣、發(fā)展時(shí)間最長。從1914年Bamickel用0.1%的FeSO4溶液在35～60 ℃使乳化原油破乳算起，到現(xiàn)在已經(jīng)將近一個世紀(jì)了，在此期間先后開發(fā)出三代破乳劑[6]。20世紀(jì)20至30年代為解決水包油型原油乳狀液破乳，出現(xiàn)了第一代低分子陰離子型破乳劑，如脂肪酸鹽、環(huán)烷酸鹽等，第二代破乳劑(40至50年代)，環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的工業(yè)化促使了環(huán)氧乙烷/環(huán)氧丙烷嵌段共聚物的出現(xiàn)。為低相對分子質(zhì)量非離子表面活性劑。自60年代后，人們開發(fā)出第三代以高相對分子質(zhì)量聚醚為主的破乳劑，如SP型、AE型、AP型、TA型等。進(jìn)入80年代，單純環(huán)氧乙烷/環(huán)氧丙烷嵌段聚醚破乳劑開始被聚胺類、聚合物型、兩性離子型破乳劑所取代，最低用量降到了100 mg/L以下[7]。

一直以來人們對破乳劑的破乳機(jī)理進(jìn)行了大量研究，目前公認(rèn)的破乳機(jī)理有以下幾點(diǎn)：

2.2.1 替排破乳機(jī)理

該機(jī)理認(rèn)為，破乳劑較天然表面活性劑有較高的活性，在熱能與機(jī)械能作用下，進(jìn)入油水界面膜，替排原來油水界面膜內(nèi)的天然活性物質(zhì)，形成新的油水界面膜。

2.2.2 絮凝—聚結(jié)破乳機(jī)理

非離子型破乳劑在原油破乳中已經(jīng)大量應(yīng)用，對此研究人員提出了絮凝—聚結(jié)破乳機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)，對于非離子型原油破乳劑，在低溫下，分子中的EO鏈段以彎曲形式伸入水相，PO鏈段以多點(diǎn)吸附形式吸附在油水界面，在高溫下，EO鏈段從水相向油水界面轉(zhuǎn)移，而PO鏈段則脫離界面進(jìn)入油相。非離子型破乳劑的分子比一般的表面活性劑分子要大，在加熱與機(jī)械力作用下，非離子型破乳劑分散在原油乳液中，大的分子結(jié)構(gòu)使其有著更大的分散面，可以絮凝較多的細(xì)小液珠，使分散相中的液珠集合成松散的團(tuán)粒，然后團(tuán)粒不可逆地集合成一個大液滴，導(dǎo)致乳液珠數(shù)目減少。當(dāng)液滴長大到一定直徑后，因油水密度差異，沉降分離。一般來說，分子所占面積越大，破乳效果越好。

2.2.3 膜擊破機(jī)理

高相對分子質(zhì)量及超高相對分子質(zhì)量破乳劑出現(xiàn)以后，發(fā)展了此理論。基于此類破乳劑有著大分子結(jié)構(gòu)以及破乳劑用量少且破乳效果很好，該理論提出如下解釋：高分子原油破乳劑大部分為油溶性的，在油包水型乳液中易分散，能較快地接觸油水界面破乳，破乳劑有較多的機(jī)會碰撞液珠界面膜并排替一部分活性物質(zhì)，擊破界面膜或使界面膜的穩(wěn)定性大大降低；由于大分子結(jié)構(gòu)和空白位阻，在油水界面構(gòu)成不規(guī)則的界面膜，有利于界面膜破裂而使水滴聚集，并且分子中有多個親水基團(tuán)，具有束縛水的親和能力，可將大分子附近分散的小液滴聚集而使乳化水分離。

2.2.4 褶皺變形機(jī)理

該機(jī)理是針對具有雙層或多層水圈的乳液而提出的，液珠在加熱、攪拌、破乳劑的作用下，液珠內(nèi)部各層水圈相連通，使液珠內(nèi)部各層水圈相連通，使液珠凝聚而破乳[8]。

2.3 生物破乳技術(shù)

生物破乳技術(shù)是通過加入微生物或其發(fā)酵培養(yǎng)液而使乳化液破乳脫水的方法，與傳統(tǒng)破乳方法相比，生物破乳具有生產(chǎn)工藝簡單，成本低，能耗小，易降解，無污染，對加工設(shè)施無腐蝕作用等優(yōu)點(diǎn)。因此，它在原油脫水、含油污水的分離及污水處理等領(lǐng)域的開發(fā)和應(yīng)用前景十分廣闊[9]。

該法主要是利用微生物細(xì)胞破乳或者利用微生物代謝過程產(chǎn)生的表面活性破乳。生物破乳劑因破乳高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)在油水分離等領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景，己經(jīng)成為破乳劑研究的熱點(diǎn)之一。近年來該領(lǐng)域研究主要集中在微生物的篩選以及影響其破乳能力的因素考察等方面，除尋求具有高效破乳能力的微生物菌種外，還通過微生物與化學(xué)破乳劑復(fù)配以及不同微生物之間的復(fù)配以提高微生物破乳劑的效率及效果。由于對生物破乳劑中有效成分的認(rèn)識還不夠清楚，因此將生物破乳劑用于實(shí)際生產(chǎn)還需要進(jìn)一步探索。菌體在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的具有PEU結(jié)構(gòu)小分子膠團(tuán)具有破乳活性，認(rèn)為破乳菌通過發(fā)酵過程中產(chǎn)生的這種小分子物質(zhì)膠團(tuán)和疏水性蛋白的共同作用實(shí)現(xiàn)破乳[10]。

馮志強(qiáng)等[11]研制了一種原油生物破乳劑，與常用的化學(xué)破乳劑相比，破乳后的油—水界面清晰，脫出水中含油量低，具有優(yōu)良的破乳及脫水性。破乳作用的主要機(jī)理是由于該生物破乳劑胞體具有橢球型外形，短軸長約0.4 μm，長軸長約0.8 μm，比一般乳狀液的液滴尺寸(0.2 μm)大許多，加上其表面具有較高的界面活性，使液滴能較快地潤濕、鋪展，使兩個液滴凝聚并排液。此外，該生物胞體的橢球型外形也有利于破乳。郭東紅以相對分子質(zhì)量大、活潑氧多、具有分支結(jié)構(gòu)的黃原膠作為起始劑，與環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷合成出具有分支結(jié)構(gòu)的黃原膠類破乳劑(XE型和X型)，應(yīng)用于華北五廠原油破乳，破乳效率高出常規(guī)破乳劑20%左右。因?yàn)辄S原膠破乳劑相對分子質(zhì)量大，分支結(jié)構(gòu)多，在油—水界面所占據(jù)的面積大。具有較高的界面活性，在油—水界面競爭吸附能力強(qiáng)，易于削弱天然乳化劑形成的穩(wěn)定界面膜，使得界面膜受到很大影響而變得很不穩(wěn)定，進(jìn)而導(dǎo)致破乳[12]。

3 新型破乳技術(shù)研究

3.1 高頻輻射破乳技術(shù)

3.1.1 稠油高頻輻射破乳脫水技術(shù)的機(jī)理

3.1.1.1 液體黏度降低加速分離

液體產(chǎn)生黏滯性的主要原因是分子間的內(nèi)聚力(引力)所形成的黏滯性阻力。加熱液體時(shí)，由于熱運(yùn)動的作用，分子間的距離變大，分子間引力明顯下降，黏滯性減小。高頻加熱不同于傳統(tǒng)加熱方式，它是由里向外的加熱，內(nèi)部產(chǎn)生加熱源，可以在短時(shí)間內(nèi)迅速提高乳狀液的溫度，使其黏度明顯降低。從而油和水的分離時(shí)間大大縮短。

3.1.1.2 油、水相溫差促進(jìn)破乳

油、水的介電損耗差異很大。在高頻頻段，油的介電損耗10-3～10-2的數(shù)量級，而水的介電損耗約為60。這樣，在高頻輻射下，大量的高頻能量被水吸收，所以，在乳化液中，內(nèi)相水的溫度比外相油的溫度高。加熱過程中，水滴的體積膨脹率要大于油相的膨脹率，從而使相鄰水滴之間的距離變小，水滴之間碰撞幾率提高。其次由于升溫促進(jìn)了瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、石蠟等乳化劑的溶解，減弱了水滴保護(hù)膜的機(jī)械強(qiáng)度，容易促使小液滴聚并。此外，由于加熱過程中油水溫差分布的不均勻性，在油水溫度高、溫差大的地方水油的體積膨脹率相差大，大液滴的形成較平均值的幾率大，油水溫度低、溫差小的地方大液滴的形成較平均值少。

3.1.1.3 Zeta電位降低促進(jìn)凝聚

雙電層主要依賴于油水界面膜存在，熱破壞油水界面膜，降低油水界面的高頻輻射加Zeta電位，減弱水滴之間的靜電斥力，加大了其聚并的能力。

3.1.2 稠油高頻輻射破乳脫水技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

①高頻輻射破乳脫水技術(shù)采用的技術(shù)機(jī)理先進(jìn)、務(wù)實(shí)、巧妙地利用高頻電磁波作為處理媒介，從而達(dá)到液體黏度降低加速分離，Zeta電位降低促進(jìn)凝聚，油、水相溫差促進(jìn)破乳。②率先提出了取消化學(xué)破乳劑的使用，由于高頻脫水的高效性取消了化學(xué)破乳劑的添加，這樣一來，大大減小了油田進(jìn)行稠油脫水的相關(guān)運(yùn)行費(fèi)用(化學(xué)破乳劑占了很大的比例)，化學(xué)藥劑的減少使用，不僅節(jié)約了大量資金，同時(shí)也符合綠色環(huán)保理念。③改進(jìn)和創(chuàng)新了脫水流程利用高頻代替現(xiàn)有脫水流程中的電脫水設(shè)備，簡化了脫水流程，提高了脫水效率，增加了油田脫水的穩(wěn)定性和安全性(電脫水在含水率波動的情況下工作極不穩(wěn)定)。

3.1.3 稠油高頻輻射破乳脫水技術(shù)的展望

高頻輻射脫水的高效性甚至取消了化學(xué)破乳劑的添加，簡化了脫水流程，提高了脫水效率，增加了油田脫水的穩(wěn)定性和安全性(電脫水在含水率波動的情況下工作極不穩(wěn)定)?；瘜W(xué)藥劑的減少使用，不僅節(jié)約了大量資金，同時(shí)也符合綠色環(huán)保理念，具有重要的工業(yè)化推廣價(jià)值，應(yīng)用前景廣闊;更經(jīng)濟(jì)、高效的稠油破乳技術(shù)的研發(fā)仍將是廣大科研人員長期艱巨的任務(wù)[13]。

3.2 水擊諧波破乳法

水擊諧波破乳是在特定的管段形成水擊駐波場，在水擊駐波場中利用液滴所受浮升力、拖曳力、重力和駐波強(qiáng)迫振動力以及分散相間作用力的共同作用下實(shí)現(xiàn)破乳。將水擊諧波理論的思想應(yīng)用于乳化油液領(lǐng)域來解決破乳問題，并對油液破乳過程進(jìn)行分析，獲取分散相液滴的運(yùn)動軌跡，并在水擊駐波場下水擊參數(shù)以及積聚過程參數(shù)對連續(xù)相中液滴積聚分離的影響條件進(jìn)行研究，從而將破乳條件的多樣性問題通過對控制動作全面系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)得以控制，降低系統(tǒng)的油液乳化度，利用系統(tǒng)控制動作來解決破乳問題[14]。

3.3 CO2破乳法

CO2可以用于破壞一些由瀝青質(zhì)薄膜決定穩(wěn)定性的油包水型稠油乳化液。Nael N Zaki等[15]通過對H/C比不同的油樣中瀝青質(zhì)薄膜穩(wěn)定性的研究推斷油水乳化液的破乳效率與CO2濃度及物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)有關(guān)。CO2破乳的機(jī)理初步判斷與瀝青質(zhì)的絮凝和沉淀密切相關(guān)，CO2破壞界面上的瀝青質(zhì)，導(dǎo)致瀝青質(zhì)薄膜缺損、變薄、破裂，從而水組分聚結(jié)達(dá)到破乳效果。實(shí)驗(yàn)還表明提高CO2的壓力、停留時(shí)間及混合程度都可以提高瀝青質(zhì)的沉淀速率。并且與無水系統(tǒng)相比，通過CO2使瀝青質(zhì)沉淀在有水存在的條件下會更快，這說明CO2優(yōu)先沉淀瀝青質(zhì)上表面活性最強(qiáng)的部分，大幅度地減弱了乳化液中分散水滴周圍的彈性瀝青薄膜的形成。通過注入濃縮的CO2提高其與乳化液的體積比和質(zhì)量傳輸速率，可以將破乳過程的速率大大提高。

CO2對超稠油具有溶脹降解作用，并且其破乳能力顯著，應(yīng)用于超稠油的開發(fā)，可以提高破乳效果，同時(shí)協(xié)助改善超稠油的流動性[14]。

4 結(jié)論

①物理破乳法具有一定應(yīng)用，但對設(shè)備要求高，初期投資大，回報(bào)周期長。②化學(xué)破乳法是目前應(yīng)用最廣泛的破乳方法，但對破乳劑的性能要求高。③生物破乳法是近幾年來發(fā)展起來的破乳方法，工藝簡單，成本低，能耗低，易降解，無污染，不腐蝕設(shè)備，具有廣闊的應(yīng)用前景。④原油破乳的新的發(fā)展方向比如高頻輻射破乳技術(shù)、水擊諧波破乳法高效環(huán)保經(jīng)濟(jì)效益好，應(yīng)用前景廣闊，以及CO2破乳法效果顯著，同時(shí)可以協(xié)助改善超稠油的流性，應(yīng)用前景好。

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Progress of Raw Oil Demulsification Technique

ZHANG Caixia , XIE Guodong , QUAN Hongmei , WU Huining , XU Jie

(School of Peili Petroleum Engineering ， Lanzhou City University , Lanzhou 730070 , China)

As tertiary recovery and hevay oild are processed,emulsion formed in raw oil become increasingly stable.the high effective method of oil dehydration presents is pressing requirement due to the quality degradation of raw oil and the more difficulty of demulsification and dehydration.In this work,demulsification mechanism,technical properties and application development using the physical,chemical and biological method are stated.Also,the principle and practical potential of some new demulsification technologies,such as high frequency radiation demulsification technique,water hammer harmonic demulsification method and CO2demulsification method are reviewed.

heavy oil demulsification technique ； physical demulsification ； chemical demulsification ； biological demulsification ； new type of emulsion breaking technology

2016-08-26

張彩霞(1980-)，女，碩士，從事原油提高采收率研究工作，E-mail:876486398@qq.com。

TE832.333

A

1003-3467(2016)11-0013-06