酸化原油破乳脫水的影響因素與處理技術研究進展*

呂曉方，楊 尊，趙德銀，柳 揚，馬千里，周詩崠，李恩田，董 亮

（1.常州大學江蘇省油氣儲運省重點實驗室，江蘇常州 213164；2.中國石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆烏魯木齊 830011）

據(jù)統(tǒng)計，稠油在目前世界已探明剩余油氣資源占比高達70%，稠油主要集中在加拿大、美國、委內瑞拉、俄羅斯以及中國，中國是繼美國、加拿大、委內瑞拉之后世界第四大稠油生產國。目前我國許多油田已經進入開采的中后期，油層含水量隨開采年限逐步上升，滲透率逐步下降，稠油油田開采難度越來越大。為了提高稠油油藏的原油采收率，滿足快速提升的石油需求量，一系列基于酸液的酸化壓裂技術如普通酸壓、深度酸壓、特殊酸化工藝等得以開發(fā)。酸化壓裂液對黏土等堵塞物具有良好的溶解性，同時對部分漏入儲層的堵塞泥漿也有良好的溶解性［1-4］。

盡管酸化壓裂技術是老油田、稠油田增產的優(yōu)良方法，但酸化壓裂液的濾失量難以控制，大量酸化壓裂液返排后易與原油混合形成具有強穩(wěn)定性的乳狀液，導致沉降罐油水分離效率低、破乳劑用量大、電脫水器過載等問題，因此眾多研究學者對酸化返排液對原油破乳的影響因素和酸化原油脫水處理技術進行了大量的研究。本文從酸化返排液的特性、酸化原油的破乳機理綜述了酸化返排液對原油脫水的影響因素以及不同的破乳脫水工藝。

1 酸化返排液對原油脫水的影響

普通酸壓是目前采用較多的酸化壓裂技術，主要以鹽酸為酸化壓裂液的主劑，鹽酸具有增壓和酸化的作用。在酸化壓裂的過程中，地層受鹽酸增壓作用開裂，因有鹽酸的存在使得酸化返排液的pH值處于酸性，同時乳狀液因地層巖石、膠結物等固體顆粒的存在造成破乳困難，原油乳狀液黏度以及破乳劑的破乳性能也會因溫度的不同而發(fā)生改變，以下分析酸化返排液的pH值、溫度、固體顆粒對原油破乳的影響。

1.1 pH值對原油破乳的影響

目前研究原油破乳合理的pH 值范圍的方法主要有瓶試法、控制變量法等，研究者們普遍認為在酸化原油的pH 為中性（pH 值接近7）條件下最利于原油破乳。

范振中等［5］通過甁試法，分別將25 mL 的不同pH 值（1～6）的鹽酸及pH 值為7 的純水與75 mL 的稠油（或非稠油）混合，并加入100 mg/L 的破乳劑，在恒溫60 ℃加熱進行破乳實驗。研究發(fā)現(xiàn)，脫水量隨著pH值的增大有所提升，pH值為7（純水）時脫水量最高。以上實驗結果表明，鹽酸的存在加大了原油破乳脫水的難度，原因是原油中的環(huán)烷酸在低pH 值時被激活，乳化劑數(shù)量增加，提高了乳化膜強度。隨著pH 值升高，氫離子濃度越小對原油破乳的影響越小。

范振中等探討了pH 值≤7 的情況下鹽酸對原油破乳脫水的影響，但在pH 值高于7 的情況下，針對酸化返排液對原油破乳脫水影響的實驗數(shù)據(jù)分析不夠充分。萬里平等［6］同樣采用甁試法研究pH值偏堿性對原油破乳脫水的影響，分別把質量分數(shù)為30%的鹽酸和20%的碳酸鈉加入到含水體積為50%的原油乳狀液，進行破乳實驗。當pH值=7時，乳狀液的脫水率最高；當pH 值＞7 時，乳狀液的脫水率降低。隨著乳狀液pH 值的升高，酸化返排液中含有的金屬離子如Ca2+、Mg2+等在堿性環(huán)境中容易生成沉淀，造成原油破乳難度增加。

可加電壓是原油電脫水器穩(wěn)定脫水效果的關鍵因素。曹廣勝等［7］采用控制變量法，將pH值作為單一因素，在不同pH 值下測量原油返排液的可加電壓值。在pH 值＜7 時，隨pH 值的增加可加電壓先略微降低后升高；在pH=7時可加電壓最高；隨著pH 值繼續(xù)升高可加電壓隨之下降。實驗結果說明當pH 值在較低數(shù)值（pH=2）時，酸化返排液中含有的H+較多，由于電場中H+的遷移速率遠高于其他離子，使得導電能力增強可加電壓下降。隨著pH 值的增大，H+離子的濃度下降，含鐵化合物增多，此時高價金屬離子的導電能力比H+的強，但H+濃度仍然較高，在H+和高價金屬離子的共同作用下，導電能力進一步增大但沒有達到最大值，可加電壓進一步下降。當pH 值為3～5 時，返排液由強酸性向弱堿性過渡，H+含量降低，高價金屬離子易發(fā)生水解反應形成較為穩(wěn)定的氫氧化物顆粒，并包裹于油水界面上，形成穩(wěn)定的油水界面膜，阻止了水滴靠攏合并，此時乳狀液在電場作用下發(fā)生遷移使得電脫水器容易發(fā)生過載。當pH值為7左右時，返排液中所含的H+和金屬離子濃度都很低，導電能力最低，可加電壓達到最大值。當pH值大于7時，堿化劑所含金屬離子或返排液所含金屬離子與OH-作為強電解質使得返排液導電能力增強，可加電壓隨之下降。

將范振中的理論結果與萬里平、曹廣勝的理論結果相結合，得到以下結論：pH值＜7時，原油中的環(huán)烷酸被激活，H+離子和金屬離子發(fā)生遷移增強導電能力，增加了破乳難度；pH值＞7時，高價金屬離子水解形成穩(wěn)定氫氧化物同樣增加了破乳難度；pH值=7時，H+和金屬離子濃度最低，導電能力弱，從而更容易破乳。

1.2 溫度對原油破乳的影響

目前原油破乳脫水的加熱方式主要有恒溫水浴加熱和驟變溫度兩種。恒溫水浴加熱時，隨著溫度的升高，原油乳狀液的黏度降低，但原油乳狀液的脫水率不一定隨溫度的增大而提高，脫水率提升幅度的大小取決于溫度對破乳劑性能的影響以及破乳劑本身的性質。驟變溫度通過加大溫度變化的幅度以及環(huán)境溫度冷熱變化的頻率提高稠油的脫水率。萬里平等［6］采用控制變量法考察溫度對酸化原油乳狀液黏度的影響，將兩種酸化返排液與原油等比例混合后測量在不同恒溫溫度下原油乳狀液的黏度，同時在相同實驗條件下用不含酸化返排液的原油作為對照組。在恒溫溫度小于40 ℃時，兩種原油乳狀液黏度均比原油黏度大，隨著溫度增至60 ℃，兩種原油乳狀液黏度與原油黏度相近。實驗現(xiàn)象說明由于原油乳狀液含有酸性返排液，導致黏度增大，在低于40 ℃的恒溫加熱條件下酸性原油乳狀液的黏度高而難以破乳，提高溫度有利于降低原油乳狀液黏度。恒溫加熱下原油乳狀液黏度降低并不能客觀反映恒溫加熱對原油乳狀液破乳效果的影響程度。萬里平等［11］通過測量不同恒溫溫度下兩種原油乳狀液的脫水率來研究恒溫加熱對破乳的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著恒溫溫度的升高，這兩種原油乳狀液的脫水率提高且脫水率提高幅度較大。

張銅耀等［8］也采用控制變量法在恒溫加熱下進行了原油乳狀液的脫水實驗。原油乳狀液中原油與酸化返排液體積比為2∶3，在30～50 ℃恒溫水浴中加熱，分別在15、30、60、90、120 min 時測量脫水量。隨著溫度升高，原油乳狀液脫水率僅由0%提高到5%，說明提高恒溫溫度可以提高原油乳狀液的脫水率但提升幅度很小。張銅耀等對于脫水率提升幅度不大的原因分析為該實驗原油乳狀液中瀝青質、膠質含量過高，原油黏度過大，油水界面膜穩(wěn)定性高而難以破乳脫水。

何亞其等［9］用兩種破乳劑研究溫度（40～70 ℃）對破乳劑性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，1 號破乳劑的脫水效果增強，2 號破乳劑脫水效果在溫度60 ℃最好，當溫度超過60 ℃后破乳效果變差。溫度對兩種破乳劑脫水效果影響的實驗證明溫度是影響破乳劑脫水效果的因素，但脫水效果取決于破乳劑的種類以及破乳劑本身的性質。

對于萬里平等［6］和張銅耀等［8］關于溫度對原油脫水率影響的實驗結果差異性，可以結合兩位研究者實驗所用原油的組成成分中膠質和瀝青質含量來判定張銅耀提出原油中膠質瀝青質含量對脫水率影響的理論正確與否：由于兩種原油的組成成分中膠質和瀝青質總含量均約為26%，因此不能認為瀝青質和膠質含量影響了脫水率的提高。萬里平和張銅耀兩者實驗中均未考慮到溫度對破乳劑破乳效果的影響，通過結合何亞其等［9］對破乳劑性能的研究，在恒溫加熱的條件下，隨著溫度的升高，原油乳狀液的黏度下降，而原油乳狀液脫水率的提高程度取決于破乳劑本身的性質以及溫度對破乳劑破乳性能的影響。

宋志峰等［10］針對稠油在恒溫水浴中難以破乳的問題，提出了用驟變溫度提高酸化稠油脫水率的方法，實驗結果顯示含酸稠油在驟變溫度處理后脫水率比恒溫加熱處理高13 倍，且脫水處理時間更短。對此實驗現(xiàn)象給出的原理解釋為：在變溫條件下稠油與水的熱膨脹系數(shù)和熱傳導性差異較大，驟變溫度降低了油水界面膜的穩(wěn)定性，使得界面膜破裂，從而提高了破乳效率。結合恒溫加熱和驟變溫度的破乳特點，可將熱化學沉降原有的脫水工藝改進為前中后期3部分處理原油：前期驟冷溫度破乳，中期驟熱溫度破乳，后期恒溫加熱破乳。

1.3 固體顆粒對原油破乳的影響

在酸液返排過程中，地層孔道中含有的堵塞物、難溶性固體顆粒也會隨著酸液一起返排而對原油乳狀液破乳脫水造成影響［11］。羅偉等［12］研究了固體顆粒對油水界面張力以及油水界面剪切黏度的影響，在過濾前采出水、過濾后采出水以及過濾后采出水中加入模擬固體顆粒后測試了界面張力以及油水界面剪切黏度。過濾后的油水界面張力以及剪切黏度低于過濾前的油水界面張力以及剪切黏度，而過濾后加入模擬固體的油水界面張力以及剪切黏度比過濾后的油水界面張力以及剪切黏度高。這證明固體顆粒黏附于油水界面，使得油水界面吸附的界面活性物質量減少，導致界面張力上升。親水性固體顆粒增強O/W乳狀液的穩(wěn)定性，而親油性固體顆粒趨于增強W/O乳狀液的穩(wěn)定性，使得油水界面剪切黏度增大，隨著剪切速率的增大，界面膜破裂，界面剪切黏度隨之下降直至平衡。

Zeta電位是表示膠體分散體系穩(wěn)定性的重要指標。Zeta電位（正值或負值）越高，體系越穩(wěn)定，溶解或分散可以抵抗聚集；反之，Zeta 電位越低，則傾向于凝結或凝聚［13］。張維等［14］通過測定不同固體顆粒濃度下乳狀液的Zeta 電位變化情況判定固體顆粒對乳狀液穩(wěn)定性的影響。實驗結果顯示，隨著固體顆粒濃度的增大，原油乳狀液的Zeta電位負值增加。由于固體顆粒本身帶有負電荷，隨著固體顆粒濃度增大，吸附于油水界面膜的固體顆粒越多，使得含有固體顆粒的油水乳狀液Zeta電位負值增大。

曹廣勝等［7］通過把不同質量濃度的酸化返排液攜帶的固體顆粒加入原油乳狀液中，測量不同濃度的固體顆粒下可加電壓的變化情況。結果顯示由于固體顆粒會黏附于油水界面膜，阻止了水滴的聚集合并，隨著固體顆粒濃度的增大，原油乳化程度加大，可加電壓逐步下降，導致電脫水器發(fā)生過流。

固體顆粒是影響油水界面穩(wěn)定性的因素之一，減少酸化返排液中的固體顆粒含量，改善固體表面濕潤性是降低固體顆粒對原油破乳影響的關鍵。

2 酸化稠油破乳脫水方法

2.1 熱化學沉降技術

熱化學沉降技術是集重力沉降、化學破乳、加熱以及電脫水于一體的稠油破乳方法。重力沉降是最簡易的物理破乳法，其原理是利用油和水密度的不同以及油水互不相溶的特點，在重力的作用下實現(xiàn)油水分離［15］?；瘜W破乳是通過破乳劑作為表面活性物質添加到原油乳狀液中，親水性活性基團朝向水相，親油性活性基團朝向油相，使得油水界面乳化劑活性降低，促使油水分離。電脫水是通過交流或直流電場的作用，促使水滴在兩極電場作用下發(fā)生聚結，原油乳狀液界面破壞，水滴聚集，達到油水分離的目的［16-17］。目前熱化學沉降工藝研究的主要方向有：重力分離器結構、破乳劑的篩選和用量、脫水溫度。

李巍等［18］通過以內伸式、半開式兩種入口形式進行多相流數(shù)值模擬研究重力分離器結構對原油破乳的影響。模擬結果說明，內伸式入口會降低引入液流對液面的影響，縮小入口影響區(qū)的范圍，使得油水濃度分布較為均勻，但不利于水相分離，半開式入口會擴大入口影響范圍，降低有效分離長度。

篩選最佳破乳劑是熱化學沉降法提高油水分離效果的關鍵。孫海玲等［19］針對老化油破乳難問題，用7種破乳劑進行破乳脫水實驗，在恒溫水浴加熱90 min 的情況下，H7 的破乳效果最好，脫水率達95.24%，其余6 種破乳劑的脫水率均低于80%。但是H7 實際用于化學沉降流程后，油層含水率值為17.64%，仍達不到原油含水率0.5%的標準，說明單用化學破乳劑無法解決老化油破乳脫水問題。

破乳劑用量以及脫水溫度關系到熱化學沉降法處理成本的高低。張愛娟［20］分別在溫度為60 ℃、70 ℃以及破乳劑用量100、150 mg/L下進行靜態(tài)沉降試驗的脫水效果。60 ℃下恒溫加熱30 h，兩種用藥濃度下的原油含水率均降至21.05%，恒溫加熱大于30 h 后脫水效果基本不變；70 ℃下恒溫加熱30 h，兩種用藥濃度下的原油含水率均降至2.44%，恒溫加熱30 h后，原油含水率基本不變。分析以上結果說明，原油脫水率和破乳劑濃度不成正比例關系，當用藥量達到一定數(shù)值后，原油脫水率不再提高，隨著溫度的升高，乳化膜強度下降，使得原油乳狀液更容易破乳脫水。提高用藥濃度和脫水溫度將加大能耗成本，因此在滿足原油脫水標準后要盡量降低用藥劑量和脫水溫度。

通過優(yōu)化重力分離器結構、篩選最佳破乳劑、選取合理脫水溫度可以提高熱化學沉降工藝的脫水效率。不過，盡管優(yōu)化熱化學沉降脫水工藝可以提高原油乳狀液的脫水率，但是在處理高進油量、高黏度、高含水率的老化油時仍無法達到降低原油含水率至0.5%的標準。

2.2 超聲波破乳技術

超聲波是一種頻率高于20 000 Hz的聲波，具有方向性好、反射能力強、易于獲得較集中的聲能等優(yōu)點［21］，超聲波破乳主要是利用超聲波的機械振動作用和熱作用［22］。超聲波在乳狀液傳播的過程中，機械振動促使水滴在不同的振動速率下發(fā)生碰撞、聚集，使得水滴體積增大、質量加重，最終油水沉降分離；熱作用使得油水界面膜溫度升高，促進了界面膜的破裂，原油吸收掉的聲能可轉化為熱能，熱能提高了原油的溫度，使得原油黏度降低。目前研究超聲波破乳的方向主要有：超聲波破乳與現(xiàn)有破乳技術脫水效果對比、超聲波破乳的影響因素、超聲波破乳實際應用的脫水效果。

Xu等［23］對比了超聲波破乳和化學-超聲波聯(lián)合破乳兩種方法的脫水效果，發(fā)現(xiàn)這兩種方法的脫水率隨時間增加幅度不大，但是化學-超聲波聯(lián)合破乳達到最佳脫水率的處理時間比單獨使用超聲波的處理時間短，而且化學-超聲波聯(lián)合破乳的脫水效果比單獨使用超聲波破乳的好。這是由于超聲波的振動作用，使得化學破乳劑能更加充分分布于油水界面，促進了油水界面破乳，使得脫水率提高。

謝鵬等［24］通過處理時間、聲強兩個因素研究超聲波對重污油脫水率的影響。結果顯示在聲強（0.150 W/cm2）較低時，脫水率提高；在適宜聲強（0.225 W/cm2）時，脫水率先升高后下降；在較高聲強（0.300 W/cm2）時，脫水率下降。聲強越小，達到最佳脫水率用時越長，提高聲強，達到最佳脫水率用時減小。這是由于在較低聲強時，水滴在聲波的振動作用下發(fā)生碰撞聚集并從原油中脫出，使得脫水率提高；當超過臨界聲強時，脫出水被振碎為小液滴，使得脫水率下降。

對于超聲波實際應用效果的研究，楊偉等［25］通過把超聲波作用罐增設于沉降罐與凈化油罐之間進行試驗。在投運77 d后，凈化油罐的中部油樣含水合格率提升了19%，凈化油罐的底部油樣含水合格率提升了34.6%，脫水沉降時間平均降低了27 h，油罐底部乳狀液重復處理量由原來的20～30 cm降低至0～13 cm，沉降后的脫出水水質由超聲波使用前的黑水多轉變?yōu)榘姿?。證明超聲波對稠油處理具有顯著效果。

結合以上研究說明，超聲波破乳的關鍵因素是處理時間與聲強的最佳匹配，聲強對破乳效果的影響大于處理時間。超聲波振動作用促進水滴碰撞的特點表明超聲波更適合處理含水率高的原油，但超聲波不適合作為單獨使用的破乳技術，作為化學破乳的輔助破乳可達到更好的破乳效果。

2.3 水洗技術

水洗技術是利用油田地層水對酸化油進行水洗，以去除掉酸化油油相中含有的酸化淤渣以及影響油水界面穩(wěn)定性的活性物質。目前研究水洗技術的主要方向有：水洗技術提高破乳效果的作用機理、水洗技術的最佳油液質量比、水洗技術在油田的實際應用效果。

李建強［26］通過研究水洗對酸化油破乳脫水的影響，發(fā)現(xiàn)經過水洗原油在比色管底部存在大量固體，水洗后的液體渾濁且油水界面有黑色絮狀物。表明水洗可以將酸化油的酸化淤渣以及油水界面的活性劑去除掉，使得油水界面穩(wěn)定性下降，降低破乳難度。

沈明歡等［27］分別在0、0.5、1.0、2.0、4.0的水液質量比下進行水洗破乳效果的研究，發(fā)現(xiàn)水液質量比從0 提升到1.0 時，含水率下降3.0%，而從1 提升到4.0 時，含水率只下降了0.8%。隨著水液質量比的提高，原油含水率下降，當水液質量比提高到一定程度后，原油含水率下降幅度很小，過大的水液質量比對降低原油含水率效果不明顯，影響原油處理效率，同時會浪費有大量的水資源，提高處理成本。

確定最佳水液質量比后，沈明歡等［27］還研究了水洗技術在油田的實際應用效果。在現(xiàn)有熱化學沉降工藝的處理流程前加入了混合閥和水洗罐，經過加熱爐預熱后采用油田地層水對酸化油進行水洗，酸化油未水洗沉降前原油的含水率為6.25%，pH值為5.87，而酸化油水洗沉降后原油的含水率為3.05%，pH值為7.73。，此外，水洗技術可降低中和藥劑的使用量，去除部分固體顆粒，促進原油破乳，為破乳劑提高破乳效果提供了穩(wěn)定環(huán)境。

水洗技術的關鍵是選擇最佳的水液質量比以保證原油預處理的有效性，初步去除掉原油中的固體雜質和酸化淤渣，可以減少破乳藥劑使用量，為破乳劑提供良好的破乳環(huán)境，從而保證電脫水器的穩(wěn)定運行。

2.4 高頻脈沖電脫水技術

原油乳狀液通過使用電脫水工藝進行脫水處理，由于原油乳狀液中含有的水滴自身所帶的電荷與電極相反，使得水滴朝向兩個平行的電極運動，發(fā)生電泳現(xiàn)象。在高壓直流或交流電場的作用下，相同正負極的水滴相互靠近，形成直線排列的“水鏈”，增大了水滴相互碰撞的概率，促進油水分離［28］。

在直流電場中，水滴會在電場作用下發(fā)生偶極聚結和電泳聚結。偶極聚結指乳狀液的水滴在正負兩電極的作用下產生大小相等、方向相反的作用力從而發(fā)生聚結［29］。電泳聚結指帶有電荷的水滴在電場作用下相互碰撞聚集成大水滴，在重力作用下油水分離［30］。在交流電場中，水滴在電場作用下會發(fā)生偶極聚結和振蕩聚結作用。振蕩聚結指水滴在變化的電場中周期性運動，水滴中正負離子往復運動使得水界面膜受到沖擊甚至發(fā)生破裂，最終發(fā)生聚結沉降［31］。高頻脈沖電場就是將直流電場的電泳聚結和交流電場的振蕩聚結相結合，同時又具有偶極聚結作用［32］。目前對高頻脈沖脫水的主要研究方向有：影響高頻脈沖電脫水效果的因素、高頻脈沖在油田中的實際應用效果。

房維等［33］進行了高頻脈沖電脫水影響因素的研究，發(fā)現(xiàn)合適的電場強度有利于增強水滴之間的極化作用，過大的電場強度會造成凝聚的水滴界面張力不能抵抗兩級電場拉應力，導致大水滴分散成小水滴。合適的頻率能促使水滴與電場產生共振，在共振作用下隨著水滴的振動和變形達到聚集水滴的目的，過大或過小的頻率都使得水滴無法較好地吸收電場極化能量。同樣，過大或過小的脈寬比都會使得水滴無法較好地吸收電場極化能量。說明合理的電場強度、頻率、脈寬比是高頻脈沖電脫水有效性的關鍵因素。

張倩［34］通過用塔河油田酸化油、老化油、酸化油和老化油等比例混合3種油樣進行高頻脈沖電脫水試驗，檢驗高頻脈沖電脫水法在油田的實際應用效果。酸化油的進液平均溫度為78 ℃，進液最高溫度與最低溫度溫差為9 ℃，平均進液含水率為20.42%，最高進液含水率與最低進液含水率差值為12.99%，經過高頻脈沖處理后平均出油含水率在0.5%以下。老化油的進液平均溫度為80 ℃，進液最高溫度與最低溫度溫差為8 ℃，平均進液含水率為35.24%，最高進液含水率與最低進液含水率差值為22.69%，經過高頻脈沖處理后平均出油含水率在0.5%以下。酸化油和老化油等比例混合油樣的進液平均溫度為78 ℃，最高溫度與最低溫度的溫差為7 ℃，平均進液含水率為20.23%，最高進液含水率和最低進液含水率差值為25.84%，經過處理后平均出油含水率也在0.5%以下。由此可見，高頻脈沖電脫水技術具有良好的破乳脫水效果，進液含水率處理范圍廣，對老化油、酸化油的破乳處理效果好，脫水效率高。但高頻脈沖電脫水技術的局限性是進油溫度范圍較小，溫度過高會產生氣泡，影響油水分離效果；此外，運行負荷不能過載，否則當處理量超出時脫出水原油含水率不能達標。

高頻脈沖脫水工藝的脫水效果取決于電場強度、頻率、脈寬比，進油溫度要控制在不產生氣泡的范圍，對進油的種類與含水率要求不苛刻，具有進液含水率適應范圍廣的優(yōu)點，適合作為原油精脫水處理技術，保證含水率達到輸出油標準。

2.5 微波破乳技術

與傳統(tǒng)破乳技術相比，微波破乳技術通過熱效應和非熱效應的共同作用下破乳，具有脫水效率高、節(jié)能環(huán)保、普適性強等優(yōu)點［35］。目前國內外對微波破乳的研究方向主要方向為：微波輻射原油乳狀液破乳機理、影響微波輻射破乳脫水效果的因素。

Abdurahman等［36］以油包水乳狀液為實驗對象，在不使用化學破乳劑的前提下，用微波破乳法與重力沉降法進行脫水率對比試驗，發(fā)現(xiàn)微波輻射可以提高乳狀液的溫度，導致乳狀液的黏度降低，破乳效果比重力沉降法顯著提高。在微波破乳處理過程中，乳狀液加熱速率隨溫度升高降低，體積產熱率在微波輻射前期提高，隨著輻射時間延長而減小。加熱速率隨溫度升高降低可能是由于介質損耗降低引起的。

孫娜娜等［37］以水相為研究介質，結合德拜方程研究微波頻率與介電常數(shù)的關系，發(fā)現(xiàn)隨著微波輻射頻率的增大，介電常數(shù)減小，而損耗因子先增大后減小。根據(jù)試驗現(xiàn)象得出的理論解釋是：在輻射頻率較低時，隨著微波輻射頻率的增大，當偶極子極化慢于電場的變化時，能量會以熱的形式消耗于介質中，介電常數(shù)減小，損耗因子增大；隨微波輻射頻率繼續(xù)增大，電場的變化完全快于偶極子極化，只會發(fā)生瞬時極化，使得介電常數(shù)很小，損耗降低。微波熱效應通過介質損耗轉變成熱能，合適的頻率范圍促進利用熱能降低乳狀液界面膜強度。

付必偉等［38］以微波輻射功率和輻射時間為變量研究微波對油樣脫水率以及黏度的影響，發(fā)現(xiàn)隨著微波功率的增大，油樣脫水率逐步提高，微波功率在450 W后脫水效果增幅不大；在相同功率下，輻射時間過短或過長的脫水效果都不明顯；微波加熱破乳可顯著降低油樣的黏度。微波功率在合理范圍有利于脫水，過高功率提升脫水效果幅度很小。輻射時間過短時，油樣升溫幅度過小，水滴聚集困難；輻射時間過長時，油樣溫度偏高使得水滴汽化再次進入油相中，降低脫水率。微波通過非熱效應顯著降低油樣黏度。

微波破乳法相對傳統(tǒng)重力沉降破乳法具有更好的脫水效果，而且不需要加熱化學破乳劑，通過選擇合理的微波頻率改變介電常數(shù)，使得介質把獲得能量通過熱效應促進破乳。目前的微波破乳沒有進行油樣在酸性返排液環(huán)境中的破乳試驗，同時微波破乳國內目前缺少工業(yè)實際運用設備。

3 結束語

酸化返排液所處環(huán)境的pH 值、溫度變化、固體顆粒含量是影響原油乳狀液破乳的關鍵因素。原油乳狀液在偏向酸性或堿性的環(huán)境下都會因環(huán)烷酸和固體金屬顆粒的存在增大破乳難度，pH值在中性條件下才最利于原油破乳。提高溫度會降低原油黏度，恒溫加熱的破乳效果取決于破乳劑本身的性能和溫度對破乳劑性能的影響，驟變溫度的方法能更好地提高稠油乳狀液脫水效果。固體顆粒黏附于油水界面膜，使得油水界面張力、油水界面剪切黏度增大，減少酸化返排液的固體顆粒含量，改善固體表面濕潤性是降低固體顆粒對原油破乳影響的關鍵，可通過油田地層水水洗的方法降低黏附于油田界面膜的固體顆粒含量。

熱化學沉降法、超聲波破乳法、水洗法、高頻脈沖電脫水法是目前常用的原油破乳脫水工藝，其中微波破乳是新型原油破乳脫水工藝，每種破乳方法都有適用范圍。熱化學沉降法適合處理黏度、含水率均不高的原油乳狀液，處理酸化稠油時面臨脫水效率較低、用藥劑量過多、原油含水率過高的問題。超聲波稠油破乳脫水的實際應用效果顯著，可以作為熱化學沉降工藝的輔助破乳。水洗法可去除部分固體顆粒和酸化淤渣，具有減少藥劑使用量、提高pH 值促進原油分離從而保證電脫水器穩(wěn)定運行的優(yōu)點，適用于重力沉降前預處理。高頻脈沖電脫水法對酸化油、老化油的脫水效果都較好，具有進油含水率適應范圍廣的優(yōu)點，適用于精脫水處理。微波破乳仍處于研究階段，需進一步研究破乳機理以及驗證工業(yè)實用效果。根據(jù)酸化原油破乳的影響因素以及脫水工藝的研究進展，對未來主要的研究方向建議如下：

從微觀層面研究pH 對原油破乳的影響，探究環(huán)烷酸的種類、結構、相對分子質量等因素在pH值較低時影響乳狀液穩(wěn)定的機理，解決化學破乳劑效果低、沉降破乳效率慢等問題。

依據(jù)原油的基本組分以及酸化返排液的化學成分，對各種破乳工藝的適用性以及脫水效果進行客觀分析，完善一套聯(lián)合多種破乳方法的脫水工藝。

明確不同pH 值情況下微波頻率、輻射時間與破乳脫水率的關系，進而分析微波輻射對酸化原油破乳的效果。微波破乳的非熱效應破乳機理尚未有定論，需要有進一步充足有力的實驗證據(jù)支撐微波非熱效應的破乳理論。增強微波輻射控制溫度、壓力、功率的精確度，這是微波輻射技術走向工業(yè)化的關鍵。