油气集输-原油净化第2节.ppt

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1、第二节第二节 原油乳状液原油乳状液原油乳状液的类型；原油乳状液的类型；原油乳状液的生成机理；原油乳状液的生成机理；原油乳状液的性质；原油乳状液的性质；1一、原油乳状液的类型一、原油乳状液的类型两种（或两种以上）不互溶（或微量互溶两种（或两种以上）不互溶（或微量互溶）的液体，其中一种以极小的液滴分散于另）的液体，其中一种以极小的液滴分散于另一种液体中，这种分散物系称为乳状液。一种液体中，这种分散物系称为乳状液。2原油乳状液的两种类型原油乳状液的两种类型 一种是水以极微小的颗粒分散于原油中，一种是水以极微小的颗粒分散于原油中，称为：称为：“油包水油包水”型乳状液，用符号型乳状液，用符号W/O表表示

2、示，水是内相或称分散相，油是外相或称分，水是内相或称分散相，油是外相或称分散介质，因外相液体是相互连接的，故又称散介质，因外相液体是相互连接的，故又称连续相；连续相；另一种是油以极微小颗粒分散于水中，称另一种是油以极微小颗粒分散于水中，称为；为；“水包油水包油”型乳状液，用符号型乳状液，用符号O/W表示，表示，此时油是内相，水是外相。此时油是内相，水是外相。3二、原油乳状液的生成机理二、原油乳状液的生成机理界面能和界面张力；界面能和界面张力；乳化剂；乳化剂；形成稳定乳状液的必要条件；形成稳定乳状液的必要条件；原油乳状液的形成；原油乳状液的形成；预防措施。预防措施。41.界面能和界面张力界面能和

3、界面张力 欲使液体内层分子移到表面上来，扩大欲使液体内层分子移到表面上来，扩大液体的表面，就必须对系统作功以克服分子液体的表面，就必须对系统作功以克服分子所受的指向液体内部的拉力。所作的功储存所受的指向液体内部的拉力。所作的功储存于表层，成为表层分子的位能，故于表层，成为表层分子的位能，故液体表层液体表层分子比内部分子多储存一部分能量，这种能分子比内部分子多储存一部分能量，这种能量称表面自由能，或表面能。量称表面自由能，或表面能。51.界面能和界面张力界面能和界面张力表面能产生的示意图表面能产生的示意图6表面张力表面张力在恒温、恒压条件下，液体表面积每增在恒温、恒压条件下，液体表面积每增大一个

4、单位所增加的表面能称为比表面能，大一个单位所增加的表面能称为比表面能，以以J/m单位。单位。在数值上，比表面能等于在液体在数值上，比表面能等于在液体表面上垂直作用于单位长度上的表面紧缩力，表面上垂直作用于单位长度上的表面紧缩力，即表面张力。即表面张力。表面张力可解释为抑制使表面表面张力可解释为抑制使表面积增加而来自液体的阻力积增加而来自液体的阻力。7两两种种液液体体相相接接触触时时，表表面面能能与与表表面面张张力称力称为为界面能和界面界面能和界面张张力。力。界面能和界面张力界面能和界面张力82.乳化剂乳化剂 将煤油和水激烈搅拌，虽能使一种液体搅将煤油和水激烈搅拌，虽能使一种液体搅拌成极微小的颗

5、粒分散于另一种液体中形成拌成极微小的颗粒分散于另一种液体中形成乳状液，但搅拌停止后，内相颗粒在周围液乳状液，但搅拌停止后，内相颗粒在周围液体分子热运动的撞击下发生不断改变方向的体分子热运动的撞击下发生不断改变方向的无秩序运动，即布朗运动，使内相颗粒相互无秩序运动，即布朗运动，使内相颗粒相互碰撞、合并，很快油水就分层了，即所得乳碰撞、合并，很快油水就分层了，即所得乳状液的稳定性（寿命）很差。状液的稳定性（寿命）很差。9若向油一水系统中加入第三种物质后，若向油一水系统中加入第三种物质后，经搅拌能得到稳定的乳状液，则把这种使经搅拌能得到稳定的乳状液，则把这种使乳状液稳定的物质称为乳化剂。乳状液稳定的

6、物质称为乳化剂。2.乳化剂乳化剂10根根据据热热力力学学第第二二定定律律，在在恒恒温温、恒恒压压下下，物物系系都都有有自自动动向向自自由由能能减减小小方方向向进进行行的的趋趋势势。当当煤煤油油-水水形形成成乳乳状状液液时时，其其接接触触界界面面和和界界面面能能都都很很大大，从从热热力力学学观观点点看看，乳乳状状液液是是一一种种不不稳稳定定体体系系，分分散散相相液液滴滴必必然然会会自自发发地地合合并并，缩缩小小界界面面面面积积使使界界面面能能趋趋向向最最低低，这这就就是是没没有有乳乳化化剂剂时时煤煤油油和和水水不不能能生生成成稳稳定乳状液的原因。定乳状液的原因。2.乳化剂乳化剂11 把把那那些些

7、溶溶入入少少量量就就能能显显著著降降低低溶溶液液表表面面张张力力的的物物质质称称为为表表面面活活性性物物质质，或或表表面面活活性性剂剂。表表面面活活性性剂剂降降低低表表面面张张力力的的能能力力称称表表面面活活性性，或或表表面面活活度。度。凡凡是是能能使使溶溶液液表表面面张张力力升升高高的的物物质质，称称为表面惰性物质为表面惰性物质。2.乳化剂乳化剂12（1）乳化剂的类型乳化剂的类型乳化剂的类型很能多，大部分乳化剂都乳化剂的类型很能多，大部分乳化剂都有表面活性剂。按生成乳状液类型可以分有表面活性剂。按生成乳状液类型可以分为两大类：为两大类：形成形成O/W型乳状液的乳化剂，它们都是型乳状液的乳化剂

8、，它们都是亲水性，在水中的溶解度大于油中，如水亲水性，在水中的溶解度大于油中，如水溶性的皂类、蛋白质、植物胶、淀粉等；溶性的皂类、蛋白质、植物胶、淀粉等；形成形成W/O型乳状液的乳化剂，它们都是型乳状液的乳化剂，它们都是亲油性，易溶于油，如高级醇类、胶质、亲油性，易溶于油，如高级醇类、胶质、高级脂类等。高级脂类等。13 乳乳化化剂剂可可通通过过多多种种途途径径使使分分散散体体转转变变为为乳乳状状液液。乳化乳化剂剂的作用表的作用表现现在以下几方面：在以下几方面：乳化剂吸附在油水界面，乳化剂吸附在油水界面，降低降低油水油水界面界面张张力；力；乳乳化化剂剂在在分分散散相相周周围围形形成成一一层层粘粘

9、性性薄薄膜膜，阻阻止止内相内相液滴液滴在碰撞时在碰撞时聚聚结结成成较较大液滴。大液滴。乳乳化化剂剂可可能能是是以以某某种种方方式式排排列列的的极极性性分分子子，使使液滴表面液滴表面带电带电，同性相斥，液滴聚，同性相斥，液滴聚结结难度增大难度增大。（2）乳化剂的作用乳化剂的作用14 乳化剂使乳状液稳定的原因，是由于它乳化剂使乳状液稳定的原因，是由于它在界面上形成一层薄膜，保护分散相，使其在界面上形成一层薄膜，保护分散相，使其界面被掩蔽，液滴碰撞时，膜在外边保护着，界面被掩蔽，液滴碰撞时，膜在外边保护着，液滴不会因界面接触而合并，其情形如下两液滴不会因界面接触而合并，其情形如下两图所示。图所示。（

10、3）乳状液的保护膜乳状液的保护膜15O/W型乳状液的保护膜型乳状液的保护膜16 W/O型乳状液的保护膜型乳状液的保护膜173.形成稳定乳状液的必要条件形成稳定乳状液的必要条件系系统统中中必必须须存存在在两两种种以以上上互互不不相相溶溶（或或微微量相溶）的液体；量相溶）的液体；要要有有强强烈烈的的搅搅动动，使使一一种种液液体体破破碎碎成成微微小小的液滴分散于另一种液体中；的液滴分散于另一种液体中；要要有有乳乳化化剂剂存存在在，使使微微小小液液滴滴能能稳稳定定地地存存在在于于另一种液体中。另一种液体中。184.原油乳状液的形成原油乳状液的形成当油、气、水混合物由井底沿井筒油管举当油、气、水混合物由

11、井底沿井筒油管举升到井口，经过油嘴的节流，以及集油管线、升到井口，经过油嘴的节流，以及集油管线、阀件、离心式油泵等的强烈搅拌，使水滴充阀件、离心式油泵等的强烈搅拌，使水滴充分破碎成极小的颗粒，并为分破碎成极小的颗粒，并为原油存在的环烷原油存在的环烷酸、胶质、沥青质、石蜡、粘土和砂粒等酸、胶质、沥青质、石蜡、粘土和砂粒等“油包水油包水”型乳化剂型乳化剂所稳定、均匀地分散在原所稳定、均匀地分散在原油中，从而形成稳定油中，从而形成稳定W/O型乳状液。型乳状液。195.预防措施预防措施提提高高油油田田地地面面集集输输系系统统和和油油气气分分离离器器的的压压力力，减减小小油油嘴嘴前前后后压压差差，有有助

12、助于于减减少少乳乳状状液的生成；液的生成；尽量减少弯头、三通、阀件等局部阻力尽量减少弯头、三通、阀件等局部阻力；往油井环形空间内注入破乳剂往油井环形空间内注入破乳剂。20三、原油乳状液的性质三、原油乳状液的性质原原油油乳乳状状液液的的主主要要物物理理一一化化学学性性质质有有分分散度、粘度、密度、散度、粘度、密度、电电学性学性质质和和稳稳定性等。定性等。211.分散度分散度分分散散相相在在连连续续相相中中的的分分散散程程度度称称为为分分散散度度。分分散散度度用用内内相相颗颗粒粒平平均均直直径径的的倒倒数数表表示示。此此外外，也也常常用用内内相相颗颗粒粒平平均均直直径径或或内内相相颗颗粒粒总总表面

13、表面积积与与总总体体积积的比的比值值，即比表面，即比表面积积表示。表示。222.粘度粘度 影响乳状液粘度的因素很多，主要有：影响乳状液粘度的因素很多，主要有：外相粘度；外相粘度；内相的体内相的体积浓积浓度；度；温度；温度；乳状液的分散度；乳状液的分散度；乳化乳化剂剂及界面膜的性及界面膜的性质质；内相内相颗颗粒表面粒表面带电带电强强弱等。弱等。23 原原油油粘粘度度愈愈大大，生生成成W/O型型乳乳状状液液后后其其粘粘度度也也愈愈大大。例例如如：50时时，大大庆庆某某油油区区所所产产原原油油粘粘度度为为3.09mPas，当当含含水水23.7时时实实测测粘粘度度为为11.43mPas，而而50粘粘度

14、度为为9.49 mPas的的原原油油，含含水水24.7时时实实测测粘粘度度为为30 mPas。乳乳状状液液粘粘度度与与温温度度的的关关系系同原油同原油类类似，随温度的升高而降低。似，随温度的升高而降低。2.粘度粘度24原原油油乳乳状状液液粘粘度度随随含含水水率率的的变变化化却却呈呈现现较较为为复复杂杂的的关关系系。如如下下图图所所示示，含含水水率率较较低低时时，乳乳状状液液的的粘粘度度随随含含水水率率的的增增加加而而缓缓慢慢上上升升；含含水水率率较较高高时时，粘粘度度迅迅速速上上升升；当当含含水水率率超超过过某某一一数数值值（图图中中约约为为6575）时时，粘粘度度又又迅迅速速下下降降，此此时

15、时 W/O型型乳乳状状液液转转相相为为O/W型型或或W/O/W型型乳乳状状液液。此此后后，随随含含水水率率的的进进一一步步增增加加，油油水水混混合合物物的粘度的粘度变变化不大。化不大。2.粘度粘度25原油乳状液粘度与含水率的关系原油乳状液粘度与含水率的关系263.密密 度度 原原油油含含水水、含含盐盐后后，其其密密度度显显著著增增大大。若若已已知知乳乳状状液液体体积积含含水水率率、原原油油和和含含盐盐水水的的密密度度分分别别为为o和和w，则则原原油油乳乳状状液液的的密密度可按下式确定。度可按下式确定。Vo、Vw分分别为别为油和水的体油和水的体积积，m3。274.电学性质电学性质当当水水中中溶溶

16、有有少少量量酸酸、碱碱、盐盐类类时时，其其电电导导率率成成数数十十倍倍地地增增加加。因因此此，原原油油乳乳状状液液的的电电导导率率除除取取决决于于其其含含水水率率和和水水颗颗粒粒的的分分散散度度外外，在在很很大大程程度度上上决决定定于于水水中中的的含含盐盐、含含酸酸、含含碱碱量量。乳乳状状液液的的电电导导率率还还随随温温度度的增高而增大。的增高而增大。28介介电电系系数数是是乳乳状状液液另另一一项项重重要要的的电电性性质质。原原油油的的介介电电系系数数为为2，水水的的介介电电系系数数约约为为油油的的40倍倍，即即为为80。由由于于原原油油和和水水介介电电系系数数的的悬悬殊殊差差别别，当当把把乳

17、乳状状液液置置于于电电场场内内时时，乳乳状状液液的的内内相相水水滴滴将将沿沿电电力力线线排排列列，并并使使乳乳状状液液的的电电导导率率激激烈烈增增加加。这这种种性性质质常常被被用用来来破破坏坏原原油油乳乳状状液液，脱脱除除原原油油中中所所含的水。含的水。4.电学性质电学性质295.稳定性和老化稳定性和老化原原油油乳乳状状液液的的稳稳定定性性是是指指：乳乳状状液液不不被被破破坏坏，抗抗油油水水分分层层的的能能力力。它它是是原原油油乳乳状状液液最最重要的性重要的性质质之一。之一。影影响响乳乳状状液液稳稳定定性性的的主主要要因因素素有有：乳乳状状液液的的分分散散度度和和原原油油粘粘度度、乳乳化化剂剂

18、的的类类型型和和保保护护膜膜的的性性质质、内内相相颗颗粒粒表表面面带带电电、乳乳状状液液温温度度和水的和水的pH值值等。等。30(1)分散度和原油粘度分散度和原油粘度 若若油油水水混混合合物物内内有有足足够够的的乳乳化化剂剂，并并受受到到充充分分搅搅拌拌，则则形形成成内内相相颗颗粒粒小小、分分散散度度高高的的原原油油乳乳状状液液。水水滴滴愈愈小小，分分散散度度愈愈大大，布布朗朗运运动动愈愈强强烈烈，就就能能克克服服重重力力影影响响不不下下沉沉，而而保保持持稳稳定定。此此外外，原原油油粘粘度度愈愈大大，水水滴滴愈愈不易下沉，原油乳状不易下沉，原油乳状液液也就愈也就愈稳稳定。定。31（2）乳化剂的

19、类型和保护膜的性质）乳化剂的类型和保护膜的性质 原原油油中中存存在在的的天天然然乳乳化化剂剂大大体体上上可可分分为为三三类类：第第一一类类乳乳化化剂剂是是低低分分子子有有机机物物，如如脂脂肪肪酸酸、环环烷烷酸酸和和某某些些低低分分子子胶胶质质。这这类类物物质质有有较较强强的的表表面面活活性性，易易在在内内相相颗颗粒粒界界面面形形成成界界面面膜膜。但但由由于于分分子子量量低低，界界面面保保护护膜膜强强度度不不高高，故故乳状液的稳定性较低。乳状液的稳定性较低。32 第第二二类类是是高高分分子子有有机机物物，如如沥沥青青、沥沥青青质质等等。它它们们在在内内相相颗颗粒粒界界面面形形成成较较厚厚的的、粘

20、粘性性和和弹弹性性较较高高的的凝凝胶胶状状界界面面膜膜，机机械械强强度度很很高高，使使乳乳状状液液有有较较高的高的稳稳定性。定性。第第三三类类是是粘粘土土、砂砂粒粒和和高高熔熔点点石石蜡蜡等等固固体体乳乳化化剂剂。由由这这类类乳乳化化剂剂构构成成的的界界面面膜膜的的机机械械强强度度很很高高，因因而而乳乳状状液液的的稳稳定定性性也也很很高高。由由蜡蜡晶晶粒粒作作为为固固体体乳乳化化剂剂，因因温温度度增增高高时时蜡蜡晶晶粒粒的的溶溶解解而而使使乳乳状液状液稳稳定性下降。定性下降。（2）乳化剂的类型和保护膜的性质）乳化剂的类型和保护膜的性质33（3）内相颗粒表面带电）内相颗粒表面带电内内相相颗颗粒粒

21、界界面面上上带带有有极极性性相相同同的的电电荷荷是是乳乳状液状液稳稳定的重要原因。定的重要原因。乳状液内相颗粒界面上力场的不平衡，会乳状液内相颗粒界面上力场的不平衡，会选择性地从外相介质中吸附阳离子或阴离子选择性地从外相介质中吸附阳离子或阴离子以降低界面张力。这样，内相颗粒界面上稍以降低界面张力。这样，内相颗粒界面上稍有同种电荷，而贴近颗粒的外相介质内则带有同种电荷，而贴近颗粒的外相介质内则带有极性相反的电荷。有极性相反的电荷。34处于内相颗粒界面上的分子电离，电离处于内相颗粒界面上的分子电离，电离后的阳离子或阴离子分布到邻近颗粒的后的阳离子或阴离子分布到邻近颗粒的外相介质中去。外相介质中去。

22、由于内相颗粒在外相介质中的布朗运动；由于内相颗粒在外相介质中的布朗运动；因摩擦而带电。因摩擦而带电。（3）内相颗粒表面带电）内相颗粒表面带电35 乳乳状状液液内内相相颗颗粒粒界界面面上上和和其其邻邻近近的的介介质质中中带带有有数数量量相相等等而而符符号号相相反反的的电电荷荷，构构成成双双电电层层，如如下下图图所所示示。显显然然，全全部部内内相相颗颗粒粒界界面面上上均均带带有有同同种种电电荷荷。由由于于静静电电斥斥力力，内内相相颗颗粒粒难难于于碰碰撞撞，或或碰碰撞撞后后又又迅迅即即分分开开，因因而而小小颗颗粒粒难难于于合合并并成成大大颗颗粒下沉，乳状液粒下沉，乳状液变变得得稳稳定。定。相相比比之

23、之下下，内内相相颗颗粒粒界界面面带带电电对对含含水水率率低低的的原油乳状液原油乳状液稳稳定性的影响更定性的影响更为为明明显显。（3）内相颗粒表面带电）内相颗粒表面带电36水滴相互作用示意图水滴相互作用示意图 （a）水滴的双电层；水滴的双电层；（b）两水滴的静电排斥两水滴的静电排斥37（4）温度）温度 乳状液温度对其稳定性有很大影响，随温乳状液温度对其稳定性有很大影响，随温度的增高，乳状液稳定性下降。度的增高，乳状液稳定性下降。乳状液的主要乳化剂一沥青质、胶质、乳状液的主要乳化剂一沥青质、胶质、石蜡等在原油中的溶解度增加；石蜡等在原油中的溶解度增加；内相颗粒体积膨胀，使界面膜变薄，内相颗粒体积膨

24、胀，使界面膜变薄，机械强度减弱；机械强度减弱；38加剧了内相颗粒的布朗运动，增加了互加剧了内相颗粒的布朗运动，增加了互相碰撞，合并成大颗粒的机率；相碰撞，合并成大颗粒的机率；油油水水体体积积膨膨胀胀系系数数不不同同，原原油油体体积积膨膨胀胀系系数数较较大大，使使水水和和油油的的密密度度差差增增大大，水水滴易于在油相中下沉；滴易于在油相中下沉；降低了原油的粘度，水滴易于沉降。降低了原油的粘度，水滴易于沉降。（4）温度）温度39 由由上上述述可可知知，对对原原油油乳乳状状液液加加热热，能能使使乳乳状状液液稳稳定定性性降降低低，有有利利于于原原油油脱脱水水。但但加加热热需需要要消消耗耗燃燃料料，将将

25、增增加加原原油油蒸蒸发发损损耗耗。一一般般不不希希望望把把加加热热作作为为主主要要的的脱脱水水手手段段。在在达达到到脱脱水水要要求求的的前前提提下下，应应尽尽可可能能对对乳乳状状液液少加少加热热或不加或不加热热。（4）温度）温度40（5）水的）水的pH值值水的水的pH值对原油乳状液的稳定性存在影响。值对原油乳状液的稳定性存在影响。一般，一般，pH值增加，内相颗粒界面膜的弹性和值增加，内相颗粒界面膜的弹性和机械强度降低，乳状液的稳定性变差。向乳机械强度降低，乳状液的稳定性变差。向乳状液中引入强碱提高水的状液中引入强碱提高水的pH值，能促进乳状值，能促进乳状液破乳。液破乳。41(6)乳状液的老化乳状液的老化 分分散散在在原原油油中中的的天天然然乳乳化化剂剂，特特别别是是固固体体乳乳化化剂剂，在在油油水水界界面面的的吸吸附附并并构构成成致致密密的的薄薄膜膜需需要要有有一一定定的的时时间间。原原油油乳乳状状液液随随时时间间的的推推移移变变得得逐逐渐渐稳稳定定。乳乳状状液液的的这这种种性性质质称称为为乳乳状状液液的的老老化化。在在形形成成乳乳状状液液的的初初始始阶阶段段，乳乳状状液液的的老老化化十十分分显显著著，随随后后逐逐渐渐减减弱弱，常常常常在在一一昼昼夜夜后乳液的后乳液的稳稳定性就很少再增加。定性就很少再增加。42