評估破乳劑對原油乳液穩定性的影響– 實時和加速分析

由于生產條件的原因，原油大多以油包水乳液的形式獲得，這些乳液通過瀝青質、蠟和細顆粒來穩定。實際上，提煉原油的第一步是分離水。目的是有效地破壞乳液，使水相分離。通常使用表面活性物質與熱處理相結合，促使水滴聚結、水分離。

原油是一種非常復雜的混合物，其化學成分和物理性質因產地不同而有很大差異。水、鹽和礦物質的含量變化很大。混合料的不同不僅會影響其粘度、密度等宏觀特性，還會影響破乳劑的種類和最佳用量。

因此，市場上不斷開發新的破乳劑。為了開發和選擇合適的破乳劑，必須使用多種不同的破乳劑測試各種原油乳液。出于技術和經濟原因，必須確定其最佳濃度。一種短時間內量化分離過程的有效的測試方法，將作為期瓶試法的替代方案。

1.材料和方法

1.1 樣品的制備

研究了兩種不同生產地點的原油乳液（均為黑色樣品），分別記為油田1和油田2。此外，將15ml油田2號樣品裝入約50ml的玻璃容器中，并分別加入4、8、12和18μl破乳劑溶液（對應破乳劑劑量為原油乳液的0.027vol %、0.054 vol %、0.08 vol %和0.12 vol %）。將這些樣品在臺式攪拌器上以150/min的頻率振蕩30分鐘。由于流體粘度高，僅觀察到輕微的混合。因此，在搖晃過程中，將瓶子傾斜放置并轉動10次。在將樣品填充到樣品管中之前，手動混合1分鐘。    

將約原油乳液和加入破乳劑后的乳液裝入PA10mm的樣品管中。在測量之前，將這些樣品置于80°C的水浴中半小時。

1.2 重力實時分析

在使用LUMiReader® 413中進行實時分析，溫度為60°C， 每250秒記錄一次樣品透光率曲線，測試時長17h。

1.3 加速分析

使用LUMiSizer®611（NIR）中在60°C下進行測試，轉速為4000 rpm ，每30秒記錄一次樣品透光率曲線，測試時長20min。

2.結果和討論

2.1實時測試

圖1 在60°C條件下，添加0.12vol%破乳劑的油田2號原油乳液在17h內的透光率圖譜(每25條譜線顯示一條)

從圖1中透光率圖譜可知，樣品底部透光率，說明底部出現澄清的水層。    

圖2 油田1、油田2、油田2+0.12vol%破乳劑在靜置條件下測試17h時的透光率譜線（僅顯示第一條譜線和最后一條譜線），樣品測試后的照片

圖2比較了兩個原油樣品和油田2在添加破乳劑后的分離行為。添加破乳劑的油田2樣品底部透光率顯著升高，說明形成澄清層。在油田2中不使用破乳劑的情況下，第一個和最后一個輪廓之間只有非常小的變化，說明該樣品很穩定。相比之下，來自油田1的油在底部上方顯示出明顯的澄清層。    

圖3 積分透光率隨時間變化的曲線圖(樣品底部42-47mm)。

由圖3可知，未使用破乳劑的油田2樣品透光率變化很小，其中油田1的分離稍微明顯。而加入破乳劑后，1 ~ 2小時即可清晰確定原油的差異。

使用軟件模式“界面追蹤"計算在60°C下實時分離17小時后分離的澄清相的體積。下表1中給出了參考透光率為10%時的澄清層占比（澄清層高度/總填充高度）。還介紹了LUMiReader®在原油表征方面的成功探索。

表1 澄清層占比

2.2加速測試

圖4 油田1、油田2、油田2+破乳劑在2300 g、60℃條件下測試20 min時的透光率圖譜

從圖4的透光率圖譜可以看出，樣品底部有澄清水層析出。

從譜線間距離的減小可以看出，水層的分離逐漸減緩。可以假定，在離心過程中，留在油相中的水的穩定程度增加，因為不太穩定的水已經分離了。

圖5破乳劑含量對油田2穩定性的影響（顯示第一條和最后一條譜線），樣品測試后的照片

油田2乳化液的分離行為(穩定性)隨破乳劑濃度的變化如圖5所示。從第一條譜線之間的變化可以看出，只有在破乳劑劑量為0.054 vol%左右時，第一條譜線分離的水量才會增加，而分離的速度會進一步加快。當用量在0.027 vol%以上時，僅10 s后水就已分離。在研究范圍內，10 s后的分離程度隨劑量的增加而略有增加。    

同時可以看出，在較高的破乳劑劑量下，分離程度只有微小的改善。

在LUMiSizer®中，2300 g, 60°C離心20分鐘后，使用 “界面追蹤"計算分離的澄清層體積占比。表2給出了參考透光率為10%時的比率(凈相高度/總填充高度)。

表2 加速測試后澄清層占比

使用“界面追蹤"參考透光率10%時樣品的相分離界面位置 (圖6)。澄清水層的厚度以底部129.8 mm的位置與相分離界面位置之間的差來表示。可以注意到，“油田1"比“油田2"含有更多的水，僅通過離心即可分離。加入破乳劑可以顯著提高水分離度，但在0.05 vol%的劑量下，分離程度趨于穩定，而從10 s后的第一條譜線也可以推斷在更高的劑量下水分離程度也略有增強。    

圖6 用2300 g在60℃下離心時水分離動力學的比較。邊界原油/水在傳輸值為10%時的移動。

在實驗進行5 - 10分鐘內，可以確定樣品的脫水行為。油田1在不加破乳劑的情況下，澄清水層厚度最高，析出速率最快，也最不穩定。破乳劑含量加到一定程度后水層的析出速率幾乎不再變化，考慮到經濟效益，建議破乳劑含量不要超過0.05vol%。

3.結論

重力分析和加速分析適用于原油乳狀液的定性和定量表征，以及破乳劑效果的評價。

在60℃下進行1 ~ 2小時的實時穩定性測量，可以確定添加破乳劑和不添加破乳劑的原油之間的差異。

加速測試給出了相同的排序，但在5-10分鐘內就得到了決定性的結果。除了排序之外，也很容易優化破乳劑的用量。在這里，可以在相同的條件下同時分析多達12種不同的乳劑。因此，加速測試是快速穩定性排序、破乳劑選擇和用量優化的有力工具。