乳状液电脱水效果影响因素研究

廖天昊，蒋宏业

（西南石油大学，四川 成都 610500）

近年来得到了广泛的应用与关注，由于开采方式的多样性，导致现场采出液越发稳定，不易脱水，采用单一的化学破乳方法，很难达到脱水要求[1,2]，然而电脱水却在一定条件能到很好的脱水效果，为此研究电脱水方法，明确其影响因素具有十分重要的意义[3]。

1 实验部分

1.1 实验仪器及试剂

（1）实验试剂

本次实验所需油样为某油田火驱汇管原油，采出液综合含水率在75%左右，其中上层稳定乳状液含水率为25%，60 ℃下，采出液表观粘400 mPa·s，经电脱仪器所得脱水原油密度为891 kg/m3（20℃），并利用脱水原油和矿化水，按照一定的制备原则进行室内模拟乳状液的制备。

（2）实验仪器

本次试验所需仪器主要包括：恒温水浴装置；RW20搅拌器；称重天平；DPY-2C破乳剂及电脱盐性能测试仪；100 mL烧杯；VT550粘度仪；密闭电脱水仪。

1.2 实验方法

（1）模拟乳状液制备

经测试，现场采出液上层稳定乳状液含水率为25%，为此室内根据密闭电脱仪获取脱水原油以及矿化水，并按油水混合比例为1∶3一次性混合至150 mL烧杯中，油水总量为100 mL。根据制备乳状液与现场乳状液表观粘度的相似性，即反演法[4]来确定乳状液的制备条件，经试验确定乳状液的制备条件为，搅拌速率1 000 r/min，搅拌时间18 min，制备温度为50 ℃。

（2）模拟乳状液电脱水规律测定[5]

① 将制备好的模拟乳状液装入带有电极的萝卜瓶中，分别加入破乳剂60×10-6，并置于振荡器中进行充分震荡，时间为1 min，目的使破乳剂均匀分布在乳状液内；

② 将高压电源按钮旋至0刻度，并把上述萝卜瓶置于电脱盐性能测试仪的恒温槽内，盖上箱式电极板，使萝卜瓶电极盖与箱式电极板紧密相连，以便电压能最大限度的加至萝卜瓶中的O/W型乳状液；

③ 慢慢旋转电压按钮，并注意观察电流变化情况，确保电流不超过最大设定值；

④ 观察在不同电压类型以及电压值下乳状液的脱水状况。

2 实验结果和讨论

2.1 电场类型对乳状液脱水的影响

2.1.1 交流电场对乳状液脱水的影响

制备模拟乳状液5份，各加电压分别为0、500 、1 000、1 500以及2 000 V，破乳温度为50 ℃（下同）分别观察不同电压下乳状液脱水率随时间的变化情况，具体实验结果如图1所示。

图1 交流电场作用下电压对乳状液脱水影响特性影响Fig.1 The influence of voltage on emulsion dehydration under alternating electric field

由图1可知，在交流电场的作用下，电压改变对乳状液的脱水影响很大，随着电压的增加，乳状液脱水率呈现增大趋势，但当电压增至一定值时，乳状液脱水率改变并不明显，对于该种乳状液，当电压增至1 500 V时，相比于1 000 V而言脱水效果增大的并不明显，从经济性角度考虑，建议现场不必采用过高的破乳电压，电压维持在1 000～1 500 V之间即可得到很好的脱水效果。此外通过实验现象，我们可以看到，脱水过程中电流的变化主要经历如下阶段：电流稳定阶段；电流振荡阶段以及电流增大阶段三个阶段，其中第三个阶段说明乳状液达到破乳高峰期。

在交流电场的作用下，乳状液分散相液滴产生一定的偶极聚结，即相邻两液滴之间将产生相反的电荷，并在空间中按一定规律排列，各分散水滴在电场力的作用下逐渐变形并拉长，形成一定的链式结构，并在电场力的作用下，各水滴之间相互吸引，不断冲破油水界面膜，促使水滴聚并，此外由于交流电场的作用，分散相水滴不断发生振荡，增加了水滴之间聚并的概率，促进了乳状液的脱水。

2.1.2 直流电场对乳状液脱水的影响

制备模拟乳状液5份，各加直流电压分别为0、500、1 000以及1500 V，破乳温度50 ℃，分别观察不同电压下乳状液的脱水率随时间的变化情况，具体的实验结果如图2所示。

图2 直流电场作用下电压对乳状液脱水影响特性影响Fig.2 The influence of voltage on emulsion dehydration under direct-current electric field

图3 直流电场与交流电场脱水效果对比Fig.3 The effect contrast on emulsion dehydration between direct-current and alternating electric field

由图2可知，当乳状液加直流电压时，乳状液的脱水效果有明显的改观，且同样随着电压的增加，脱水率呈增大趋势。出现上述现象原因在于电场力的存在使得分散相水滴之间产生一定的电泳作用，加速了油水界面之间的排液过程，促进了液膜的破裂，进而提高了水滴聚并速率，利于乳状液的破乳。

如图3所示，相比于交流电场而言，同样电压作用下，脱水效果不及交流电场，出现上述现象的原因可以从临界电压角度加以解释，直流电场作用下临界电压为[6]：

式中：σ0—油水界面张力。

由交流电场以及直流电场临界压力对比可知，交流电场作用下，油水界面膜达到临界状态，开始破灭所需的电压要小于直流电场。所以在同样电压下，交流电场的破乳效果较好。

2.2 含水率对乳状液脱水的影响

一般而言，出于安全性考虑，现场电脱水器中的乳状液含水量一般不能超过30%，以防止含水过高而发生电击穿现象，因此现场通常采用二段脱水流程，以保证进入二段电脱装置的含水率不超过30%，为此研究含水率对电脱的影响规律，本次实验所用乳状液，均采用相同的制备条件（1 000 r/min，18 min），以配制出不同含水率的乳状液。并分别在1 000 V的电压下进行脱水实验，具体的实验结果如图4所示。

图4 含水率对乳状液脱水的影响规律Fig.4 The influence of water-containing rate on emulsion dehydration

由图4可知，随着乳状液含水率的增加，最终脱水率逐渐变大，这是因为乳状液的含水率大时，分散相水滴之间的距离较小，水滴之间的聚并更加的容易，而含水较小时分散相水滴之间距离较大，水滴碰撞几率较小，不易聚并，不利于乳状液的破乳[7,8]，因此在实际的生产中，不应苛刻要求一段净化油的含水率，本文建议在20%～25%左右为宜。

3 结束语

电脱水是目前联合站常用的脱水手段，交流电场的作用效果要好于直流电场，并且随着电压的升高两种电场类型脱水效果均明显提高，但过高的提高电压值，脱水效果收益不大，因此在实际的生产过程中不应过高的增加电压。此外随着含水率的减少，乳状液电脱效果逐渐变差，建议现场中进入电脱水装置的乳状液含水率在20%～25%为宜。

［1］夏立新,张路.原油乳状液稳定性和破乳研究进展[J].化学研究与应用,2002,14(6):623-627.

［2］Gundersen S A, Sæther Ø, Sjöblom J. Salt effects on lignosulfonate and Kraft lignin stabilized O/W-emulsions studied by means of electrical conductivity and video-enhanced microscopy[J]. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2001, 186(3): 141-153.

［3］王凤巢,余一刚.复合驱采出液电脱水技术研究[J].油气田地面工程,2002,21(4):57-57.

［4］江延明,李传宪.油水乳状液的制备[J].油气田地面工程（OGSE）,2010,19（6）:21-23.

［5］赵忠山.三元复合驱采出液脱水设备研究[D].山东:中国石油大学(华东)硕士学位论文,2008.

［6］孙春柳. 原油乳状液破乳剂/电场联合作用机理研究[D].大庆:大庆石油学院,2007.

［7］赵忠山,刘增,王景芳.三元复合驱采出液电脱水特性[J].油气田地面工程,2013,32(11):54-54.

［8］王金龙,辛静.大庆油田三元复合驱采出液电脱水模拟试验[J].油气田地面工程,1998, 17(4): 21-22.