二元油水乳状液的制备及自然破乳规律研究

2018-05-22安会明张垒垒

石油化工应用 2018年4期

安会明，张垒垒

（兰州城市学院培黎石油工程学院，甘肃兰州 730070）

二元油水乳状液是原油生产过程中常见的一种采出液状态[1]。它的物理化学性质对后期油水分离、原油输送有重要的影响[2，3]。目前乳状液破乳机理有相体积、定向楔、亲水亲油平衡值等多种理论解释，每种理论都能对若干破乳现象进行有效解释，但又不能全部解释[4]。前期从二元驱油剂的成分出发研究了聚合物、表面活性剂对二元乳状液稳定性的影响[5]。本文以一种油田常见的二元乳状液体系为研究对象，从外部扰动因素及含水量这一角度，进行室内制备并研究剪切速率、剪切时间及含水率对该体系稳定性的影响。

原料选用：大庆采油一厂脱水原油和煤油按照5:1比例配制成45℃条件下黏度为10 mPa·s的模拟油；室内配制矿化度3 700 mg/L的模拟水；2 500万相对分子质量聚合物；大庆采油一厂用的甜菜碱1号表面活性剂。

二元体系的配制：聚合物浓度1 500 mg/L，表面活性剂浓度3 000 mg/L搅拌均匀。

实验仪器：恒温箱、IKA T25数显型高速分散机、Brook黏度计、奥特BDS200生物倒置显微镜等。

1 不同剪切速率下的二元乳状液分水率变化

按照模拟油、二元体系体积比1：9配制二元乳状液（以下简称油水比）。在500 r/min、2 000 r/min、6 000 r/min、10 000 r/min、15 000 r/min、20 000 r/min 剪切速率条件下剪切5 min。45℃条件下静置相同时间研究分水率的差异（见图1）和分水率随时间的变化（见图2）。

图1和图2表明一定程度上随剪切速率的增加，相同静置时间内分水率下降，二元乳状液的稳定性增强；当剪切速率大于10 000 r/min时，相同时间内分水率变化不大，稳定性基本一致。

一定程度上剪切速率越高，分散相越分散，油水界面膜越大[6]，越多的表面活性剂分子分布在界面膜上，使乳状液宏观表现更加稳定。但是二元乳状液分散相达到一定分散度时，有限量的表面活性剂分子不能维持原来的界面膜浓度，同时高剪切速率使聚合物分子链断裂明显[7]，乳状液连续相的黏弹性降低，导致界面膜强度下降乳状液稳定性不能进一步增强。

2 不同剪切时间下的二元乳状液分水率变化

按照油水比1：9配制二元乳状液。在6 000 r/min剪切速率条件下分别剪切 2 min、4 min、6 min、8 min、10 min、15 min、20 min。45 ℃条件下静置相同时间研究分水率的差异（见图3）和分水率随时间的变化（见图 4）。

图1 不同剪切速率下静置3 h的乳状液效果图

图2 不同剪切速率下乳状液分水率随时间的变化

图3 不同剪切时间下静置3 h的乳状液效果图

图4 不同剪切时间下乳状液分水率随时间的变化

图3、图4表明一定程度上，随剪切时间的增加，相同时间内分水率下降，二元乳状液的稳定性增强；当剪切时间大于10 min时，相同时间内分水率变化不大，稳定性基本一致。

一定范围内剪切时间越长，分散相越分散[8]，油水界面膜越大，越多的表面活性剂分子分布在界面膜上，使乳状液宏观表现更加稳定。恒定的剪切速率下形成相对恒定的乳状液界面能，宏观表现为该剪切速率下分散相达到最大分散程度。当分散程度达到最大值后，界面膜上表面活性剂分子数量也达到最大值，乳状液稳定性不再随剪切时间的延长而增加。