评估破乳剂对原油乳液稳定性的影响– 实时和加速分析

由于生产条件的原因，原油大多以油包水乳液的形式获得，这些乳液通过沥青质、蜡和细颗粒来稳定。实际上，提炼原油的第一步是分离水。目的是有效地破坏乳液，使水相分离。通常使用表面活性物质与热处理相结合，促使水滴聚结、水分离。

原油是一种非常复杂的混合物，其化学成分和物理性质因产地不同而有很大差异。水、盐和矿物质的含量变化很大。混合料的不同不仅会影响其粘度、密度等宏观特性，还会影响破乳剂的种类和最佳用量。

因此，市场上不断开发新的破乳剂。为了开发和选择合适的破乳剂，必须使用多种不同的破乳剂测试各种原油乳液。出于技术和经济原因，必须确定其最佳浓度。一种短时间内量化分离过程的有效的测试方法，将作为期瓶试法的替代方案。

1.材料和方法

1.1 样品的制备

研究了两种不同生产地点的原油乳液（均为黑色样品），分别记为油田1和油田2。此外，将15ml油田2号样品装入约50ml的玻璃容器中，并分别加入4、8、12和18μl破乳剂溶液（对应破乳剂剂量为原油乳液的0.027vol %、0.054 vol %、0.08 vol %和0.12 vol %）。将这些样品在台式搅拌器上以150/min的频率振荡30分钟。由于流体粘度高，仅观察到轻微的混合。因此，在摇晃过程中，将瓶子倾斜放置并转动10次。在将样品填充到样品管中之前，手动混合1分钟。    

将约原油乳液和加入破乳剂后的乳液装入PA10mm的样品管中。在测量之前，将这些样品置于80°C的水浴中半小时。

1.2 重力实时分析

在使用LUMiReader® 413中进行实时分析，温度为60°C， 每250秒记录一次样品透光率曲线，测试时长17h。

1.3 加速分析

使用LUMiSizer®611（NIR）中在60°C下进行测试，转速为4000 rpm ，每30秒记录一次样品透光率曲线，测试时长20min。

2.结果和讨论

2.1实时测试

图1 在60°C条件下，添加0.12vol%破乳剂的油田2号原油乳液在17h内的透光率图谱(每25条谱线显示一条)

从图1中透光率图谱可知，样品底部透光率，说明底部出现澄清的水层。    

图2 油田1、油田2、油田2+0.12vol%破乳剂在静置条件下测试17h时的透光率谱线（仅显示第一条谱线和最后一条谱线），样品测试后的照片

图2比较了两个原油样品和油田2在添加破乳剂后的分离行为。添加破乳剂的油田2样品底部透光率显著升高，说明形成澄清层。在油田2中不使用破乳剂的情况下，第一个和最后一个轮廓之间只有非常小的变化，说明该样品很稳定。相比之下，来自油田1的油在底部上方显示出明显的澄清层。    

图3 积分透光率随时间变化的曲线图(样品底部42-47mm)。

由图3可知，未使用破乳剂的油田2样品透光率变化很小，其中油田1的分离稍微明显。而加入破乳剂后，1 ~ 2小时即可清晰确定原油的差异。

使用软件模式“界面追踪"计算在60°C下实时分离17小时后分离的澄清相的体积。下表1中给出了参考透光率为10%时的澄清层占比（澄清层高度/总填充高度）。还介绍了LUMiReader®在原油表征方面的成功探索。

表1 澄清层占比

2.2加速测试

图4 油田1、油田2、油田2+破乳剂在2300 g、60℃条件下测试20 min时的透光率图谱

从图4的透光率图谱可以看出，样品底部有澄清水层析出。

从谱线间距离的减小可以看出，水层的分离逐渐减缓。可以假定，在离心过程中，留在油相中的水的稳定程度增加，因为不太稳定的水已经分离了。

图5破乳剂含量对油田2稳定性的影响（显示第一条和最后一条谱线），样品测试后的照片

油田2乳化液的分离行为(稳定性)随破乳剂浓度的变化如图5所示。从第一条谱线之间的变化可以看出，只有在破乳剂剂量为0.054 vol%左右时，第一条谱线分离的水量才会增加，而分离的速度会进一步加快。当用量在0.027 vol%以上时，仅10 s后水就已分离。在研究范围内，10 s后的分离程度随剂量的增加而略有增加。    

同时可以看出，在较高的破乳剂剂量下，分离程度只有微小的改善。

在LUMiSizer®中，2300 g, 60°C离心20分钟后，使用 “界面追踪"计算分离的澄清层体积占比。表2给出了参考透光率为10%时的比率(净相高度/总填充高度)。

表2 加速测试后澄清层占比

使用“界面追踪"参考透光率10%时样品的相分离界面位置 (图6)。澄清水层的厚度以底部129.8 mm的位置与相分离界面位置之间的差来表示。可以注意到，“油田1"比“油田2"含有更多的水，仅通过离心即可分离。加入破乳剂可以显著提高水分离度，但在0.05 vol%的剂量下，分离程度趋于稳定，而从10 s后的第一条谱线也可以推断在更高的剂量下水分离程度也略有增强。    

图6 用2300 g在60℃下离心时水分离动力学的比较。边界原油/水在传输值为10%时的移动。

在实验进行5 - 10分钟内，可以确定样品的脱水行为。油田1在不加破乳剂的情况下，澄清水层厚度最高，析出速率最快，也最不稳定。破乳剂含量加到一定程度后水层的析出速率几乎不再变化，考虑到经济效益，建议破乳剂含量不要超过0.05vol%。

3.结论

重力分析和加速分析适用于原油乳状液的定性和定量表征，以及破乳剂效果的评价。

在60℃下进行1 ~ 2小时的实时稳定性测量，可以确定添加破乳剂和不添加破乳剂的原油之间的差异。

加速测试给出了相同的排序，但在5-10分钟内就得到了决定性的结果。除了排序之外，也很容易优化破乳剂的用量。在这里，可以在相同的条件下同时分析多达12种不同的乳剂。因此，加速测试是快速稳定性排序、破乳剂选择和用量优化的有力工具。