原油乳狀液課件完整版

第五章原油處理第一節(jié)原油乳狀液第二節(jié)原油處理的基本方法第三節(jié)原油處理設(shè)計(jì)概述對(duì)原油進(jìn)行脫水、脫鹽、脫除泥砂等機(jī)械雜質(zhì)，使之成為合格商品原油的過(guò)程稱原油處理，相應(yīng)的容器稱處理器或聚結(jié)器，國(guó)內(nèi)常稱原油脫水。相應(yīng)的容器稱脫水器。

人類開(kāi)發(fā)油氣田的目的，是為了獲得有廣泛使用價(jià)值，有很高經(jīng)濟(jì)效益，符合一定商品規(guī)格與標(biāo)準(zhǔn)的石油與天然氣。而世界各地的油田幾乎都要經(jīng)歷含水開(kāi)發(fā)期。自地下采出的原油往往都含有水，特別是采油速度快和采取注水強(qiáng)化措施開(kāi)發(fā)的油田，其無(wú)水采油期很短，原油見(jiàn)水早，含水率增長(zhǎng)速度快，特別是到了油田開(kāi)發(fā)后期，原油含水率會(huì)高達(dá)90%以上。概述

原油含水后，其比熱、粘度等物理性質(zhì)發(fā)生很大變化，不僅給油田生產(chǎn)帶來(lái)一系列困難，還會(huì)給油庫(kù)的儲(chǔ)存，鐵路、公路、船運(yùn)、長(zhǎng)輸管道的輸送，以及煉油廠的加工精煉造成不利影響。因此，據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界各油田所產(chǎn)原油的90%需進(jìn)行脫水。概述

原油中含水、含鹽、含泥砂等雜質(zhì)會(huì)給原油的集輸和煉制帶來(lái)很多麻煩（原油處理的目的）：

（1）滿足對(duì)商品原油水含量、鹽含量的行業(yè)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)商品原油含水要求：我國(guó)小于0.5％～2.0％國(guó)際上0.1％～3.0％，多數(shù)為0.2％

原油允許含水量與原油密度有關(guān)：密度大脫水難度高的原油，允許水含量略高。

含鹽量的要求：我國(guó)絕大部分油田原油含鹽量不高，商品原油含鹽量無(wú)明確要求，一般不進(jìn)行專門的脫鹽處理。概述（2）原油含水增大了原油密度使原油售價(jià)降低，不利于賣方。（3）從井口到礦場(chǎng)油庫(kù)，原油在收集、礦場(chǎng)加工、儲(chǔ)存過(guò)程中，不時(shí)需要加熱升溫，原油含水增大了燃料消耗、占用了部分焦油、加熱、加工資源，增加了原油生產(chǎn)成本。因而，應(yīng)盡早與原油分離。（4）原油含水增加了原油粘度和管輸費(fèi)用。（5）原油內(nèi)的含鹽水常引起金屬管路和運(yùn)輸設(shè)備的結(jié)垢與腐蝕，泥砂等固體雜質(zhì)使泵、管路和其他設(shè)備產(chǎn)生激烈的機(jī)械磨損，降低了管路和設(shè)備的使用壽命。（6）影響煉制工作的正常進(jìn)行。概述

一、原油乳狀液

1.水存在原油中的形式原油中常含有水，水以兩種形式存在于原油中：（1）游離水：短時(shí)間內(nèi)能靠重力沉降方法脫除的水稱為游離水。常在沉降罐和三相分離器中脫除。（2）乳化水：靠沉降法很難脫除的水稱為乳化水。它與原油形成的乳狀液類型有關(guān)?！?-1原油乳狀液

（3）乳狀液：兩種或兩種以上不互溶或微量互溶的液體，其中一種以極小的液滴分散于另一種液體中，這種分散物系稱為乳狀液。乳狀液都有一定的穩(wěn)定性。

2.乳狀液的兩種類型原油和水構(gòu)成的乳狀液主要有兩種類型：（1）“油包水”型乳狀液§5-1原油乳狀液

“油包水”型乳狀液是水以極微小的顆粒分散于原油中，用符號(hào)W/O表示。此時(shí)，水是內(nèi)相或分散相，油是外相或連續(xù)相；（2）“水包油”型乳狀液“水包油”型乳狀液是油以極微小的顆粒分散于水中，用符號(hào)O/W表示。此時(shí)，油是內(nèi)相，水是外相。（3）其它型式乳狀液還有多重乳狀液，即油包水包油型O/W/O；水包油包水型W/O/W?！?-1原油乳狀液

（含水＜25.98%）（含水＞74.02%）

原油和水所形成的乳狀液多屬于油包水型乳狀液，因此，我們通常所說(shuō)的原油乳狀液一般是指油包水型乳狀液。內(nèi)相水滴的直徑大小不等，一般在0.1微米~毫米數(shù)量級(jí)，但多數(shù)水滴直徑在3微米以下?！?-1原油乳狀液

鑒別方法說(shuō)明染色法

往乳狀液中加入油溶性染料，輕輕攪動(dòng)，若乳狀液呈現(xiàn)染料的顏色，則外相是油，乳狀液是W/O型；若分散液滴呈染料顏色，則分散相是油，為O/W型。沖淡法

將兩滴乳狀液分別滴在玻璃板上，然后將形成該乳狀液的油和水，分別滴在兩滴乳狀液中，輕輕攪拌，易于和油混合者為W/O型；易于和水混合者為O/W型。電導(dǎo)法

導(dǎo)電性好的為O/W型，差的為W/O型。濾紙法

將乳狀液滴在濾紙上，若能迅速鋪開(kāi)，濾紙上只留下一小滴油，為O/W型；若鋪不開(kāi)，為W/O型。顯微鏡法根據(jù)油和水的透光性差別判別分散相類型。分散相透光性好的為W/O型，分散相透光性不好的O/W型。二、乳狀液的生成機(jī)理形成乳狀液必須具備的條件：（1）系統(tǒng)中必須存在兩種或兩種以上互不相溶（或微量互溶）的液體；（2）要有強(qiáng)烈的攪動(dòng)，使一種液體破碎成微小液滴分散于另一種液體中；（3）要有乳化劑存在，使微小液滴能穩(wěn)定地存在于另一種液體中。原油乳狀液顆粒原油中的天然乳化劑：

1)分散在油相中的固體物：主要是顆粒直徑小于2微米的粘土、巖石粉、結(jié)晶石蠟等。

2)原油中的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)。

3)原油中的小分子極性化合物：環(huán)烷酸、脂肪酸等。

4)溶解在水中的物質(zhì)：如某些鹽類和某些高極性的表面活性物質(zhì)。１、界面能和界面張力不平衡力場(chǎng)作用下，液體表面有自動(dòng)縮小的趨勢(shì)；在恒溫恒壓下，物系有自動(dòng)向自由能減小方向進(jìn)行的趨勢(shì)；油水形成乳狀液時(shí)，接觸界面和界面能都很大，分散相液滴會(huì)自發(fā)地合并，縮小界面面積使界面能趨向最低。乳化劑：使乳狀液穩(wěn)定的物質(zhì)作用：吸附在油－水界面上，形成吸附層。（1）使油水界面的界面張力下降，減少了剪切水相變?yōu)樾∷嗡璧哪芰?，也減小了使水滴聚結(jié)、合并的表面能；（2）若吸附層具有凝膠狀彈性結(jié)構(gòu)，在分散相液滴周圍形成堅(jiān)固、有韌性的膜，阻止水滴碰撞中的聚結(jié)、合并、沉降（3）若乳化劑為極性分子，排列在水滴界面上形成電荷，使水滴相互排斥，阻止水滴合并沉降。（4）固體粉末聚集在油水界面上構(gòu)成堅(jiān)固而穩(wěn)定的薄膜，阻礙分散相顆粒碰撞時(shí)的合并，是乳狀液穩(wěn)定的又一機(jī)理。2.乳化劑3、石油生產(chǎn)中乳狀液的生成和預(yù)防措施原油乳狀液的生成：原油中含水，并含有足夠數(shù)量的天然乳化劑，一般生成穩(wěn)定的W/O型原油乳狀液。原油中所含的天然乳化劑：膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、環(huán)烷酸、脂肪酸、氮和硫的有機(jī)物、蠟晶、粘土、砂粒、鐵銹、鉆井修井液等。另外，原油生產(chǎn)中使用的緩蝕劑、殺菌劑、潤(rùn)濕劑和強(qiáng)化采油的化學(xué)藥劑都是生成乳狀液的乳化劑防止穩(wěn)定乳狀液生成的措施：盡量減少對(duì)油水混合物的剪切和攪拌盡早脫水對(duì)于自噴井：產(chǎn)生乳狀液的原因：油水混合物沿油管向地面流動(dòng)，隨著壓力降低，氣體析出膨脹，對(duì)油、水產(chǎn)生破碎和攪動(dòng)作用?；旌衔锪鬟^(guò)噴嘴時(shí)，流速猛增，壓力急劇下降，使油水充分破碎，形成較為穩(wěn)定的乳狀液。取樣位置分析次數(shù)油嘴壓降平均含水率總含水率游離水含率乳化水含率油嘴后780.25~0.3560.022.038.0油嘴前460.25~0.3562.244.717.5油嘴后90.9~1.060.00.759.3油嘴前后乳化水含量減少原油乳狀液生成的預(yù)防措施：用大油嘴并提高集輸系統(tǒng)和油氣分離器壓力，減小油嘴前后的壓差；油嘴裝在井底對(duì)于深井泵采油：防止抽油機(jī)固定閥、游動(dòng)閥、柱塞漏泄產(chǎn)生激烈攪動(dòng)。選擇較大尺寸的固定閥和游動(dòng)閥、并用氣錨（使氣體進(jìn)入油套環(huán)空內(nèi)的裝置），避免氣體進(jìn)入泵筒內(nèi)。提高深井泵容積效率。往油井油套環(huán)空內(nèi)注入破乳劑，能有效地阻止原油在井內(nèi)乳化，還能使油井增產(chǎn)。對(duì)于地面集輸管網(wǎng)集輸過(guò)程促成乳狀液生成的因素：多相混輸管路、離心泵，彎頭、三通、閥件等對(duì)混合物產(chǎn)生的攪拌。在集輸系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、日常操作管理中盡量避免混合物的激烈摻混：管徑不宜太??；盡量減少?gòu)濐^、三通、閥件等的局部阻力；充分利用地形輸送；流程中避免對(duì)流體的反復(fù)減壓和增壓；盡早分出混合物中的伴生氣；注意各種閥門的嚴(yán)密性。預(yù)防措施：三、乳狀液的穩(wěn)定性

原油乳狀液的穩(wěn)定性是指乳狀液不被破壞，抗油水分層的能力。影響原油乳狀液穩(wěn)定性的因素：

分散相粒徑外相原油粘度油水密度差界面膜和界面張力老化內(nèi)相顆粒表面帶電溫度原油類型相體積比水相鹽含量pH值老化：時(shí)間對(duì)乳狀液的穩(wěn)定性也有一定的影響。原油乳狀液隨時(shí)間的推移變得逐漸穩(wěn)定，乳狀液的這種性質(zhì)稱為乳狀液的老化。三、乳狀液的穩(wěn)定性四、原油乳狀液的其他性質(zhì)1、乳狀液密度原油含水、含鹽后，密度顯著增大。若已知乳狀液體積含水率，原油和含鹽水的密度ρo和ρw，則原油乳狀液的密度可按下式確定：２、乳狀液粘度外相粘度內(nèi)相體積濃度（含水率）溫度分散相粒徑乳化劑及界面膜性質(zhì)內(nèi)相顆粒表面帶電強(qiáng)弱影響因素四、原油乳狀液的其他性質(zhì)曲線溫度/℃

剪切速率140272408135027450815708164027（加藥）74081（加藥）

實(shí)驗(yàn)證明：含水率<20%時(shí)，粘度隨含水率而緩慢增加，呈現(xiàn)弱的非牛頓性，但可以看成牛頓流體來(lái)解決。

20%<含水率<60%時(shí)，粘度隨含水率的上升而急劇增加，此時(shí)乳狀液已呈現(xiàn)很強(qiáng)的非牛頓性，并已發(fā)生乳狀液的轉(zhuǎn)型，即由W/O轉(zhuǎn)為O/W。含水率>60%時(shí)，粘度隨著含水率的上升而急劇下降。最高點(diǎn)稱為反相點(diǎn)，即乳狀液由W/O變?yōu)镺/W的那一點(diǎn)。

§5-1原油乳狀液

根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)看，不加O/W型乳化劑，是很難自動(dòng)變成O/W乳狀液，而變成W/O/W型或水飄乳狀液。奧斯特沃德（Ostwald）根據(jù)立體幾何學(xué)的觀點(diǎn)解釋了乳狀液轉(zhuǎn)相的原因。將一堆相同直徑的圓球最緊密地堆積在一起，無(wú)論采用哪種堆積方式，圓球體積皆占總體積的74%，其余的26%是空的。根據(jù)這一理論，含水率<74%是乳狀液內(nèi)相的最大可能值，超過(guò)74%將導(dǎo)致乳狀液轉(zhuǎn)相?！?-1原油乳狀液

根據(jù)這一理論也不難判斷，含水率小于26%時(shí)，只可能形成W/O型乳狀液，含水率在26%~74%范圍內(nèi)，既可以形成W/O型，也可以形成O/W型乳狀液，還應(yīng)由乳狀液的性質(zhì)而定。一般地，當(dāng)油水不含乳化劑時(shí)，多數(shù)情況下轉(zhuǎn)相時(shí)的含水率約為70%。§5-1原油乳狀液

計(jì)算W/O型乳狀液粘度的公式：愛(ài)因斯坦(Einstein)公式：μ=μ0（1+2.5Ф），古斯(Guth)公式：μ=μ0（1+2.5Ф+14.1Ф2），凡德(Vand)公式:μ=μ0（1+2.5Ф+7.31Ф2+16.2Ф3），蒙松(Mohcoh)公式：μ=μ0（1+2.5Ф+2.19Ф2+27.45Ф3）

羅少依(Roscoe)公式：μ=μ0（1-Ф）-2.6

理查森(Richandson)公式：μ=μ0ekφ§5-1原油乳狀液式中:

μ——乳狀液粘度

μ0——溫度條件相同時(shí)原油的粘度

Ф——含水體積分?jǐn)?shù)

k——乳狀液粘度的待定常數(shù)。由實(shí)驗(yàn)測(cè)定,對(duì)W/O型乳狀液k=3~5?！?-1原油乳狀液

原油處理使用化學(xué)藥劑的作用是穩(wěn)定生產(chǎn)工況及防止腐蝕，提高原油脫水、脫氣的效率，保證原油處理合格。原油處理中常使用的化學(xué)藥劑如表5.2所示。五、化學(xué)藥劑§5-1原油乳狀液類型作用破乳劑

破壞乳狀液的穩(wěn)定性，改善油水分離效果消泡劑

防止油液起泡、改善油氣分離效果防腐劑

防止或延緩原油處理設(shè)施受油井產(chǎn)出腐蝕物的腐蝕降凝劑

降低原油凝固點(diǎn)，防止管線原油凍結(jié)反相破乳劑

使含油污水中的微小有機(jī)顆粒絮狀凝成較大粒子，使之沉降下來(lái)，達(dá)到凈化污水的目的表5.2原油處理中常用主要化學(xué)藥劑類型§5-1原油乳狀液作用描述正吸附作用

降低油水界面的表面張力，使表面自由能減少，油膜內(nèi)小水珠很容易從油包水界面解脫出來(lái)合并成大水滴沉降反相破乳作用