第四章 原油脱水及污水处理

从热力学观点看，原油乳状液属不稳定体系。水 滴仍有合并、减小油水界面，使系统界面能降至 最低的趋势，只是由于天然乳化剂构成的界面膜 有较高的机械强度阻止了水滴的合并沉降，所以 原油乳状液破乳的关键是破坏油水界面膜，促使 水滴的聚结和沉降。
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原油的脱水过程
1.破乳 原油乳状液中的油水界面因乳化剂的作用形成 的膜被化学、电、热等外部条件破坏，分散相 水滴碰撞聚结的过程。 2. 沉降 破乳后的水呈游离状悬浮于水中，在进一步的 碰撞过程中形成更大的水滴，靠重力作用沉入 底部。
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影响原油稳定性的因素
温度：温度升高，稳定性下降。 主要原因： 加剧了内相颗粒的布朗运动，增加了互相碰撞、 合并成大颗粒的机率； 水和油的密度差增大，水滴易于在油相中下沉； 降低了原油的粘度，水滴易于下沉。
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影响原油稳定性的因素
水的pH值： pH值增加，内相颗粒界面膜的弹性和机械 强度降低，乳状液的稳定性变差。 时间： 随着时间的延长稳定性增强。
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一、乳状液及其类型
乳状液是一种或几种液体以液珠形式分散 在另一不相混溶的液体之中构成的分散体系。 乳状液中被分散的一相称作分散相或内 相，另一相被称作分散介质或外相。显然，内 相是不连续相，外相是连续相。
一、乳状液及其类型
根据内相与外相的性质，乳状液主要有两种类型： 一类是油分散在水(水是外相，油是内相)中， 如牛奶，简称水包油型乳状液，用O/W表示； 另一类是水分散在油(水是内相，油是外相) 中，简称油包水型乳状液，用W/O表示。
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鉴别乳状液类型的方法
染料法 选择一种只溶于油相而不溶于水相的染料， 取少量加入乳状液中摇荡之。 若整个乳状液均被染色，则油相是外相； 若只是液珠呈染料之色，油便是内相。 鉴别常为黑色的原油有一定的困难。
鉴别乳状液类型的方法
稀释法（冲淡法） 取一水滴或油滴与乳状液相接触，易于和乳 状液掺和者既是外相。 电导法 多数油相都是不良导体，而水相是良导体， 故测定乳状液的电导可以判断何者是连续相。
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二、原油乳状液生成机理
3.原油乳状液的生成 开采过程中： 当油、水混合物沿油管从井底向上流动时， 在井底的不同深处，压力从下到上逐渐降低， 溶解在原油里的伴生气不断逸出，而且体积不 断膨胀，油、水搅拌越来越激烈，当油、水混 合物通过油嘴的时候，压力突降，流速剧增， 原油碎散，大大增加了原油乳化程度。
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乳状液不稳定的表现
沉降 指由于油相和水相的密度不同，在重力作用下 将上浮或下沉； 沉降的结果是乳状液分成了上下两层浓度不等 的乳状液； 使乳状液的均匀性遭到破坏，但乳状液并未真 正破坏。
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乳状液不稳定的表现
絮凝（也称聚集 ） 指乳状液的液珠聚集成团； 在形成的絮团中，原来的液珠仍然存在； 絮凝是可逆的，搅动可使絮团重新分散； 絮凝是由液珠间的范德华引力造成的； 液珠带电后产生的双电层斥力对聚集起阻碍作 用。因此，加入电解质可以改变乳状液的聚集 速度。
原油脱水
油气田地面工程概论
原油和水在油藏内运动时，常携带并溶解大量盐 类，如氯化物、硫酸盐、碳酸盐等。
在油田开采初期，原油中含水很少或基本不含水，
第四章 原油脱水及污水处理
这些盐类主要以固体结晶形态悬浮于原油中。 进入中、高含水开采期则主要溶解于水中。
对原油进行脱水、脱盐、脱除泥砂等固体机械杂 质，使之成为合格商品原油的工艺过程称原油处 理，国内常称原油脱水。
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原油乳状液的粘度特性
是典型的非牛顿流体 具有剪切稀释效应 即剪切率增大，表观粘度减小 表观粘度下降的幅度与乳状液含水率有关 含水率越大，下降幅度越大
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三、原油乳状液的基本性质
3.密度 原油含水、含盐后，其密度显著增大。
ρ=
Vo ρ o + V w ρ w = ρ o (1 − φ ) + ρ wφ Vo + V w
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原油脱水
由于原油中所含的盐类和机械杂质大多数 溶解或悬浮于水中，原油脱水过程实际上也是 降低原油含盐量和机械杂质的过程。
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合格原油的含水标准
“油田油气集输设计规范”规定： 出矿合格原油的质量含水量不大于1%； 优质原油含水量不大于0.5%。 较先进的炼厂进装置的原油要求： 含水不大于0.1％； 含盐量不大于3～5毫克/升。
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三、原油乳状液的基本性质
5.稳定性和老化 影响原油乳状液稳定性的因素 分散度和粘度 乳化剂的类型和保护膜的性质 内相颗粒表面颗粒带电 油水密度差 温度 水的pH值 时间
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影响原油乳状液稳定性的因素
分散度和粘度 分散度越高，水滴越小，布朗运动越强烈，越 能克服重力影响不下沉，原油乳状液越稳定。 原油粘度越大，水滴越不易下沉，原油乳状液 越稳定。
游离水 在常温下用简单的沉降法短时间内就能从油 中分离出来 大部分游离水在油气水分离时被脱出。 乳化水 很难用沉降法从油中分离出来 它与原油的混合物称为油水乳状液。
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第二节 原油乳状液
原油脱水和原油乳化液有密切的关系，因为 在含水原油中乳状液的性质直接影响着原油 脱水的难易。 三、原油乳状液的性质 一、乳状液及其类型 二、原油乳状液的生成机理
第三节 原油脱水的基本方法
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第三节 原油脱水的基本方法
原油脱水包括脱除游离水和乳化水，其中关键是乳 化水的脱除。 乳状液的破坏称为破乳。 原油乳状液的破乳过程是由分散水滴相互接近、碰 撞、界面膜破裂、水滴合并、在油相中沉降分离等 一系列环节组成，常称之为水滴的聚结和沉降。
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第三节 原油脱水的基本方法
μ = μ o e kϕ
乳状液粘度 原油粘度 待定常数
内相体积浓度
数值时，粘度又迅速下降，并发生转相（W/O型乳 状液变为O/W型或W/O/W型乳状液）。
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原油乳状液粘度与含水率的关系
温度
影响乳状液粘度的因素
温度升高乳状液粘度减小。 乳状液的分散度 内相粒径越小、分散度越高，粘度越大 溶剂化薄膜的总体积增加 内相颗粒表面带电引起的电滞效应的电位高
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影响原油稳定性的因素
内相颗粒表面颗粒带电 内相颗粒界面上带有极性相同的电荷是乳状液稳 定的重要原因。 油水密度差 乳化水滴在原油内的沉降速度正比于油水密度 差，密度差越大，油水容易分离，乳状液的稳定 性较差。
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影响原油稳定性的因素
温度：温度升高，稳定性下降。 主要原因： 主要乳化剂（沥青质、胶质、石蜡等）在原油 中的溶解度增加，减弱了内相颗粒界面膜的机 械强度； 内相颗粒体积膨胀，使界面膜变薄，机械强度 减弱；
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鉴别乳状液类型的方法
显微观察法 由于原油和水的透光性不同，可用显微镜判断 乳状液的类型，在显微镜下，水是透明的，油 是黑色的。 若液珠不透明，则为O/W型乳状液； 若液珠透明，则为W/O型乳状液。
乳状液显微照片
O/W型
W/O型
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形成乳状液的必要条件
① 形成的乳化液的两种液体不能混溶； ② 必须有足够的搅拌使一种液体以液滴的形式分 散到另一种液体之中； ③ 必须有乳化剂的存在。两个不相混溶的纯液体 （例如油和水）不能形成乳状液，必须要有乳 化剂起着稳定作用。
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乳化剂的作用
使乳状液稳定的物质称为乳化剂，乳化剂分散于 油水界面上形成界面膜，起到两个方面的作用： 降低油水界面张力，使乳状液得到一定程度的 稳定； 界面膜具有较强的机械强度，阻止了在布朗热 运动下，水珠在碰撞时的合并，使之形成稳定 的乳状液。
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二、原油乳状液生成机理
1. 形成原油乳状液的主要因素： 原油中含水，且油、水两相互不相溶； 原油中含有某些天然乳化剂。如沥青质、胶 质、粘土、砂粒等，多数具有亲油憎水性 质，因而一般生成稳定的W/O型乳状液。此 外，油田生产中使用的各种化学剂都有乳化 剂的作用。 在开采和集输过程中有强烈的搅拌作用。
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影响原油稳定性的因素
乳化剂的类型和保护膜的性质： 乳化剂是低分子有机物，如脂肪酸、环烷酸和某些 低分子胶质，形成的界面膜强度不高，乳状液的稳 定性不高; 乳化剂是高分子有机物，如沥青质等，形成的界面 膜有较高的强度，使乳状液有较高的稳定性; 固体乳化剂，如粘土、砂砾、石蜡等，形成的界面 膜强度很高，乳状液的稳定性也很高。 界面膜的机械强度高，乳状液的稳定性高。
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二、原油乳状液生成机理
3.原油乳状液的生成 在地面集输过程中： 从井口到计量站，从计量站到转油站，油、 水、气多呈气液两相混合状态输送，在集输管线 和设备里，油、水的激烈搅动也会促使乳化。
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二、原油乳状液生成机理
4.防止乳状液生成的措施： 采取措施使油井少出水，多出油（如合理注 水、封堵水层等措施） 尽量减少搅拌条件（如减少不必要的弯头、闸 门，尽量简化流程，减少泵剪次数）； 尽量减少油、水相混的时间。
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原油中的含水给生产带来的主要问题
原油中含水、含盐、含泥沙等杂质会给原油集输和 炼制带来很多麻烦： 增大了液体量，降低了设备和管路的有效利用率； 增加了集输过程中的动力和热力消耗； 引起金属管路和设备的结垢与腐蚀，使其寿命降低； 破坏炼制工作的正常进行； 原油含水使原油密度增大，降低了原油的售价。
三、原油乳状液的基本性质
5.稳定性和老化 原油乳状液的老化 原油乳状液随时间的推移变得逐渐稳定，乳状液 的这种性质称为乳状液的老化。在形成乳状液的 初始阶段，乳状液的老化十分显著，随后减弱， 常常在一昼夜后乳状液的稳定性较很少再增加。
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原油乳状液的老化
导致原油乳状液老化的原因：
乳状液形成时间越长，由于原油轻组分挥发、氧 化、光解等作用，使乳化剂数量增加； 原油内存在的天然乳化剂也有足够时间运移至分 散相颗粒表面形成较厚的界面膜使乳状液稳定。