油田原油破乳劑的作用機理及應用

郭 鑫

（江蘇華揚液碳有限責任公司，江蘇南京 210000）

原油在開采過程中遇到水就形成比較穩定的乳化液，或者剛采出的原油也含有一定量乳狀液形態的水，加上開采中后期中不斷增加的膠質、瀝青質含量，原油乳狀液穩定性就越來越強。原油含水含鹽等雜質量的增大，由一次采油階段的油包水（W/O）乳狀液逐漸轉化為二次采油后期、三次采油階段的水包油（O/W）乳狀液，這些都加大了原油破乳脫水的困難，并最終影響了原油的加工、輸送和儲存。因此，必須采用各種破乳脫水法對原油乳狀液進行破壞，分離水分，提純原油。這樣的需求就促進了各種破乳脫水技術的誕生，如化學破乳法、電脫水法、物理脫水法、潤濕聚結脫水法等。各種新型破乳劑的研制提高了破乳效率，原油破乳劑也由原來低相對分子型發展為高相對分子型。

1 原油破乳劑的破乳機理

1.1 乳狀液的類型

常見的乳狀液主要分兩種，一種是水包油型（O/W），油為分散相，水做分散介質；另一種為油包水型（W/O），水是分散相，油是分散介質。目前我國原油的乳狀液結構多為油包水型。乳狀液從熱力學角度來看是一種非穩體系，原油破乳的基本原理就是破壞乳狀液的穩定性，通過油水的界面張力、界面電荷的影響、界面膜的形成等因素，結合熱力學方面的原理，使原油乳狀液穩定性受到破壞，從穩定體系轉化為非穩體系，進而分離出水。因此原油破乳過程更多考慮的是怎樣影響乳狀液的穩定性，目前可通過重力沉降、離心沉降、過濾等機械法；或者通過電、熱、磁場、超聲波等物理法以及化學破乳法、生物破乳法等多種方式來達到破乳目的。

1.2 影響原油乳狀液穩定性的因素

乳狀液在熱力學角度上是一個復雜的，非穩定體系，其影響穩定性的因素受不同的要求和條件限制，導致判斷方法沒有統一規定，目前歸納出的影響乳狀液穩定性因素主要有乳狀液油相組成、水相組成、液珠大小、乳化劑種類、油水密度、連續油黏度、溫度、內外相體積比、老化等。

1.3 破乳劑對原油的作用機理類型

影響原油乳狀液穩定性的因素種類繁多，導致破乳劑的作用機理沒有形成單一性的標準，目前破乳劑對原油的作用機理被廣泛認同歸為以下幾種：

（1）相轉移反向變型機理。該機理主要是讓破乳劑和水油界面膜通過物理方法的作用相接觸并產生連接，從而使原油界面膜內存在的原有天然活性物質逐漸被置換，從而得到新的不穩定界面膜。由于新的油水界面膜親水性強、牢固性差，與外相水聚集凝結后會導致外相水體積不斷縮小到一定程度后，油和水之間會產生密度差，從而實現水和油的分離。

（2）增溶機理。該機理主要運用了破乳劑可以很大程度上溶解于乳化膜、破乳劑，在油水界面發生膠溶作用的原理，通過破乳劑促使界面膜物質如瀝青、膠質等天然乳化劑向水中或者油中溶解，從而使水分子和油分子脫離，促使液滴之間的聚結作用減小，降低了界面張力，破壞了界面膜，達到了破乳的效果。

（3）碰撞擊破界面膜機理。該機理主要通過物理碰撞在加熱或者攪拌的條件下，破乳劑不斷碰撞油-水界面膜并替換膜中的一部分活性介質，進而打破或者降低油水界面膜的穩定性，從而在油水界面構成不規則界面膜，有利于水滴聚集并分離開水，最終破乳。

此外還有褶皺變形機理、絮凝-聚結機理等，都是根據乳狀液非穩體系特點來應用。

2 原油破乳劑的選用條件和要求

原油破乳劑應具備較強的表面活力、足夠的絮凝能力、良好的濕潤性能和較好的聚結效果，同時根據不同性質乳化原油配合不同類型的破乳劑使用，即使是同一油田的原油，使用不同類型的破乳劑，原油的脫水效果也不同。如水體積分數小于20%的原油可選用水溶性較強的破乳劑，大于20%應選用油溶性破乳劑，選用合適的破乳劑可以在長輸管道中輸送時仍能保持一定的破乳功能。此外破乳劑選用復配型比單劑效果好，如在選用AP 型和AE 型破乳劑最好要注入井底，只有這樣藥劑才能在油管內起防蠟、降凝、降黏作用，到脫水站時又可以起破乳作用。

3 原油破乳劑的研究進展

3.1 早期原油破乳劑發展情況

早期原油乳化液最開始是使用FeSO4進行破乳脫水，之后又使用燒堿、脂肪酸皂、環烷酸皂等普通皂類作為原油破乳劑，因其脫水效率低下后又研制出第一代低分子量的陰離子型破乳劑，隨后非離子型表面型破乳劑、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物為主體等原油破乳劑不斷被研制開發。破乳劑按照低分子—高分子—超高分子的進展歷程不斷發展，由破乳性能差、專一性強的單一破乳劑發展到靈活性強、破乳性能好的復配破乳劑。

3.2 當前原油破乳劑的研究進展

我國在20世紀60年代以前主要依賴進口原油破乳劑，60年代中期以后，我國在原油破乳劑研發上取得很大進步，目前已有高分子非離子表面活性劑、聚酯胺類、兩性離子聚合物等原油破乳劑不斷開發面世。目前出現的可通過共沉淀法、溶劑熱法等合成并可以多次重復使用的磁性原油破乳劑凝結效果好、脫水速度快，能快速高效實現油水相的分離，且可在多次使用后還保持較高的破乳能力和效率。

3.2.1 復配型破乳劑

隨著原油開采力度不斷加大，原油含水量增加，乳化結構日益復雜，單一型破乳劑在廣譜性能上已不能適應開采需求，研究人員從復配的思路出發，通過將兩種或多種破乳劑進行組合復配，把各類功效不同的破乳劑根據特定比例混合，來讓其具有更好的適應性以及選擇性。如將低分子量醇與鹽、高含量石油磺酸鹽與無機鹽、烷氧基化酚醛樹脂與多糖多胺等進行復配。復配破乳劑能有效提高脫水速度，降低使用成本和環境污染，同時由于復配破乳劑品種數量可研內容多，普遍適合實驗室小試，而且是提升破乳劑性能的一項有效、便捷、經濟的技術方法，復配所得破乳劑不僅能夠適合用在不同類型原油乳液狀中，并且還能有效減少實際使用破乳劑的數量，有利于成本的節約，所以對石油勘探、開采具有廣闊的使用前景。

3.2.2 生物破乳

在生物破乳劑開發前多使用化學破乳劑，化學破乳劑在水相中的殘留產物難降解容易帶來環境污染，且成本較高。在經多年研究發現將生產菌進行篩選，發酵生產，提取和純化后制得的生物破乳劑能夠避開化學試劑的這個弊端。但單一的生物破乳劑具有一般破乳的局限性，經多次實驗研究后發現，將化學破乳劑和生物破乳劑按照一定比例復配可以得出高效、廣譜且具有明顯協同作用的復合破乳劑，它在使用時用量相對較少，脫水速度快，經濟成本低且環保性能強，具有廣泛的使用前景。

3.2.3 低溫破乳劑

隨著中后期原油的開采會因為高含水量、高采油速率、高采出程度和溫度降低快等因素導致原油破乳工作難度增加，降低原油開采工作效率和嚴重影響經濟效益。在這種情況下，原油低溫破乳劑SLDE-01、XP-1421、KD-25等的研制并廣泛應用于國內各大油田且取得較好的效果，大幅提高了因溫度降低過快導致的破乳難問題。

3.2.4 稠油破乳劑

當前我國油田開發不斷加大，稠油開采量逐步增加，越來越多的使用乳化降黏技術以及蒸汽熱采技術。而稠油具有高膠質、高密度、高黏度以及含有大量瀝青等特征，屬于一類重質油。在原油中瀝青質與膠質都是以膠體粒子的形態存在，所以稠油的水乳狀液具有較好的穩定性。使用普通的破乳劑通常難以獲得良好的破乳效果，所以需要采取交聯改性等方式來形成一種適合用在高含水期稠油的破乳劑，如XPI-985B。

3.2.5 復合驅采出液破乳劑

當前越來越多的使用到了復合驅，所以必須要積極研發出與復合驅采出相適應的破乳劑以及化學藥劑。在實際破乳時，常常會受到聚合物含量以及二元復合驅的影響，所以相關工作人員應用破乳劑間的“協同效應”研發了FPW320破乳劑，其能夠有效抵抗聚合物的影響，且能夠在短時間內完成破乳，降低乳化層發生概率，而且污水中油含量較少，對于三元復合驅（ASP）采出液中W/O、O/W、O/W/O 型乳狀液共存，具有較為穩定的乳液狀態，且不會出現破乳脫水的問題。

3.2.6 反相破乳劑

對于普通原油破乳劑而言，其主要是利用分子內的高活性非離子聚醚基因來滲透、破壞、絮凝以及聚結等作用來破除W/O 型乳狀界面。對于普通反相破乳劑來說，其主要是利用分子內的陽離子基團存在的許多正電荷來對O/W 界面膜上的負電荷進行中和，進而實現破乳的效果。而RD-1反相破乳劑的重要成分為改性環乙環丙陽離子聚醚，并增加一些助劑，以有效促進電荷中和、滲透、破壞、絮凝以及聚結等作用，讓其得以在短時間內有效破乳。

3.2.7 微膠囊破乳劑

該類破乳劑主要是使用凝膠作為微膠囊的外殼，同時采用一些螯合劑來確保其穩定性，往膠囊內放置破乳劑，在堿金屬以及高濃度鹽水的環境中，能夠讓其釋放破乳劑的時間變長，進而實現長時間破乳的效果。

3.2.8 聲化學破乳

該類破乳的機理在于輻射聲波能量至原油乳液當中，讓其發生攪拌、空化等超聲反應，以對有水相介膜進行破壞，進而發揮起破乳脫水的效果。

此外，非聚醚型聚合物破乳劑、微波輻射破乳、星形破乳劑等新型原油破乳劑和電泳法破乳、振動破乳、電磁場破乳、電聲波破乳中應用和膜分離技術等各種技術和藥劑被廣泛應用于原油破乳中，極大地提高了原油破乳工作效率。

4 結束語

隨著我國原油開采程度不斷加深，油田中原油破乳脫水所面臨的難題也越來越多，對原油破乳劑的創新科研力度也提出更高的要求。如何解決原油破乳劑配伍性差、破乳效果不佳、廣譜性能差以及解決破乳劑廢水殘留等問題，已成為相關部門和人員的研究方向，目的是提高原油的開采效率，提高原油的產量。