1、PDF外文：http:/ 6388 字 出处： SPE International Symposium on Oilfield Chemistry. Society of Petroleum Engineers, 2009 完井中新微乳型原油破乳剂的实验室和现场研究 Yang Y, Dismuke K I, Penny G S 摘要 在石油工业中， 水和油 的乳化 形成了一个持续的生产问题，受 到 了大量的技术 关注。 在有利于环保的基础上，我们利用一种新的微乳型破乳剂 (ME-DeM)对水包油（ o/w）乳液的破乳效果进行测试。本产品测试了一系列的 原油，已被证明相比
2、于其他破乳剂更具有商业效用 (DeM)。 结果 表明在现场试验中，本 产品 能对破乳 效果产生明显的改善， 更多的实地研究正在筹备之中。 绪论 乳液的形成与稳定 油水乳液已经成为石油工业研究课题之一，因为它关系到先关的操作问题，而且需要考虑生产，回收，输送，运输和提炼程序中的费用。 一个非常好的 名叫 “ 一个国家的艺术审查 ” 并有 关于 原油乳液的总结 是 由 Sunil Kokai 提出的（ Kokai 2002 年 ）。 乳 状液 ， 可 定 义 为结合两个或两个以上的 混容 液体 彼此 不会轻易 的分离开来单独存在 ，它 以 胶体大小或
3、更大 的小液滴 形式存在 ，可导致高抽水成本 。 如果水分散 在连续的 油 相中 ，被称为油包水型 （ w/o）乳状液；如果油分散在 连续的 水相 中 ， 则被称为水包油型（ o/w） 乳 状 液。 如果没有稳定的油水界面，就没有乳状液的热力学稳定。 液滴 的聚集 会导致不稳定的乳液 (Holmberg, et al. 2007)。然而油水界面处的部分聚集会使界面更加稳定从而阻碍油水各自之间的聚并（破乳）进程。 材料如自然 形成 或注射 的 表面活性剂，聚合物，无机固体 以及 蜡，可 使界面更 稳定。乳化形成过程也受到流体混合，剪切，湍流，扩散，表面活性剂聚集（ Miller 1988） ，空
4、间位阻稳定（非离子表面活性剂），温度和压力 的影响 。 在被驱散的液滴周围，表面活性剂可以形成多层次的层状液晶的增长。 当 流体滤液或注射液 与 储层液体混合，或当 产出液 的 PH 变化 是，则会产生乳状液 。沥青质，树脂和蜡的组成和浓度 (Lissant 1988, Auflem 2002, Sifferman 1976, Sifferman 1980)是 影响 乳状液形成 和稳定 的因素。 在含有大量的沥青 质的油中 ，沥青 则会 作为表面活性剂 来促进乳状液的形成而且很难被破坏。表面活性剂的使用可提高乳状液的热力学稳定性，并减少界面张力。但 研究 得出的结论是， 乳 状 液
5、 的 稳定性不是完全依赖 于页面张力值，还有个因素是界面膜性能(Berger, et al.1988, Posano, et al. 1982)，并表明虽然降低界面张力有利于乳状液的稳定，但如果界面张力过低则可能导致不稳定的形成。 表面活性剂，聚合物和吸附粒子可以建立强大的界面膜。增加界面膜的稳定 性 也产生更大的表面和 体积 粘度。 这些因素可能会限制膜变薄和破裂 ，这是由于他们影响了 界面 的粘度和弹性 性能 。 破乳机理及影响因素 当分散相之间的界面膜阻碍液滴的聚集并接着分散成油相和水相，乳状液变的稳定。 由于油水在密度，絮凝，聚结和能引起分散相通过连续相扩散 的
6、 Ostwald ripening 上的差异，乳状液不稳定的机理包括乳化和沉降 (Holmberg, et al. 2007, Auflem 2002)。 界面张力和界面流变学研究表明， 破乳剂吸附在油水界面，其引起的相分离的分离速度与破乳剂的浓度影响着油水界面的弹性 (Goldszal and Bourrel 2000, Key and Gutierrez 1999)。 界面膜变薄导致膜破裂。 界面膜上的流体粘度的越低，界面膜就越容易破裂。破乳剂吸附在油水界面的能力 与破乳剂在油水相中的溶解度及分枝数有关。 最近的工作表明，许多 原 油 的 烃 链都有与其相适应的 碳数 (PACN)(Ber
7、ger, et al. 1988)。处理的效果先是取决于破乳剂进入油水界面的速度，然后取决于破乳剂在界面上采取的行动。随着界面粘度的降低，流体界面的流动 (Freeman 1999)被认为在破乳过程中发挥了重要的作用。研究表明，温度和压力影响着乳状液的稳定性 (Osasha and Al-Shiwaish 2006)。高温时降低界面张力和粘度的重要因素。在某些情况下，仅温度就可以破坏乳液。最令人关注的 是，井底那个部位的温度不会破坏乳状液的稳定性。在这些情况下，化学干预成为解决这一问题的关键。 在实施破乳机理时，化学破乳剂的关键特性是必须能解决各种使乳状液稳定的因素。破
8、乳是通过降低乳状液的界面张力来完成的。为了破除分散水周围界面膜的稳定性，破乳剂必须要有很强的吸附界面膜的能力，必须要有平衡区分油相和水相的能力，必须能够在乳液中有效扩散，最后促进界面膜变薄。破乳剂不许能够使小液滴凝聚起来。凡有稳定固体的界面膜，破乳剂应该有改变固体润湿性的能力，使得破乳剂能够进入到连续相中 (Auflem 2002)。 化学： 表面活性剂的类型和所需的破乳剂性能 乳状液的破乳 可以通过机械，电气和化学方法 来完成 。 如加热，静电沉淀和过滤都是可用的。和这些方法相比，化学破乳剂具有很多优点。化学破乳剂投资低，能够灵活的改变乳状
9、液的特性。许多化学破乳剂已经被开发并突入商业使用。 破乳添加剂 领域已经发展并应用了 广泛的化学品和不稳定机制：有机化合物，如表面活性剂和溶剂 ；聚合物，共聚物和树脂 ；无机材料如盐和氨基酸 ；还有酶。其中的一个旧的标准和最 便宜 的化学品包括壬基酚醚和更先进的壬基酚和叔丁基苯酚甲醛缩合材料与乙烯和环氧丙烷（树脂） 。 他们 都是非离子型并可同时溶于油相和水相中 。其他常见的 非离子型添加剂 包括分子量 为 24000 的 乙氧基丙二醇与，乙烯和环氧丙烷共聚物和 氧化胺 .一 些非离子表面活性剂 的一般结构 如下所示。其他化学方法包括使用阴离子和阳离子材料。 举 个例子
10、，一个常用的阴离子材料是一种烷基萘磺酸钠盐，如 dihexyl amine 会将 表面活性剂 拖拽到了油 相中 .如果是沥青质的原油 ， 那么通常的处理 是增加 油溶性 磷酯或使用 反 磺酸盐 和胺 .通常情况下 稳定乳液需要使用酸结合破乳剂 来达到破乳效果 .最常用的 为了润湿 油湿润湿固体 的酸是 十二烷基苯磺酸（ DDBSA ） 。常见的酸如柠檬酸 在水湿的环境中也是有效的 。溶剂已普遍使用 在带 甲苯，二甲苯 的芳香烃 和最常见的类似乙二醇醚（ EGMBE ） 的共溶剂中 。随着使用环保材料 的趋势 ，苯酚和芳香溶剂使用较少 (Dalmazzone
11、and Noik 2001) 。无毒有机硅表面活性剂是最近的研究 的新课题 (Dalmazzone et al. 2005)。一些较常见的 用于破乳的 非离子材料如下所示。 在开展这项工作 中 ， 对 几种类型的产品进行了研究， 其中 包括一系列的表面活性剂，嵌段共聚物，溶剂，盐和氨基酸。本文的重点是基于微乳 型 表面活性剂体 系 同 各种非离子型破乳剂 相结合 ， 与 同一系统 不含微乳液的 常用线性壬基酚 基醚做对比 。 微乳 微乳解决 了目前 石油，水和表面活性剂 在 至少三个不同的微观结构 上 的热力学稳定和光学各向同性 。 油和水 的小分散相由 薄
12、薄的一层两亲 层分开 （化合物具有亲水性和亲油性两种性质） 。水和油 的微乳液 有液滴尺寸约为 10-100 纳米的稳定，而 液滴尺寸稍大些 （ 1-10 微米） 的 乳液，是不稳定的。与乳液需要相当的混合能源 相比 ，微乳可形成自发的。贝尼塔给出了比较 了 macroemulsions ，纳米或 miniemulsions ，和微乳 的差异 (Benita 2005) ，指出自由能量增益（ 由于 表面活性剂 在某 种程度上降低了 油水两相 之间的界面张力，并 转化为 变化熵系统）足以使液滴完整和稳定。鉴于 微乳液 的微滴 较小 ， 所以其 内部表面 所要求 表面活性剂比 乳液的高
13、。 形成和控制 微乳液 组织和行为 的一些重要变量 包括表面活性剂的类型和浓度，碳氢溶剂的特性和浓度 ， 共同表面活性剂的种类和 浓度。一些微乳液的 配方 已经被研制出来 ，并取得了专利， 应 用于油田， 他们 包括 在 钻井和固井作业，水力压裂，酸化， 修井 ，破乳，和清洁 等方面 (Purslely, et al. 2008)。 一些特殊的 配方可 在 油或 水的外部 微乳 。本文件中详细 讲解的 微 乳型 破乳剂 就 是一个 外部 水基微乳 。外部 油 基微乳 破乳剂也已研制并成功地测试，其结果 在本文中 不讨论 (Dantas et al. 2001, Bourrel, et al. 1979)。 实验 表征和测试方法
