原油乳状液冻融稳定性的研究

论文摘要

原油含水对原油储运、加工、产品质量及设备等均造成很大危害。因此,原油的破乳脱水历来是石油开采及加工生产中最重要的环节之一。本文从一个崭新的角度——乳状液的冷冻解冻（冻融）,研究影响油水乳状液稳定性的因素及破乳机理,从而达到油水分离的目的。文中分析了原油乳状液中所包含的各种成分,重点研究了三元复合驱剂（碱—表面活性剂—聚合物）、天然表面活性物质（沥青质、胶质）、无机盐以及固体粒子这四种成分对乳状液冻融稳定性的影响。通过改变这些物质的含量或类型,研究了它们对乳状液表面张力、Zeta电位、乳状液的结晶温度、乳状液经过冷冻—解冻破乳后的脱水率以及脱出水透光率的影响。破乳实验中,采用了微波、空气（室温）和水浴三种解冻方式。本文还从理论上分析了冷冻速率与乳状液稳定性之间的关系。研究结果表明乳状液表面张力受三元复合驱剂的影响比较小;沥青质和胶质浓度的增加均可使乳状液的表面张力降低;而增加乳状液中石墨或粘土颗粒的含量,则使乳状液表面张力上升;随着所含阳离子价电子数的升高,乳状液的表面张力也逐渐升高。通过正交试验结果可知,三元复合驱剂中影响乳状液Zeta电位绝对值大小的顺序是表面活性剂、碱和聚合物。沥青质和胶质浓度的增加,以及乳状液中加入无机盐离子,均可使乳状液的Zeta电位绝对值降低。而增加O/W乳状液中粘土颗粒的含量,可使乳状液Zeta电位的绝对值呈上升趋势。表面活性剂（石油磺酸盐）及碱（Na2CO3）对乳状液冻融脱水率有明显的影响,随着表面活性剂和碱浓度的增加,脱水率逐渐降低。同样,沥青质和胶质浓度的增加,也可以使乳状液的最终脱水率随之降低。加入无机盐的乳状液经过冷冻解冻破乳后,脱水率要高于未加入无机盐的乳状液,尤其是加入三价Al3+离子的乳状液脱水率更高。在本文实验中,随着W/O乳状液中石墨含量的增加,乳状液最终脱水率出现了先下降后上升的趋势。加入粘土的O/W乳状液最终脱水率随粘土含量的增加而下降。石油磺酸盐和聚合物（HPAM）浓度对脱出水透光率的影响比较大,随着它们浓度升高,破乳脱出水的透光率逐步下降。沥青质和胶质浓度的增加,以及乳状液中固体含量的增加均可使乳状液的脱出水透光率呈下降的趋势。含高价阳离子的乳状液脱出水透光率明显要高于含一价阳离子。对于三元复合驱模拟乳状液、胶质和沥青质稳定的乳状液,以及加入无机盐和石墨的W/O型乳状液,微波解冻可以明显提高乳状液的脱水率。本文还研究了乳状液单向冷冻过程中分散相粒子的受力情况,通过理论分析提出了乳状液冷冻时凝固界面最大临界速率。当冷冻乳状液时的速率低于此临界速率,则不利于乳状液的稳定。基于油水两相的导热系数的比值对凝固界面形状的影响,认为当分散相的导热系数大于连续相时,有利于乳状液的冻融稳定性。本文的研究结果可以为提高原油乳状液脱水效率提供理论指导和实验依据,也对除原油以外的其它乳状液冻融稳定性的研究提供了参考和借鉴。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 概述
• 1.2 乳状液相关知识
• 1.2.1 乳状液定义和类型
• 1.2.2 影响乳状液稳定性的因素
• 1.3 乳状液的不稳定性
• 1.3.1 乳状液破坏的基本过程
• 1.3.2 乳状液常用破乳方法
• 1.4 乳状液的冻融稳定性
• 1.4.1 关于冷冻解冻破乳机理的探讨
• 1.4.2 影响乳状液冻融稳定性的因素
• 1.4.3 乳状液冻融稳定性主要研究领域
• 1.4.4 常用研究方法
• 1.5 凝固界面前沿颗粒行为的研究进展
• 1.5.1 热力学判据
• 1.5.2 动力学判据
• 1.6 课题的研究意义和内容
• 1.6.1 课题的研究意义
• 1.6.2 课题的研究内容
• 第二章 三元复合驱采出原油乳状液冻融稳定性实验研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 试剂药品
• 2.1.2 主要实验仪器
• 2.1.3 实验步骤
• 2.2 实验结果讨论
• 2.2.1 三元复合驱乳状液类型判定
• 2.2.2 三元复合驱乳状液表面张力测定结果与分析
• 2.2.3 三元复合驱乳状液Zeta 电位测定结果与分析
• 2.2.4 三元复合驱乳状液冻融脱水率、透光率测定结果与分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 天然活性物质对乳状液冻融稳定性的影响
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 试剂药品
• 3.1.2 主要实验仪器
• 3.1.3 实验步骤
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.2.1 乳状液类型判定
• 3.2.2 沥青质和胶质浓度对乳状液表面张力的影响
• 3.2.3 沥青质和胶质浓度对乳状液Zeta 电位的影响
• 3.2.4 乳状液冻融脱水实验
• 3.3 本章小结
• 第四章 无机盐对乳状液冻融稳定性的影响
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 试剂药品
• 4.1.2 主要实验仪器
• 4.1.3 实验步骤
• 4.2 实验结果与讨论
• 4.2.1 含无机盐离子的W/O 和O/W 型乳状液的表面张力
• 4.2.2 含无机盐离子的O/W 乳状液的Zeta 电位
• 4.2.3 无机盐离子对乳状液脱水率的影响
• 4.2.4 无机盐离子对乳状液脱出水透光率的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 固体颗粒对乳状液冻融稳定性的影响
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 试剂药品
• 5.1.2 主要实验仪器
• 5.1.3 实验步骤
• 5.2 实验结果与讨论
• 5.2.1 乳化剂的选择
• 5.2.2 颗粒浓度对乳状液表面张力影响
• 5.2.3 颗粒浓度对O/W 型乳状液Zeta 电位的影响
• 5.2.4 固体颗粒对乳状液脱水率的影响
• 5.2.5 固体颗粒对乳状液脱出水透光率的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 冷冻速率对乳状液冻融稳定性的影响
• 6.1 冷冻界面/颗粒系统的温度场模型
• 6.2 凝固界面临界推进速率
• 6.2.1 热力学判据
• 6.2.2 动力学判据
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 本文创新点
• 7.3 展望
• 参考文献
• 附录三元复合驱采出乳状液冻融稳定性实验原始数据记录表
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢