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摘要：随着我国石油和天然气勘探技术的持续改善，许多石油和天然气储层正处于后期开发的关键时期，但由于石油的品质低劣、开采困难，石油中的含水率也在增加。这种情况会严重影响石油的生产、流通和加工，甚至可能导致严重的后果。探讨了原油破乳技术，介绍了原油破乳脱水原理，阐释说明了原油破乳的物理化学机理，介绍了各种破乳技术的实际应用，分析了它们如何影响石化行业的发展。目前已有化学破乳、超声波破乳、物理破乳、电解破乳等多种破乳技术，新型破乳技术逐渐涌现，为石化行业的发展提供有力的支持。
关键词：脱水技术；物理破乳；化学破乳；新型破乳
0引言
随着社会经济的迅速发展，能源需求不断增长。为了满足这种需求并提高原油产量，我国老油田采用了多种开采方式，包括蒸汽驱、火驱、水驱和化学驱等。尽管注水和三次采油技术应用广泛，但这些方法通常会导致采出液含水率大幅上升，甚至超过90%[1-2]。
原油作为不可替代的传统能源，在各行各业中发挥着重要作用。然而，高含水量不仅增加了原油运输管道等设备的负荷，还加剧了原油乳化液在升温过程中的燃料消耗，甚至增加了炼油过程的难度和风险。
原油中的水分通常是游离的，但也可以通过重力沉降法将其分离出来。然而，由于油田开发进入后期，油质不佳、开采难度加大，需要采取各种驱采和增产措施。这导致了原油乳状液更加稳定，使得脱水作业变得更加困难。乳化水的复杂化学成分和结构使得传统的破乳脱水方法难以实现，因此需要探索更适宜的方法。
脱水是一项常规且重要的工作，但在进行各种物性分析实验前，必须将原油中的地层水脱除，并确保不改变原油的物性。即便连续脱水24 h，密度较高的原油仍难以达到标准。
本文对原油乳状液的破乳脱水方法进行了总结，归纳了原油破乳技术，介绍了原油破乳脱水原理，阐释说明了原油破乳的物理化学机理，介绍了各种破乳技术的实际应用，分析了它们如何影响石化行业的发展。
1原油破乳原理
（1）顶替或置换机理
破乳剂具有极强的表面活性，可以迅速地与油水界面膜结合，从而取代或更换原有的界面膜，形成一种全新的界面膜[3]。
这种全新的界面膜具有更低的表面张力，使得油水两相更容易分离。破乳剂的作用机理可以分为两个阶段：吸附阶段和破乳阶段。在吸附阶段，破乳剂分子通过吸附在油水界面膜上，改变界面膜的性质。在破乳阶段，破乳剂分子进一步作用，使油水界面膜破裂，从而实现油水分离。
（2）反相作用机理
加入破乳剂后，原油乳状液发生了显著的相变，使得水滴受到重力的影响而被迫分离。此外，破乳剂与天然乳化剂之间的结合也使得原油的乳化性能大大降低。
在原油的处理过程中，乳状液的形成是一个普遍存在的问题。这是因为原油中含有的水分子会在一定条件下与原油中的其他成分形成乳状液，这种液态混合物不仅影响了原油的质量，还给原油的开采、运输和储存带来了诸多困难。加入破乳剂后，原油乳状液发生了显著的相变。在这个过程中，破乳剂通过作用于乳状液中的天然乳化剂，使得水滴受到重力的影响而被迫分离。此外，破乳剂与天然乳化剂之间的结合也使得原油的乳化性能大大降低。这是因为破乳剂能够与乳化剂发生反应，形成一种新的物质，这种物质不再具有乳化性能。
（3）絮凝-聚结机理
由于具有高度的结合力，可以有效地把原油乳化液中的小粒径物质聚合到一起，构建出结晶。这些大水滴再相互合并聚结，最终在重力作用下分离沉淀。
为了降低结晶过程中的能耗和成本，研究人员还在探索采用更环保、更经济的分离方法。例如，利用电场、磁场等外部场效应来调控结晶过程，实现高效、低能耗的分离[4]。
总之，通过构建结晶可以有效地解决原油乳化液中小粒径物质的分离难题。这个过程不仅具有较高的分离效率，还能够降低生产成本，为我国石油行业的发展提供有力支持。在未来，随着科学技术的不断进步，有望实现更加高效、环保的结晶分离技术。
（4）反离子作用机理
通过添加具有反向电子活性的乳剂，能够中和油水界面膜表面的负离子，削弱乳剂与界面膜的结合，最终达到消除乳液分层的目的。不过，这种机理具有一定的局限性。
（5）褶皱变形机理
当乳化液中的双层或多层水圈受到加热搅拌和破乳剂的影响时，它们会发生褶皱变形，并且会形成一个连接点，最终导致它们与其他液滴结合并破乳。
在破乳剂的作用下，这些相互连接的水圈会进一步与其他液滴结合。结合过程中，液滴之间的相互作用力逐渐增强，直至达到一个平衡点。此时，原本稳定的双层或多层水圈结构已不复存在，取而代之的是一个连接紧密的液滴群体。至此，乳化液的破乳过程基本完成[5]。
综上所述，乳化液中的双层或多层水圈在加热搅拌和破乳剂的作用下，经历褶皱变形、连接点形成、液滴结合等过程，最终导致破乳。这一过程揭示了乳化液破乳机理的内在规律，为实际生产中乳化液的处理提供了理论依据。
这些机理描述了不同类型破乳剂在破乳过程中可能发挥的作用，从各个角度解释了原油乳化液如何被破乳分离。
2原油破乳技术
2.1化学破乳技术
化学破乳法是一种广泛应用的技术，它通过使用有机物和电解质来改变油水界面的特性，从而达到破乳的目的。这种方法通常分为破乳剂法和电解质破乳法[6]。
化学破乳法主要是通过使用有机物和电解质来改变油水界面的特性，从而实现油水分离。在这个过程中，有机物和电解质分别作用于油水界面，降低界面张力，使油水混合物中的油滴逐渐变大，最终实现油水分离。化学破乳法主要分为两类：破乳剂法和电解质破乳法。
（1）破乳剂法：根据破乳剂的类型，又可分为聚合物破乳剂、醇类破乳剂、脂肪酸酯类破乳剂等。这些破乳剂具有不同的结构和性质，适用于不同类型的油水分离体系。
（2）电解质破乳法：根据电解质的种类，可分为硫酸盐电解质、氯化物电解质、碳酸盐电解质等。这些电解质具有不同的性质，可根据实际需要选择合适的电解质进行破乳。
在电解质法中，以阴离子表面活性剂为O/W型乳化液对象，采用电解质破乳的方法。最新研究表明，阴离子能够提高脱水的透光率[7]。
然而，尽管破乳剂在破乳过程中效果良好，但在实际应用中仍存在一些问题。由于破乳剂的使用范围有限，因此在采取增产措施时，必须仔细挑选出适当的破乳剂，这将会消耗大量的人力物力，从而造成巨大的经济损失。此外，破乳剂使用量大、适应性差、成本高且有污染。采用化学破乳法的原油沉降分离技术路线如图1所示。
2.2物理破乳技术
2.2.1原油重力破乳技术
通过使用离心法，可以有效地破坏液态物的结构，这种方法通常被广泛应用。尽管重力沉降法是液态物的主要分离方法，许多其他的液态物的破碎方法仍然借助它的原理。然而，重力破碎法有许多不足之处，例如：需要添加破碎剂[8]，破碎速率缓慢，设备尺寸巨大，生产周期较长，容易损坏或衰退，以及对废液的影响。然而，许多油水重力破乳设备的运行效率都很低。
综上所述，虽然离心法和重力沉降是常用的油水分离方法，但它们都存在一些局限性和缺点，需要综合考虑具体情况选择合适的工艺方法。
2.2.2热破乳技术
采用加热破乳技术，可以有效地改变乳化剂的溶解性，以及乳化液的表层，这样就可以大大减小乳化剂的表面张力，并且可以有效地提高乳化剂的表达能力，从而达到乳化的目的。此外，随着温度的提高[9]，乳化剂的表层黏性、表面活性以及表层的稳定性都可以得到改善。
随着温度的提高，乳化剂的表层黏性、表面活性以及表层的稳定性都可以得到改善。温度对乳化剂的性能有很大影响，适当提高温度可以增强乳化剂的活性，提高其在乳化过程中的稳定性[9]。同时，提高温度还可以改善乳化剂在表层的流动性，使其更容易与油相混合，从而提高乳化效果。
总之，采用加热破乳技术可以有效地改善乳化剂的性能，达到良好的乳化效果。在实际应用中，我们需要根据具体情况调整加热条件。
2.2.3电破乳技术
经由静电场的影响，原油的电脱水破乳是一种复杂的技术，它利用了低能量的高压电流，使得小的悬浮物与固态物质发生反应，产生了较强的吸附能力，从而使得悬浮物与固态物质发生反应，并且可以迅速地将悬浮物与固态物质分开，从而达到油水分层的目的。随着抽取物质的浓度不断提升，使用高压电源进行电脱水操作会发现，两电极之间会形成一股电磁力，从而破坏原有的电离电场，因此必须额外施加电源，这将大大提升电力的利用率。
在电脱水过程中，随着抽取物质的浓度不断提高，两电极之间会形成一股电磁力[10-11]。这股电磁力会破坏原有的电离电场，导致电脱水效果减弱。为了解决这个问题，必须额外施加电源，以增强电脱水的效果。这种方法能够大大提高电力的利用率，从而实现高效节能。
然而，在实际应用中，原油电脱水破乳技术还面临一些挑战。例如，如何确保高压电源的稳定性和安全性，以及如何提高悬浮物与固态物质的分离速度和效率。此外，电场的两极之间容易形成短路，存在安全隐患。电破乳技术的设备如图2所示。
2.2.4超声波破乳技术
通过机械振动，超声波可以有效地将原油中的微小水滴聚集在一起，从而提高胶体和沥青的溶解度，减弱油水界面膜的阻碍作用。此外，超声波还可利用空化作用形成高速微小扰动流，促使某些化学反应发生，形成羟基自由基[12]。
尽管超声破乳脱水技术在室内研究方面相对成熟，并正在推广工业化应用，但存在一些缺点，如设备体积大、前期投资高、能耗较高等。
超声破乳脱水技术在近年来得到了广泛的关注和研究，其在室内研究方面的成熟度相对较高，工业化应用也正在逐步推广。然而，这项技术在实际应用过程中仍然存在一些不容忽视的缺点。
首先，设备体积大是超声破乳脱水技术的一个显著缺点。由于该技术所需的设备通常需要高性能的超声波发生器和相应的控制系统，这导致了设备体积的增大。在大规模生产环境中，这种设备体积的限制可能会影响到生产线的布局和操作空间，从而增加生产管理的复杂性。其次，前期投资高是超声破乳脱水技术另一个亟待解决的问题。尽管超声破乳脱水技术在推广过程中遇到了这些难题，但它依然具有很多优点，如脱水效果好、对物料的损伤小等[13]。因此，对于超声破乳脱水技术的研究和改进依然具有重要意义。通过对设备体积、前期投资和能耗等方面的问题进行深入研究，有望进一步提高超声破乳脱水技术的应用效果。
由于超声波的影响因素众多，而且稠油的特性也十分复杂，使得超声破乳的效果变得极其不稳定。控制超声条件极其困难，如果参数设置不当，就有可能引发反作用，从而影响到最终的破乳脱水效果。超声波破乳脱水技术路线如图3所示。
3新型原油破乳技术3.1生物破乳技术
采用生物法原油脱水技术，不仅可以有效减少污染，还能够利用微生物产生的特定物质，有效地消除油水乳化液中的界面活性剂[14]，从而达到节约资源、改善环境的目的。生物破乳剂通常来自于一些微生物，如红球菌、杆状菌和球拟酵母等，这些微生物具有破乳的作用。生物法原油脱水技术具有药剂使用量低、脱水速度快、脱水率高、产出水质量好、运行费用低等优点。
3.2高频脉冲电破乳技术
高频脉冲电脱水技术是一种新型油水分离技术，比传统的电脱水技术更高效、更稳定。它利用外部电场的作用，加速油水液滴的聚结，实现油水的快速分离[15]。经过高频脉冲电脱水装置的应用，实际生产效果显著改善，特别是在处理复合驱采出液时，它不仅有效地解决了脱水问题，而且还能够提供更加可靠、稳定的原油脱水方案。
3.3水击协波破乳技术
水击谐波破乳利用管道中的水击驻波场，通过多种力的作用使液滴发生聚结[16]，达到破乳的效果。这种方法通过系统控制动作，降低了油液乳化程度，提高了原油脱水和乳化液分离的效率。
3.4 CO2破乳技术
CO2破乳技术是一种有效的破乳方法[17]，它能够有效地破除油包水型稠油乳化液中的固体物，这种破乳过程的发生取决于界面上的沥青质，它会破坏原有的胶结层，从而引起乳化剂中的水分聚集，从而达到破乳的目的。
CO2具备出色的溶胀和降解特性，使其在破乳方面具备了卓越的表现。应用CO2破乳技术进行超稠油的开发，不但能够大大提高破乳的成功率，而且也会极大地改善其流动特征，从而极大地提升降低生产成本的收益。
3.5联合破乳技术
孙立江[18]等人采用了高频脉冲电场和离心场联合脱水技术对乳状液进行了研究。研究结果表明，相比于高频电场和交流电场单独作用下，高频脉冲–离心场联合作用能够实现更高的脱水率，脱水时间更短，能耗更小。
陈永红[19]等人采用了超声波和化学破乳剂联合的方法进行了研究，验证了声化联合破乳脱水的效果。这表明声化联合破乳脱水技术具有潜力，可以应用于乳化原油的脱水过程，提高脱水效率并改善工艺效果。
4优选与改造脱水技术
4.1多工艺混合破乳脱水技术
热破乳技术在处理稠油乳状液方面应用广泛，并具有较好的适应性。然而，通常情况下，热破乳技术会与电破乳或化学破乳方法联合使用，很少单独应用。加热破乳技术可以有效地提高乳化剂的表达能力。在加热过程中，乳化剂的结构和性质会发生改变，使其在水中更容易分散，并且能够更好地与油相混合[20]。这样一来，乳化剂在乳化过程中就能更好地发挥其作用，提高乳化效果。
通过采用离心破乳技术，可以有效地清除界面膜表面的固体物质，从而大幅降低界面膜的强度。然而，离心破乳的效果可能不够理想，特别是在处理含水量较高的体系时。此外，离心破乳更适用于液滴较小的情况，但其设备要求高，需要较大的初期投资，并且回收周期较长。采用加热、离心加上抽真空的工艺来进行破乳的混合破乳脱水新技术如图4所示。
4.2微波破乳技术
微波辐射与传统破乳方法的机理不同。微波辐射主要通过热效应和非热效应来实现乳液的破乳。热效应使乳液温度升高，削弱油水界面的强度，促进水分子的聚结。非热效应则通过打破油水界面的电荷排列，降低界面膜的Zeta电位[21]，促进乳液的分离和破乳过程。促进小水滴的移动和碰撞，进而促进油水分离。微波辐射在乳液破乳中有诸多优势，包括高破乳率、快速脱水、高效率、无污染和节约能源等，微波辐射与传统破乳方法在机理上存在显著差异。传统破乳方法主要依赖于物理和化学作用力来破坏油水界面，从而实现乳液的破乳[22]。而微波辐射则通过热效应和非热效应共同作用，更加高效且环保地实现乳液的破乳。
热效应是微波辐射破乳的重要机制之一。在微波辐射的作用下，乳液中的水分子吸收能量，使其温度升高。
随着温度的升高，油水界面之间的吸引力逐渐减弱，从而降低油水界面的强度。此外，热效应还能促进水分子之间的相互作用，使其聚结成为更大的水滴。这些大水滴在重力作用下容易下沉，从而加速油水分离的过程。非热效应同样是微波辐射破乳的关键因素[23]。微波辐射能够打破油水界面上的电荷排列，降低界面膜的Zeta电位。Zeta电位是衡量界面膜稳定性的重要指标，其值越低，界面膜稳定性越差[24]。因此，降低Zeta电位有助于破坏油水界面，促进乳液的分离和破乳。微波辐射还能促进小水滴的移动和碰撞。在微波场中，水滴受到微波辐射的作用，产生一定的运动。这种运动有助于小水滴之间的碰撞，从而使油水分离更为彻底。同时，微波辐射还能促使乳液中的乳化剂分子发生变形，使其更容易从油水中脱离，进一步促进油水分离。微波实验结果如表1所示。
5应用与展望
（1）化学破乳法
化学破乳法在多个领域得到了广泛应用，如石油化工、食用油生产、环保等。其中，石油化工领域是化学破乳法应用最为广泛的领域，包括原油破乳、润滑油破乳、乳化油破乳等[25]。此外，化学破乳法还应用于食用油生产中的脱胶、脱酸等工艺，以及环保领域的油水分离处理。
（2）重力破乳法
离心法和重力沉降是两种广泛应用的技术。然而，尽管它们在油水分离领域取得了一定的成效，但仍存在一定的局限性和缺点。为了获得更好的油水分离效果，我们需要根据具体情况综合考虑，选择合适的工艺方法。
（3）超声波破乳法
相较于其他脱水技术，超声破乳脱水设备的价格较高，加之还需要投入一定的资金用于建设和改造生产线，使得整体的前期投资明显增加。这对于许多中小企业而言，可能会成为阻碍其采用这项技术的因素[26]。最后，能耗较高也是超声破乳脱水技术的一个短板。在实际应用过程中，超声波发生器需要消耗大量的电能，尤其是在长时间连续运行的情况下，能耗问题更为突出。这不仅会增加企业的运营成本，而且也不符合当前节能减排的趋势。
（4）新型破乳技术
生物破乳剂作为一种新型环保技术，正逐渐受到各行各业的关注。其主要原因在于其对人体和环境无毒无害，具备绿色环保和可持续发展的特点[27]。在当前全球环保意识不断提高的背景下，生物破乳剂的应用前景显得尤为广阔。
在水击协波破乳技术方面，该技术通过降低油液的乳化程度，有效提高了原油脱水和乳化液分离的效率[28]。这一创新技术的出现，为我国原油开采和加工行业带来了新的解决方案。水击协波破乳技术不仅有助于提高生产效率，降低生产成本，而且还有助于减轻环境负担，实现可持续发展。
CO2破乳技术也取得了显著的成果。该技术在提高破乳成功率的同时，还能极大地改善乳化液的流动特征[29]。这样一来，不仅能够提升生产效率，降低生产成本，还能减轻环境污染，为企业创造更大的经济效益。
生物破乳剂及其相关技术在提高原油脱水和乳化液分离效率、降低生产成本、保护环境和实现可持续发展等方面具有重要意义。随着科技的不断进步和环保意识的提高，相信生物破乳剂及相关技术将在未来发挥更大的作用，为我国乃至全球的能源产业发展注入新的活力。
（5）微波破乳技术
微波辐射通过热效应和非热效应共同作用，有效破坏油水界面，实现乳液的破乳。相较于传统破乳方法，微波辐射具有能耗低、效率高、环保等优点，有望在乳液处理领域得到更广泛的应用[30]。然而，微波辐射破乳技术在实际应用过程中仍需克服一些问题，如设备成本、操作复杂性等，这需要进一步研究和发展。在我国，微波辐射破乳技术的研究和应用已取得一定成果，未来有望在更多领域得到推广和应用，具有广阔的应用前景。
6结束语
（1）物理破乳法虽然在油地大规模应用，但占地面积巨大、对设备要求高、投资大、回报周期长。
（2）化学破乳法是广泛应用的方法之一，速度快、效率高，但对破乳剂要求高，存在消耗多、环境污染、不能循环利用等问题。
（3）采用多工艺混合脱乳提高了脱乳效率，但工艺复杂，对设备加工规格要求高，微波破乳法绿色无污染，效率高，脱水效果好，但功耗大，占地面积较大
（4）新型破乳技术已经迅速崛起，其优势在于操作简便、费用低廉、能源消耗少、可持续利用、环境友好、安全可靠，具有高效、环保、经济效益好，应用前景广阔。这些方法有望改善传统技术的缺点，推动破乳脱水技术的发展。
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