原油泡沫的危害和消除方法

曲 正 新

原油泡沫的危害和消除方法

曲 正 新

（中国石油天然气勘探开发公司， 北京 100034）

原油可能出现的发泡现象使得原油体积增大，严重影响三相分离器的分离效果，降低计量精度，堵塞过滤器，造成泵汽蚀等。为了减少危害，应消除原油泡沫，即破坏原油泡沫稳定存在的条件。包括机械消泡法、消泡剂法、加热法和超声波消泡法，分析论述了各自的原理、适用范围及优劣，为实践提供参考。

原油；泡沫；衰变；危害；消除

广义的泡沫是指气体被致密相包围所形成的多孔结构，包括固体泡沫和液体泡沫[1]；而通常所说的泡沫多指液体泡沫。泡沫在石油工业中得到了较多的应用[2,3]，如泡沫钻井[4,5]、泡沫驱油[6]、泡沫压裂[7,8]等，同时也给石油生产带来了一定了的困难。

原油中富含泡沫会使计量精度降低[9,10]。泡沫具有很强的吸附能力，在集输过程中会吸附微小固体杂质，这将堵塞过滤器塞孔[11]。泡沫的大量存在，容易导致汽蚀。三相分离器中大量泡沫的存在，会挤占三相分离器的气相空间，严重影响油、气、水的分离效果，增加了分离时间；为了达到良好的分离效果，还不得不增加分离器的尺寸[12]。原油发泡还会导致原油冒罐[13-16]。因此，对原油消泡方法的研究十分必要。

1 原油泡沫的衰变机理

原油中含有羧酸、胶质和沥青质等天然表面活性剂[17]，其使原油的表面张力降低，减少了泡沫系统的表面自由能[18]，有利于泡沫的稳定。同时 Gibbs-Marangoni效应[19-21]还使泡沫具有自我修复功能。

消除泡沫就是破坏泡沫稳定存在的条件[22]，唐金库[23]指出泡沫衰变的机理主要是液膜排液[24]和气体通过液膜的扩散[25]。唐金库认为，重力和气泡的相互挤压导致了泡沫液膜的排液。气泡的挤压主要源于气泡液膜的曲面压力。泡沫中气泡大小不一，相间分布，气泡直径越小气压越高，小气泡内气体在压差作用下透过泡沫液膜扩散到大气泡，致使小气泡越来越小直至消失，大气泡长大直至破裂。至于气液界面上的气泡，气体直接透过液膜扩散到气相中。重力作用则使泡沫液膜中的液相自然流失而变薄直至破裂。

唐金库[23]还提出了温度的影响，他认为泡沫的稳定性随温度升高而下降。

2 原油泡沫的消除方法

2.1 消泡剂消泡法

消泡包涵抑泡和消泡。抑泡是指向泡沫体系中添加抑泡剂[26]的方法。良好的抑泡剂要求不能在液膜上形成紧密的吸附膜，其弹性应适中，而且抑泡剂分子间的相互作用力要小。目前没有高效且普适的抑泡剂。而实际生产中运用更多的则是消泡剂[22]。

消泡剂是能消灭泡沫的一类表面活性剂，好的消泡剂既能快速消泡，又能在较长的时间内防止泡沫的再次生成[27]。陈洪[28]指出，消泡剂消泡机理为降低泡膜局部表面张力，破坏膜弹性，加速液膜排液。

2.2 机械消泡法

机械消泡法是指：采用诸如机械搅拌、改变流道或者改变泡沫所处的温度、压力从而破坏泡沫的方法。这些物理方法，使泡沫在力的作用下，被迫流经某些特殊结构，使泡沫液膜的局部受到挤压或穿刺而破裂。

Mitohel Rooker[29]提出了增加液相停留时间和增大分离器尺寸的方法。Laurence L.[30]提出了防泡折流板（图1）、网孔、离心分离器、平行板的机械消泡方法。

气液分离器中常采用隔板降低扰动并消除泡沫，同时隔板也起到使液滴聚集的作用[31]。当油流在均匀管中流动时，其产生的泡沫较少且分散，当油流进入开式容器时，气体大量逸出，泡沫大量生成并聚集。泡沫在油流作用下向前流动，当开式容器中加入带孔眼的防泡折流板后，泡沫被反复冲击，使液膜疲劳；部分泡沫被挤入孔眼，局部受力不均导致破裂。

网孔破泡法就是使泡沫通过比其直径小的孔眼或通过细编织金属网垫，挤压破泡。这种方法不适合含杂质较多的原油。

离心法（图 2）利用泡沫中的油和气体之间的密度差消泡。如果通过分离器的压力降适当，那么该方法则将十分简单和高效。

如图3所示，通过在铅垂方向上设置一系列垂直于纸面水平的从中间向两边倾斜的平行板，使油流从中间向左右两边流动。由于平行板已被原油润湿，当泡沫流经很大表面积的平行板时，其表面张力将降低而破裂。

2.3 加热消泡法

加热消泡法通过加快分子的无规则热运动，加速排液和降低膜的表面张力，使膜较快破裂。加热法适用于低温的泡沫液体，但因其需要消耗燃料，经济性较差。

温度影响原油的粘度、膜的表面粘度、表面活性剂的分布（表面张力的主要影响因素）、气体扩散、液体蒸发和排液作用：温度升高，使粘度降低，表面活性剂在泡沫液膜上的分布减少，气体扩散加快，泡沫表面液膜蒸发加快，排液作用加强，所以高温不利于泡沫稳定。

2.4 超声波消泡法

孙来久等[32]指出，超声波有消除泡沫的功能，消泡机理之一是当声波到达某一程度时，使泡沫中的液体分子随之振动分子振动的频率越高，振动速度越快。分子的振动能量与其质量和振动速度的二次方有关，所以超声波的频率越高，分子的能量也越高。超声波使振动的液体分子产生很大的加速度，可能比重力加速度大几十万倍甚至更大，使液体质点产生急剧的运动，从而加速泡沫的破裂。

消泡机理之二是声压作用。泡沫由于通入的声波的振动，使液体分子之间产生压缩和稀疏作用而使泡沫破灭。当泡沫中通入超声波后，超声波振动使液体分子受到的压力周期突变，促使泡沫破裂。声压的破裂作用更多地发生在体系中存在气泡或杂质的地方，因为这些地方的泡沫强度更低。

程文学[33]通过测试吉林油田某原油在150 W下25～80 kHz范围内的消泡时间随频率的变化。超声波功率固定为150 W时，室温下不开启超声波时，自然消泡时间需要约2 619 s，而41 kHz时消泡时间仅为69 s[33]。相比于自然消泡时间，该频率下的消泡效果十分有限。

3 结束语

机械消泡方法较其他方法成本低，但机械消泡的机械装置的设计却很考验设计人员的创造力[30]，具有一定难度，实际消泡效果也会因油品而异。消泡剂消泡法不需在分离器内增设构件，但没有一种普适的适合不同开采期的原油消泡剂。加热法消泡效果明显，但会增加能耗，不经济。超声波消泡法可能会在石油消泡中有更多的应用。若将上述几种方法综合使用可能会有利于生产实践。

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Harm and Elimination Methods of Crude Oil Foam

QU Zheng-xin
（Cnpc International (Chad) Co., Ltd., Beijing 100034, China）

Crude oil foam makes the crude’s volume larger, which can affect the three-phase separator work effect, decrease the measuring accuracy, block filter, and make pump cavitate. So it’s necessary to eliminate the crude oil foam. To eliminate crude oil foam is to destroy the existence condition of the stability of the foam, including mechanical defoaming methods, defoaming agents, heating method and ultrasonic defoaming. In this paper, their respective principles, application range, advantages and disadvantages were discussed and analyzed, which could provide reference for practice.

Crude; Foam; Decay; Harm; Elimination

TE 868

： A

： 1671-0460（2015）05-1132-03

2014-12-02

曲正新（1970-），男，吉林松原人，中级职称，1994年毕业于大庆石油学院机械制造与工艺专业，研究方向：油田工艺、开发方案、项目管理。E-mail：frankqu218@163.com，quzhengxin@cnpcic.com。