圖1 原油乳狀液破乳評(píng)價(jià)場(chǎng)景。破乳劑篩選不僅關(guān)注是否分層，還需要比較產(chǎn)水量、分離速度、水相質(zhì)量和油水界面清晰度。

原油開采和處理過程中，油水乳狀液的破乳效率直接影響后續(xù)分離、脫水和水相處理質(zhì)量。傳統(tǒng)瓶試能夠提供直觀判斷，但常依賴肉眼觀察，難以在較短時(shí)間內(nèi)同時(shí)量化分離動(dòng)力學(xué)、界面質(zhì)量和水相澄清度。

本文基于 Microtrac Turbiscan 應(yīng)用筆記，對(duì) 5 種 Croda Kemelix 系列破乳劑在同一原油乳狀液中的表現(xiàn)進(jìn)行整理。Turbiscan 通過靜態(tài)多重光散射技術(shù)，在原位、非破壞條件下沿樣品高度重復(fù)采集透射光和背散射光信號(hào)，從而把破乳過程轉(zhuǎn)化為可比較的曲線和指標(biāo)。

需要說明的是，本文所討論體系為破乳分離評(píng)價(jià)，原文主要使用透射信號(hào)曲線、峰厚度、透射水平和界面斜率進(jìn)行判斷；TSI 的通用含義是 Turbiscan Stability Index，數(shù)值越高通常代表樣品整體越不穩(wěn)定，數(shù)值越低則說明膠體或分散體系穩(wěn)定性越好。在本案例中，Turbiscan 的核心價(jià)值體現(xiàn)在對(duì)分層過程和分離質(zhì)量的時(shí)間分辨定量監(jiān)測(cè)。

一、研究目的

本應(yīng)用旨在建立一種比傳統(tǒng)瓶試更快速、客觀的破乳劑篩選方法，用于比較不同破乳劑對(duì)原油乳狀液的處理效果。評(píng)價(jià)目標(biāo)不僅包括最終能產(chǎn)生多少水，還包括分離開始和結(jié)束的速度、水相是否澄清、以及油水界面是否清晰。

通過同一測(cè)試程序獲得的 Turbiscan 曲線和表格數(shù)據(jù)，能夠幫助配方人員在 60 min 內(nèi)對(duì)候選破乳劑進(jìn)行排序，并進(jìn)一步區(qū)分“分離快但水質(zhì)一般”“產(chǎn)水量高但界面不佳”或“水質(zhì)好但動(dòng)力學(xué)偏慢”等不同性能特征。

二、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

① 實(shí)驗(yàn)樣品：來自英國(guó)陸上油田的原油乳狀液，API 為 11°，BS&W 為 60%。

② 破乳劑樣品：5 種 Croda Kemelix 系列破乳劑，分別為 Polysorbate polyester、兩種 Resin alkoxylate、Polyol alkoxylate 和 Polyimine derivative。

③ 加藥條件：各破乳劑按 100 ppm 加入原油乳狀液中，使用適當(dāng)溶劑從儲(chǔ)備液定量加入。

④ 測(cè)試儀器：Turbiscan 多重光散射穩(wěn)定性分析儀，光源波長(zhǎng) 880 nm，同時(shí)采集透射光（T）和背散射光（BS）信號(hào)。

⑤ 測(cè)試條件：樣品手搖 50 次后，在 60 ℃ 下測(cè)量 60 min，采集頻率為每分鐘 1 次掃描。

表1 本應(yīng)用中比較的 5 種破乳劑

圖2 Turbiscan 靜態(tài)多重光散射測(cè)試原理。儀器沿樣品高度掃描透射光和背散射光信號(hào)，信號(hào)變化與顆粒濃度、粒徑及相分離過程相關(guān)。

三、實(shí)驗(yàn)步驟

① 將 100 ppm 破乳劑加入原油乳狀液，手搖 50 次，使破乳劑與乳狀液充分接觸。

② 將處理后的樣品置于 Turbiscan 測(cè)量池中，在 60 ℃ 條件下連續(xù)掃描 60 min。

③ 記錄樣品高度方向上的透射信號(hào)隨時(shí)間變化曲線，并根據(jù)透射峰厚度、峰出現(xiàn)時(shí)間、最終透射水平以及油水界面處透射曲線斜率進(jìn)行評(píng)價(jià)。

④ 將不同破乳劑的曲線結(jié)果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)水量、分離動(dòng)力學(xué)、水相澄清度指數(shù)和界面質(zhì)量指標(biāo)，形成綜合對(duì)比。

圖3 破乳劑 1 的典型 Turbiscan 透射信號(hào)剖面。曲線可同時(shí)反映產(chǎn)水量、分離動(dòng)力學(xué)、水相澄清度和油水界面質(zhì)量。

四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)討論

首先，透射峰厚度可用于估算破乳后產(chǎn)生的水相體積。峰越厚，說明分離出的水相層越厚；結(jié)合初始樣品體積 20 mL，可進(jìn)一步換算為產(chǎn)水量和占 BS&W 的比例。

表2 不同破乳劑的最終峰厚度與產(chǎn)水量

從最終產(chǎn)水量看，破乳劑 3、4、5 的峰厚度較高，理論產(chǎn)水量分別達(dá)到 10.3、10.9 和 11.3 mL；破乳劑 1 僅產(chǎn)生約 0.3 mL 水，相當(dāng)于低于 1% 的 BS&W。需要注意的是，產(chǎn)水量并不能單獨(dú)代表綜合性能，后續(xù)還需要結(jié)合分離速度、水相澄清度和界面質(zhì)量判斷。

分離動(dòng)力學(xué)可通過透射峰開始和結(jié)束時(shí)間進(jìn)行比較。原文將破乳劑 4 和 5 排除在動(dòng)力學(xué)比較之外，因?yàn)槎叱霈F(xiàn)了不完全破乳或未發(fā)生有效破乳；因此主要比較破乳劑 1、2 和 3。

圖5 破乳劑 1、2、3 的透射峰厚度變化。破乳劑 3 最早完成分離，破乳劑 2 次之，破乳劑 1 分離速度明顯較慢。

表3 破乳劑 1、2、3 的分離動(dòng)力學(xué)

結(jié)果表明，破乳劑 3 和 2 在測(cè)試開始后很快發(fā)生水相分離，其中破乳劑 3 在約 15 min 完成，破乳劑 2 在約 20 min 完成；破乳劑 1 則到 24 min 后才開始明顯分離，60 min 內(nèi)仍未完全結(jié)束。

水相澄清度通過測(cè)量結(jié)束時(shí)水相區(qū)域的透射水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。純水透射水平約為 88%，因此可將最終透射水平與純水透射水平相比，得到 0-1 范圍內(nèi)的 Turbiscan 水相澄清度指數(shù)，數(shù)值越接近 1，說明水相越清澈。

圖6 測(cè)量結(jié)束時(shí)不同破乳劑樣品的透射水平。高透射水平通常對(duì)應(yīng)更清澈的水相，但還需與產(chǎn)水量和噪聲情況一起判斷。

表4 不同破乳劑的水相澄清度評(píng)價(jià)

破乳劑 1 的水相澄清度指數(shù)最高，為 0.94，說明其產(chǎn)生的水相質(zhì)量最好；破乳劑 4 的澄清度指數(shù)也較高，但其破乳過程并不充分。破乳劑 3 的指數(shù)為 0.76，且原文指出透射掃描噪聲較大，提示水相中可能仍含有小油滴或無機(jī)鹽等污染物。

油水界面質(zhì)量可通過最終透射掃描在界面位置的斜率評(píng)價(jià)。界面處斜率越陡，表示油水邊界越清晰、界面質(zhì)量越好。

表5 不同破乳劑的油水界面斜率

圖7 破乳劑綜合性能雷達(dá)圖。破乳劑 1 在水相澄清度和界面質(zhì)量方面表現(xiàn)突出，破乳劑 3 在產(chǎn)水量和分離速度方面更優(yōu)。

從儀器應(yīng)用角度看，Turbiscan 的價(jià)值不僅在于替代肉眼觀察，更在于把原位、非破壞測(cè)量轉(zhuǎn)化為多維度的定量篩選依據(jù)。時(shí)間分辨透射曲線可以捕捉早期分離過程，峰厚度和透射水平可以量化產(chǎn)水量與水相質(zhì)量，界面斜率則可輔助判斷油水邊界是否清晰。這些信息共同服務(wù)于配方篩選、工藝參數(shù)優(yōu)化和破乳劑性能排序。

五、總結(jié)

① Turbiscan 可在 60 min 內(nèi)快速比較不同破乳劑的破乳效果，并同時(shí)提供產(chǎn)水量、分離動(dòng)力學(xué)、水相澄清度和界面質(zhì)量等多項(xiàng)指標(biāo)。

② 若以產(chǎn)水量和分離速度為主要目標(biāo)，破乳劑 3 表現(xiàn)較優(yōu)，其分離開始時(shí)間為 0 min，約 15 min 完成，產(chǎn)水量約 10.3 mL。

③ 若以分離質(zhì)量為主要目標(biāo)，破乳劑 1 表現(xiàn)更突出，其水相澄清度指數(shù)達(dá)到 0.94，界面斜率為 -8.2，油水界面最清晰，但產(chǎn)水量和分離速度不足。

④ 破乳劑 4 和 5 雖然最終峰厚度較高，但原文指出存在不完全破乳或未有效破乳問題，因此不能僅憑單一產(chǎn)水量指標(biāo)判斷綜合效果。

⑤ 與傳統(tǒng)瓶試相比，Turbiscan 能夠在不稀釋、不破壞樣品的條件下進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)，并將肉眼難以穩(wěn)定判斷的早期分離和界面變化轉(zhuǎn)化為可比較的數(shù)據(jù)，為原油破乳劑篩選提供更可靠的量化依據(jù)。

圖8 Turbiscan 系列儀器可用于貨架期與穩(wěn)定性分析，在乳液、懸浮液、分散體系和原油破乳等應(yīng)用中提供多重光散射評(píng)價(jià)。

參考文獻(xiàn)：Microtrac, Quick and accurate method to study demulsification: comparison of different demulsifiers, Turbiscan Application Note 0247_F.