一种破乳剂的初筛方法

摘要

本发明公开了一种破乳剂的初筛方法，涉及油田化学技术领域。本发明包括如下步骤：将含有某一试剂和水包油乳液乳滴的溶液置于样品池中，将样品池放于样品池卡槽中；获取样品池中两个乳滴之间的相互作用力；挑选出在溶液中乳滴相互作用力非仅为排斥力的体系，将两个光阱撤掉观察两个乳滴是否聚合，若聚合求其除范德华力以外由空位力引起的吸引力，若该吸引力最大值大于限制值则可以作为破乳剂。本发明提供了一种通过乳滴之间相互作用力来优选破乳剂的方法，此方法中采用光镊技术测量乳滴间相互作用力并通过计算获取由空位力引起的吸引力，样品池体积小，需要的油样、试剂耗量低，初筛快。

权利要求

1.一种破乳剂的初筛方法，包括如下步骤：A1、将含有试剂和水包油乳液的溶液注入样品池中，将样品池放置在样品池卡槽中；

A2、用双光阱捕获样品池中两个乳滴并调整其距离使其逐渐靠近，测得两个乳滴在该试剂溶液中、不同距离条件下的相互作用力；

所述两个乳滴尺寸的差距不大于0.02微米，所述双光阱分别为点光阱和线光阱；

A3、如果步骤A2中测得的相互作用力均为排斥力，则该试剂不能作为破乳剂，否则，将两个光阱撤掉观察两个乳滴是否聚合，如果两个乳滴可以独立的稳定存在，则该试剂不能作为破乳剂，否则，求两个乳滴之间由空位力引起的吸引力，若该吸引力的最大值超过限制值则该试剂作为可选乳化剂,否则不能作为破乳剂；

求两个乳滴之间由空位力引起的吸引力的步骤如下：B1、用双光阱固定步骤A2中的两个乳滴，用水替换样品池中除被固定的两个乳滴之外的物质，然后重复步骤A2，测得两个乳滴位于水中、不同距离条件下的相互作用力；

B2、计算两个乳滴位于试剂溶液、水中的相互作用力之差，得到两个乳滴之间未吸附化学物质诱导的相互作用力；

B3、通过两个乳滴之间未吸附化学物质诱导的相互作用力计算两个乳滴之间由空位力引起的吸引力，具体包括如下步骤：C1、对光阱进行校正之后得到光阱刚度k，通过光阱技术测量两个乳滴之间的表面距离和两个乳滴的半径；通过Zeta电位仪测Zeta电势；

C2、计算出两个乳滴之间由空位力引起的吸引力：两个乳滴之间未吸附化学物质诱导的相互作用力为双电层排斥力、范德华吸引力和由空位力引起的吸引力的合力，其中两个乳滴之间的双电层排斥力、范德华吸引力通过已知变量及公式计算得到，由空位力引起的吸引力的计算公式如下：

Fdep＝Ftol‑Fel‑FVDW其中，Fdep为两个乳滴之间由空位力引起的吸引力，Ftol为两个乳滴之间未吸附化学物质诱导的相互作用力，Fel为两个乳滴之间的双电层排斥力，FVDW为两个乳滴之间的范德华吸引力；

两个乳滴之间双电层排斥力的计算公式如下：Z＝(eξ/kBT)(R/λb)(1+κR)2

λb＝e/4πε0εrkBT

其中，ξ为Zeta电势，e为元电荷，ε0为真空介电常数，εr为溶液的相对介电常数，R为乳滴的半径，κ为德拜长度的倒数，x为两个乳滴间的的表面距离；kB为玻尔兹曼常数，T为温度；

两个乳滴之间范德华吸引力的计算公式如下：其中，A为哈马克常数；

C3、通过光阱技术控制两个乳滴不断靠近，重复步骤C1～C2，计算两个乳滴在不同距离下由空位力引起的吸引力；

或

重复步骤C1～C2，计算两个乳滴在两个及其以上不同距离条件下由空位力引起的吸引力，并将其代入由空位力引起的吸引力的拟合计算公式拟合得溶液中胶束间的渗透压和由空位力引起的吸引力作用范围，从而通过由空位力引起的吸引力的拟合计算公式计算不同距离条件下的由空位力引起的吸引力，所述由空位力引起的吸引力的拟合计算公式如下：其中Π为溶液中胶束间的渗透压，2Δ是由空位力引起的吸引力作用范围。

2.如权利要求1所述的破乳剂的初筛方法，其特征在于，所述步骤A3中的限制值为1pN。

3.如权利要求1所述的破乳剂的初筛方法，其特征在于，所述样品池的体积为200～600微升；所述双光阱的激光强度为0.15W；所述两个乳滴的尺寸为3.4～3.8微米；所述两个乳滴的球心距离初始值设置为6.5～7.2微米。

说明书

一种破乳剂的初筛方法

技术领域

[0001] 本发明属于油田化学技术领域，涉及乳液稳定型确定和破乳剂初筛的方法，具体为一种破乳剂的初筛方法。

背景技术

[0002] 石油乳状液高效破乳一直是油田开采、炼厂脱盐脱水的重要生产环节。多年来研究人员从乳化剂类型、乳液中液滴的大小、界面张力、界面膜强度及界面电荷等方面对水包
油(O/W)乳液的稳定性进行了研究以便选择合适的破乳剂。研究乳液稳定性的方法主要有
比色法、浊度法、电导法、界面张力法及界面剪切粘度法等。目前对于稳定乳液较为统一的
认识是，乳化剂吸附在相界面上降低界面张力使分散体系的势能下降；在界面上形成韧性
或高黏度界面膜即提高界面膜强度可以阻止因碰撞而引起的液滴聚并；当乳化剂分子带有
电荷时，使液滴表面带电形成双电层，减少液滴接近和碰撞而聚并的几率。这些主要是从界
面层的几何及物理性质考虑乳液的稳定性，并不能从油滴间的相互作用力揭示O/W乳液稳
定性的本质，同时，筛选时由于待筛选试剂性质不同，实验时间也不同，有时甚至长达24小
时，此外，实验过程中油样和药剂消耗多。

发明内容

[0003] 本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种破乳剂的初筛方法，本方法结合两个乳滴之间的相互作用力、由空位力引起的吸引力来筛选破乳剂，其中相互作用力采
用光镊技术测定、由空位力引起的吸引力采用光镊技术结合相关公式计算得出，与目前通
用的优选破乳剂的方法相比具有油样、药剂消耗少，初筛快的优点。

[0004] 本发明的具体方案如下：

[0005] 一种破乳剂的初筛方法，包括如下步骤：

[0006] A1、将含有试剂和水包油乳液的溶液注入样品池中，将样品池放置在样品池卡槽中；

[0007] A2、用双光阱捕获样品池中两个乳滴并调整其距离使其逐渐靠近，测得两个乳滴在该试剂溶液中、不同距离条件下的相互作用力；

[0008] 所述两个乳滴尺寸的差距不大于0.02微米，所述双光阱分别为点光阱和线光阱；

[0009] A3、如果步骤A2中测得的相互作用力均为排斥力，则该试剂不能作为破乳剂，否则，将两个光阱撤掉观察两个乳滴是否聚合。如果两个乳滴可以独立的稳定存在，则该试剂
不能作为破乳剂，否则，求两个乳滴之间除范德华力以外由空位力引起的吸引力，若该吸引
力的最大值超过限制值则该试剂作为可选乳化剂,否则不能作为破乳剂；

[0010] 求两个乳滴之间由空位力引起的吸引力的步骤如下：

[0011] B1、用双光阱固定步骤A2中的两个乳滴，用水替换样品池中除被固定的两个乳滴之外的物质，然后重复步骤A2，测得两个乳滴位于水中、不同距离条件下的相互作用力；

[0012] B2、计算两个乳滴位于试剂溶液、水中的相互作用力之差，得到两个乳滴之间未吸附化学物质诱导的相互作用力；；

[0013] B3、通过两个乳滴之间未吸附化学物质诱导的相互作用力计算两个乳滴之间由空位力引起的吸引力。

[0014] 优选的，所述步骤B3中两个乳滴之间由空位力引起的吸引力的计算步骤如下：

[0015] C1、对光阱进行校正之后得到光阱刚度k，通过光阱技术测量两个乳滴之间的表面距离和两个乳滴的半径；通过Zeta电位仪测Zeta电势；

[0016] C2、计算出两个乳滴之间由空位力引起的吸引力：两个乳滴之间未吸附化学物质诱导的相互作用力为双电层排斥力、范德华吸引力和由空位力引起的吸引力的合力，其中
两个乳滴之间的双电层排斥力、范德华吸引力通过已知变量及公式计算得到，由空位力引
起的吸引力的计算公式如下：

[0017] Fdep＝Ftol‑Fel‑FVDW

[0018] 其中，Fdep为两个乳滴之间由空位力引起的吸引力，Ftol为两个乳滴之间未吸附化学物质诱导的相互作用力，Fel为两个乳滴之间的双电层排斥力，FVDW为两个乳滴之间的范德
华吸引力；

[0019] 两个乳滴之间双电层排斥力的计算公式如下：

[0020]

[0021] Z＝(eξ/kBT)(R/λb)(1+κR)

[0022] λb＝e2/4πε0εrkBT

[0023] 其中，ξ为Zeta电势，e为元电荷，ε0为真空介电常数，εr为溶液的相对介电常数，R为乳滴的半径，κ为德拜长度的倒数，x为两个乳滴间的的表面距离；kB为玻尔兹曼常数，T为温
度；

[0024] 两个乳滴之间范德华吸引力的计算公式如下：

[0025]

[0026] 其中，A为哈马克常数；

[0027] C3、通过光阱技术控制两个乳滴不断靠近，重复步骤C1～C2，计算两个乳滴在不同距离下由空位力引起的吸引力；

[0028] 或

[0029] 重复步骤C1～C2，计算两个乳滴在两个及其以上不同距离条件下由空位力引起的吸引力，并将其代入由空位力引起的吸引力的拟合计算公式拟合得溶液中胶束间的渗透压
和由空位力引起的吸引力作用范围，从而通过由空位力引起的吸引力的拟合计算公式计算
不同距离条件下的由空位力引起的吸引力，所述由空位力引起的吸引力的拟合计算公式如
下：

[0030]

[0031] 其中Π为溶液中胶束间的渗透压，2Δ是由空位力引起的吸引力的作用范围。

[0032] 优选的，所述步骤A3中的限制值为1pN。

[0033] 优选的，所述样品池的体积为200～600微升；所述双光阱的激光强度为0.15W；所述两个乳滴的尺寸为3.4～3.8微米；所述两个乳滴的球心距离初始值设置为6.5～7.2微
米。

[0034] 本方案中光镊技术测量两个乳滴间相互作用力的测量方法为已知技术，具体为通过线光阱控制一个乳滴以一定速度向点光阱控制的乳滴靠近，光镊软件将根据乳滴中心偏
离光阱的位置和光阱刚度得到两个乳滴间的相互作用力；同时，综合考虑该速度过快会导
致液体流动引起扰动影响实验结果、速度过慢会延长实验时间，我们将该速度确定为40nm/
s的速度，此速度下既能避免液体流动而引起的扰动。

[0035] 同时本发明对常规光镊技术中的样品池进行了改造，便于置换样品池中的介质，样品池为两通定量品池，包括用胶水固定的上层载玻片、下层盖玻片和中间层，中间层为周
侧面对应设置有两个通透孔的环形橡胶垫。

[0036] 有益效果：本发明提供了一种通过乳滴之间相互作用力来优选破乳剂和乳化剂的方法，此方法中采用光镊技术测量相互作用力，采用光镊技术结合相关公式计算得出由空
位力引起的吸引力，样品池体积小，需要的油样(乳滴)耗量低，药剂(待选容积)耗量低，初
筛快且筛选时间不受待筛选试剂的性质影响。

附图说明

[0037] 图1为两个乳滴分别位于5.0cmc SDBS、水中的相互作用力；

[0038] 图2为两个乳滴位于5.0cmc SDBS中的纯的由空位力引起的吸引力；

[0039] 图3为两个乳滴分别位于10.0cmc SDBS、水中的相互作用力；

[0040] 图4为两个乳滴位于10.0cmc SDBS中的纯的由空位力引起的吸引力；

[0041] 图5为两个乳滴分别位于5.0cmc CTAB、水中的相互作用力；

[0042] 图6为两个乳滴位于5.0cmc CTAB中的纯的由空位力引起的吸引力；

[0043] 图7为两个乳滴分别位于10.0cmc CTAB、水中的相互作用力；

[0044] 图8为两个乳滴位于10.0cmc CTAB中的纯的由空位力引起的吸引力；

[0045] 图9为两个乳滴分别位于5.0cmc OP‑10、水中的相互作用力；

[0046] 其中，图2、4、6、8中图例fit代表拟合后曲线。

具体实施方式

[0047] 下面将结合实例对本发明的具体实施方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0048] 下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

[0049] 下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

[0050] 下述实施例1～6中水包油乳液的是通过将油(甲苯)、水按质量比5:95放入高速剪切机中以14000r/min乳化5min制得。

[0051] 待选溶剂为不同的表面活性剂，其临界胶束浓度(cmc)如下：

[0052] SDBS，2.9×10‑3M；

[0053] CTAB，9.2×10‑4M；

[0054] OP‑10，2.1×10‑4M。

[0055] 实施例1

[0056] 1、将600微升含有5.0cmc SDBS水包油乳液注入到定量样品池中，放置在Nikon显微镜样品池卡槽中。

[0057] 2、应用双光阱(一个为点光阱，一个为线光阱，激光强度为0.15W)分别捕获水包油乳液中一对直径为3.40μm的乳滴，对相机和光阱进行校正，然后将两个光阱设置为6.90μm，
并调整其距离使其逐渐靠近(线光阱控制捕获的乳滴以一定的速度(40nm/s)逐渐靠近点光
阱控制的乳滴)，测量两个乳滴在不同表面距离下的相互作用力。

[0058] 3、用双光阱对上述两个乳滴进行固定，用微量注射部分向定量样品池注入4mL水将含有5.0cmc SDBS的水溶液替换掉，然后再对两个乳滴间不同距离下的相互作用力进行
测量。

[0059] 4、实验结果：两个乳滴位于溶剂、水中的相互作用力如图1所示，在5.0cmc SDBS溶剂中两个乳滴间既有排斥力又有吸引力；继续拟合得到其纯的由空位力引起的吸引力如图
2所示，从图中可以得出最大由空位力引起的吸引力为6.5pN，且实验得到两个乳滴在去掉
光阱后聚并。这说明此时的水包油乳液由于吸引作用而不稳定，因此，此浓度的该试剂可以
作为破乳剂。

[0060] 实施例2

[0061] 1、将600微升含有10.0cmc SDBS水包油乳液注入到定量样品池中，放置在Nikon显微镜样品池卡槽中；

[0062] 2、应用双光阱(一个为点光阱，一个为线光阱，激光强度为0.15W)分别捕获水包油乳液中一对直径为3.40μm的乳滴，对相机和光阱进行校正，然后将两个光阱设置为6.90μm
并调整其距离使其逐渐靠近(线光阱控制捕获的乳滴以一定的速度(40nm/s)逐渐靠近点光
阱控制的乳滴)，测量两个乳滴间不同距离下的相互作用力。

[0063] 3、用双光阱对上述两个乳滴进行固定，用微量注射部分向定量样品池注入4mL水将含有10.0cmc SDBS的水溶液替换掉，然后再对两个乳滴间的相互作用力进行测量。

[0064] 4、实验结果：两个乳滴位于溶剂、水中的相互作用力如图3所示，在10.0cmc SDBS溶剂中两个乳滴间既有排斥力又有吸引力；继续拟合得到其纯的由空位力引起的吸引力如
图4所示，从图中可以得出最大由空位力引起的吸引力为38.6pN，且实验得到两个乳滴在去
掉光阱后聚并。这说明此时的水包油乳液由于吸引作用而不稳定，因此，此浓度的该试剂可
以作为破乳剂。

[0065] 实施例3

[0066] 1、将600微升含有5.0cmc CTAB水包油乳液注入到定量样品池中，放置在Nikon显微镜样品池卡槽中；

[0067] 2、应用双光阱(一个为点光阱，一个为线光阱，激光强度为0.15W)分别捕获水包油乳液中一对直径为3.45μm的乳滴，对相机和光阱进行校正，然后将两个光阱设置为7.1μm并
调整其距离使其逐渐靠近(线光阱控制捕获的乳滴以一定的速度(40nm/s)逐渐靠近点光阱
控制的乳滴)，测量两个乳滴间不同距离下的相互作用力。

[0068] 3、用双光阱对上述两个乳滴进行固定，用微量注射部分向定量样品池注入4mL水将含有5.0cmc CTAB的水溶液替换掉，然后再对两个乳滴间的相互作用力进行测量。

[0069] 4、实验结果：两个乳滴位于溶剂、水中的相互作用力如图5所示，在5.0cmc CTAB溶剂中两个乳滴间既有排斥力又有吸引力；继续拟合得到其纯的由空位力引起的吸引力如图
6所示，从图中可以得出最大由空位力引起的吸引力为11.4pN，且实验得到两个乳滴在去掉
光阱后聚并。这说明此时的水包油乳液由于吸引作用而不稳定，因此，此浓度的该试剂可以
作为破乳剂。

[0070] 实施例4

[0071] 1、将600微升含有10.0cmc CTAB水包油乳液注入到定量样品池中，放置在Nikon显微镜样品池卡槽中；

[0072] 2、应用双光阱(一个为点光阱，一个为线光阱，激光强度为0.15W)分别捕获水包油乳液中一对直径为3.45μm的乳滴，对相机和光阱进行校正，然后将两个光阱设置为7.1μm并
调整其距离使其逐渐靠近(线光阱控制捕获的乳滴以一定的速度(40nm/s)逐渐靠近点光阱
控制的乳滴)，测量两个乳滴间不同距离下的相互作用力。

[0073] 3、用双光阱对上述两个乳滴进行固定，用微量注射部分向定量样品池注入4mL水将含有10.0cmc CTAB的水溶液替换掉，然后再对两个乳滴间的相互作用力进行测量。

[0074] 4、实验结果：两个乳滴位于溶剂、水中的相互作用力如图7所示，在10.0cmc CTAB溶剂中两个乳滴间既有排斥力又有吸引力；继续拟合得到其纯的由空位力引起的吸引力如
图8所示，从图中可以得出最大由空位力引起的吸引力为22.1pN，且实验得到两个乳滴在去
掉光阱后聚并。这说明此时的水包油乳液由于吸引作用而不稳定，因此，此浓度的该试剂可
以作为破乳剂。

[0075] 实施例5

[0076] 1、将600微升含有5.0cmc OP‑10水包油乳液注入到定量样品池中，放置在Nikon显微镜样品池卡槽中；

[0077] 2、应用双光阱(一个为点光阱，一个为线光阱，激光强度为0.15W)分别捕获水包油乳液中一对直径为3.40μm的乳滴，对相机和光阱进行校正，然后将两个光阱设置为6.90μm
并调整其距离使其逐渐靠近(线光阱控制捕获的乳滴以一定的速度(40nm/s)逐渐靠近点光
阱控制的乳滴)，测量两个乳滴间不同距离下的相互作用力。

[0078] 3、用双光阱对上述两个乳滴进行固定，用微量注射部分向定量样品池注入4mL水将含有5.0cmc OP‑10的水溶液替换掉，然后再对两个乳滴间的相互作用力进行测量。

[0079] 4、实验结果：两个乳滴位于溶剂、水中的相互作用力如图9所示，在5.0cmc OP‑10中，两个乳滴间只有排斥力，且两个乳滴在去掉光阱后分离开。这说明此时的水包油乳液由
于排斥作用而稳定，此浓度的试剂不能作为破乳剂。

[0080] 本发明在上文已优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描述本发明，而不应理解为限制本发明的范围。在不脱离本发明原理的前提下，还
能进一步改进，这些改进也应视为本发明的保护。