摘要:为了探讨油包水(W/O)型乳状液的微观特性及其对稳定性及积液形成规律的影响,采用搅拌乳化实验和显微观察实验，系统研究了含水率、剪切速率及CO2过饱和处理等因素对乳状液粒径分布和稳定性的影响，并基于实验数据建立了符合MH油样的积液形成速率模型。结果表明，剪切速率显著影响乳状液的粒径分布及稳定性:中等剪切速率(6000~9600s-1)可有效增强乳状液的稳定性,并实现液滴的均匀分布;当含水率低于30%时，随着含水率的增加，液滴粒径减小，但过高的含水率可能导致分层速率下降;经CO2饱和处理后，油水界面张力降低,乳状液的稳定性增强,但过量CO2溢散会破坏油水界面平衡,加剧液滴聚并;合理控制剪切速率、含水率及CO2浓度,可有效提高管道输送性能,减少底部积液,提升油田集输系统的运行稳定性。该研究成果为含CO2驱替工艺下的集输管道积液控制提供了理论依据，对油田生产管理具有重要的工程应用价值。

乳状液作为油田开发和集输过程中普遍存在的复杂分散体系，其稳定性直接影响原油的黏度特征、管道输送效率以及系统安全性。按照分散相和连续相的差异，乳状液可划分为油包水(W/O)、水包油(O/W)及多重乳状液(W/O/W、O/W/O等)等多种类型。在这些乳状液类型中，W/O型乳状液最为常见，而该类乳状液的稳定性主要受液滴粒径分布、界面活性物质种类以及外部流场条件的影响。稳定的乳状液不仅会使原油黏度增大、分离难度提升，还可能造成集输管道积液积聚和流动受阻，对油田的生产安全构成威胁。因此，系统研究乳状液的稳定性及其影响因素具有重要意义。

液滴粒径是影响乳状液稳定性的关键因素之一。粒径较小而均一的液滴通常具有较高的稳定性，而粒径较大的液滴则较易发生聚并和沉降。液滴粒径的形成受界面活性剂吸附、油相黏度及搅拌条件的影响。近年来，光学显微镜与图像处理技术被广泛应用于乳状液粒径的测量，有效克服了传统方法存在主观性强和精度不足的问题。A.J.KARABELAS通过高速摄影结合液滴捕集方法发现，对数正态分布模型可较好地描述液滴粒径的分布特征，为乳状液稳定性分析提供有力的数学工具。

含水率是影响乳状液结构形态和分层速率的重要因素。在低含水率下，由于液滴碰撞频率较低，乳状液表现出高稳定性;随着含水率的增加，油水界面接触面积增大，液滴更易发生碰撞并破碎，从而使粒径减小。然而，当含水率进一步增加(通常超过40%~50%)时，水相开始逐渐形成连续相，此时液滴的沉降受到限制，分层速率下降。这一现象表明，含水率与乳状液稳定性的关系具有非线性特征。

外部剪切作用直接影响液滴的破碎和聚并行为。在低剪切速率下，液滴破碎受限，粒径较大，稳定性较差;当施加中等剪切速率时，可有效促进液滴细化并提高其均一性，进而增强稳定性。但是，过高的剪切速率会破坏界面膜结构，导致液滴聚并。此外，管道内的流动条件(如湍流与温度波动)也会显著影响乳状液的流变行为和分层速率。由此可见，实验室静态实验条件与实际工况存在明显差异。

在“双碳”目标背景下,CO2驱油与CO2利用成为油气领域的重要方向。CO2对乳状液稳定性的影响受到学者的广泛关注。适量溶解的CO2可降低油水界面张力，促使液滴细化与形态均一化，从而提高乳状液的稳定性。但是，在高含水率或高CO2分压条件下，过量溢散的CO2可能引起界面失稳,加剧液滴的聚并和分层,表现出CO2对乳状液作用的“双重性”。如何准确表征该双重作用仍是当前实验设计与模型构建领域亟待解决的问题。近年来，相关研究取得重要进展。G.Y.SUN等研究结果表明，超临界CO2处理能够显著提高乳状液的储能模量、屈服应力和黏度，同时减小液滴粒径,增强其稳定性;J.Z.JIANG等构建的CO2/N2响应型可切换乳状液体系实现了液滴粒径与黏度的双向调节;T.LU等通过实验测试与分子模拟相结合的方法，证实了二十二烷基三甲基溴化铵(AOT)稳定的水包CO2(CO2-in-water)型乳状液在提高原油采收率方面的显著优势;同时，SPE(Society of Petroleum Engineers)会议报告也指出，在页岩油藏条件下，超临界CO2(scCO2)与微乳复合体系可产生协同增效作用，提升渗透油层的动用效率。上述研究成果为深入理解CO2环境下乳状液的多因素耦合作用提供了新的实验依据与理论支撑。

乳状液积液的形成机理复杂，传统Stokes定律主要适用于低含水率的情况，在高含水率中其适用性较差。近年来，研究者通过引入修正系数和建立经验模型等方式，将液滴聚并、界面不稳定性和黏度变化等因素纳入考虑范围。例如，温江波等提出的修正模型可在高含水率条件下较为准确地预测分层速率，但其适用范围仍局限于特定的工况条件。总体而言，现有模型尚难以实现对剪切速率、含水率和CO2作用的全面耦合。

综上所述，现有研究虽已揭示了含水率与剪切速率对乳状液稳定性的影响规律，但在CO2作用下的多因素耦合效应仍缺乏系统研究。同时，现有模型在高含水率及复杂工况下的适用性有限。因此，本文通过实验系统研究了含水率、剪切速率及CO2过饱和处理等因素对W/O型乳状液稳定性的影响，并构建了修正后的积液形成速率模型，以期为CO2驱油工艺中集输管道的积液预测与控制提供理论支持。

1实验部分

1.1实验材料

实验所用原油样品均取自新疆地区,标记为MH。MH的物理性质及化学组分如表1所示,MH的黏温关系曲线如图1所示。MH的组分测定依据SY/T7549-2000进行。实验前，为消除剪切及热历史的影响，首先将油样置于80℃的水浴中预热2h,随后在室温条件下自然冷却48h,以确保样品均匀稳定，满足后续分析测试的要求。

1.2乳状液的制备及其测试方法

1.2.1乳状液的制备

乳状液的制备采用RW20型数字搅拌器(德国艾卡集团),该设备配备直径为30mm、倾角为45°的四叶螺旋桨，转速为0~2000r/min。乳化操作在250mL玻璃烧杯中进行，每次实验油水混合乳状液的总体积恒定为200mL;将全部水相一次性加入油相中搅拌10min;设定搅拌转速分别为400、500、600、700、800r/min，同时控制乳状液含水率分别为10%、20%、30%、40%、50%;搅拌结束后，将所得乳状液样品转移至XP-62型显微镜(上海蒲柘光电仪器有限公司)载物台上，用于后续微观形貌的观察与分析。

1.2.2 CO2过饱和处理

实验所用CO2为克拉玛依石化公司生产的高压气瓶装气体，气瓶容积为10L,CO2气体纯度为99.999%。通过橡胶软管,将高压气瓶中的CO2气体引人乳状液中,使CO2在液体中缓慢溶解,直至达到过饱和状态。实验过程中,使用流量计和压力表精确控制CO2的流量,以调节乳状液的界面张力和液滴稳定性。

1.2.3粒径观测

将样品在设定温度下保持2~3 min,同时调整显微镜的目镜、孔径和亮度,直至水滴颗粒清晰可见,以便获取其微观形貌信息。通过显微观察,分析水滴聚集体的分布及其粒径特征。实验装置的核心部件为显微镜,在其左右两侧分别独立放置武汉重光科技有限公司生产的冷热台和计算机(见图2)。实验温度设定为50℃,利用冷热台实现精确控制。采用ImageJ软件对水滴的微观形貌及分布进行分析，并进一步计算得到粒径分布的数据。

1.2.4流变测试

W/O型乳状液的凝点实验依据SY/T0541-2009进行,实验仪器选用大连大唐科学仪器有限公司生产的DT-4003C型凝点测定仪。乳状液黏温关系测试依据SY/T0520-2008进行，实验仪器选用赛默飞公司生产的VTIQ系列流变仪。

1.2.5稳定性分析

在研究乳状液的稳定性时，主要考察其在静态条件下的稳定性。将在不同含水率、搅拌转速下制备(经CO2处理前后)的乳状液置于250mL具塞量筒中，并放入50℃的恒温水浴中静置并开始计时，连续观测3h;记录不同时间点的析出水体积,计算乳状液的析水速率;在各时间点从具塞量筒底部蘸取乳状液液滴，在显微镜下观测其粒径分布。