油田原油脫水技術(shù)探索

郭崇華

（中石油遼河油田分公司金馬油田開(kāi)發(fā)公司熱注作業(yè)區(qū)，遼寧 盤(pán)錦 124010）

乳化液是兩種(或兩種以上)不相溶液體的混合物，其中一種液體以極小的液滴形式分散在另一種液體中。乳化液都有一定的穩(wěn)定性。原油和水構(gòu)成的乳化液主要有兩種類型:一種是水以極微小的顆粒分散于原油中，稱為“油包水”型乳化液，用符號(hào)W/0表示?！坝桶毙腿榛褐?，水是內(nèi)相或稱分散相，油是外相或稱連續(xù)相。另一種是油以極微小顆粒分散于水中，稱為“水包油”型乳化液，用符號(hào)O/W表示?！八汀毙腿榛褐校褪莾?nèi)相，水是外相。

1 穩(wěn)定乳化液的條件

1.1 形成穩(wěn)定乳化液必須同時(shí)具備三個(gè)條件:

1.1.1 系統(tǒng)中必須存在兩種以上互不相溶的液體。

1.1.2 要有一定量的乳化劑存在。

1.1.3 要有強(qiáng)烈的攪拌，使其中一相以微小的液滴分散到另一相中。

1.2 在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中具備形成乳化液的二要素是:

1.2.1 油田采出物是油和水，二者互不相溶。

1.2.2 原油中有足夠的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、石蠟等，它們都是天然的高性能的乳化劑。

1.2.3 在油田開(kāi)發(fā)和油氣輸送過(guò)程中，油、水、乳化劑三者共聚一體，在筒、油嘴、管道、閥件、機(jī)泵中充分接觸混合，使油水乳化液的乳化程度逐漸加深。

2 原油脫水的傳統(tǒng)方法

原油脫水方法有重力沉降脫水、熱化學(xué)脫水和電脫水。為了提高脫水效果，在油田經(jīng)常聯(lián)合使用這些脫水方法。

2.1 重力沉降脫水

含水原油經(jīng)破乳后，需要把原油同游離水、雜質(zhì)等分開(kāi)。在沉降罐中主要依靠油水密度差產(chǎn)生的下部水層的水洗作用和上部原油中水滴的沉降作用使油水分離，此過(guò)程在油田常被稱做一段脫水。

2.2 熱化學(xué)脫水

原油熱化學(xué)脫水是將含水原油加熱到一定的溫度，并在原油乳化液中加入少量的表面活性劑(稱破乳劑)，破壞其乳化狀態(tài)，使油水分離。熱化學(xué)脫水工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、效果顯著，近幾十年來(lái)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。但單純用熱化學(xué)脫水方法使原油含水達(dá)到合格，多數(shù)情況下是不經(jīng)濟(jì)的。

2.3 電脫水

電脫水是對(duì)低含水原油徹底脫水的最好方法。在油田，電脫水常作為原油脫水工藝的最后環(huán)節(jié)。將原油乳化液置于高壓直流或交流電場(chǎng)中，由于電場(chǎng)對(duì)水滴的作用，削弱了水滴界面膜的強(qiáng)度，促進(jìn)水滴的碰撞，使水滴聚結(jié)成粒徑較大的水滴，在原油中沉降分離出來(lái)。水滴在電場(chǎng)中聚結(jié)的方式主要有三種。

2.3.1 電泳聚結(jié)

把原油乳化液置于通電的兩個(gè)平行電極中，水滴將向同自身所帶電荷電性相反的電極運(yùn)動(dòng)，即帶正電荷的水滴向負(fù)電極運(yùn)動(dòng)，帶負(fù)電荷的水滴向下電極運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電泳。由原油乳化液的性質(zhì)可知，原油中各種粒徑水滴的界面上都帶有同性電荷，故在迥直流電的平行電極中乳化液的全部水滴將以相同的方向運(yùn)動(dòng)。在電泳過(guò)程中，水滴受周圍原油的阻力產(chǎn)生拉長(zhǎng)變形，并使界面膜機(jī)械強(qiáng)度削弱。同時(shí)，因水滴大小不等、所帶電量不同、運(yùn)動(dòng)時(shí)所受阻力各異、各水滴在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)速度不向，導(dǎo)致水滴發(fā)生碰撞，使削弱的界面膜破裂，水滴合并、增大，從原油中沉降分出。發(fā)生碰撞合并或碰撞合并后還不足以沉降的水滴將運(yùn)動(dòng)至與水滴極性相反的電極區(qū)附近。由于水滴在電極區(qū)附近密集，增加了水滴碰撞合并的機(jī)率，使原油中大量小水滴主要在電極區(qū)附近沉降分離c電泳過(guò)程中水滴的碰撞、合并稱為電泳聚結(jié)。

2.3.2 偶極聚結(jié)

在高壓直流或交流電場(chǎng)原油乳化液中的水滴受電場(chǎng)的極化和靜電感應(yīng)，使水滴兩端帶上不同極性的電荷，即形成誘導(dǎo)偶極。因?yàn)樗蝺啥送瑫r(shí)受正負(fù)電極的吸引，在水滴上作用的合力為零。水消除產(chǎn)生拉長(zhǎng)變形外，在電場(chǎng)中不產(chǎn)生像電泳那樣的運(yùn)動(dòng)，但水滴的變形削弱了界面膜的機(jī)械強(qiáng)度。特別是在水滴兩端界面膜的強(qiáng)度最弱。原油乳化液中許多兩端帶電的水滴像電偶極子一樣，在外加電場(chǎng)中以電力線方向呈直線排列形成“水鏈”，相鄰水滴的正負(fù)偶極相互吸引。屯的吸引力使水滴相互碰撞，合并成大水滴，從原油中沉降分離出來(lái)。這種聚結(jié)方式稱為偶極聚結(jié)。顯然，偶極聚結(jié)是在整個(gè)電場(chǎng)中進(jìn)行的。

2.3.3 振蕩聚結(jié)

水滴中常帶有酸、堿、鹽的各種離子。在工頻交流電場(chǎng)中，電場(chǎng)方向每秒改變50次，水滴內(nèi)各種正負(fù)離子不斷地做周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使水滴兩端的電荷極性發(fā)生相應(yīng)的變化。離子的往復(fù)運(yùn)動(dòng)使水滴界面膜不斷地受到?jīng)_擊，使其機(jī)械強(qiáng)度降低、甚至破裂，水滴聚結(jié)沉降。這一過(guò)程稱為振蕩聚結(jié)。顯然，水滴越大，離子對(duì)界面膜的沖擊作用越大，振蕩聚結(jié)的效果越好。

對(duì)原油乳化液在電場(chǎng)中破乳過(guò)程的觀察表明，在交流電場(chǎng)中破乳作用是在整個(gè)電場(chǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行的，這說(shuō)明在交流電場(chǎng)內(nèi)水滴以偶極聚結(jié)和振蕩聚結(jié)為主。直流電場(chǎng)的破乳聚結(jié)，主要在電極附近的有限區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，故直流電場(chǎng)以電泳聚結(jié)為主，偶極聚結(jié)為輔。

3 新興的破乳方法

3.1 超聲波法

超聲波是一種在媒質(zhì)中傳播的彈性機(jī)械波，具有機(jī)械振動(dòng)、空化及熱作用。超聲波破乳主要依靠超聲波的機(jī)械振動(dòng)和熱作用。機(jī)械振動(dòng)可以促使水“粒子”凝聚。首先，當(dāng)超聲波通過(guò)有懸浮水“粒子”的原油介質(zhì)時(shí)，造成懸浮水“粒子”與原油介質(zhì)一起振動(dòng)。由于大小不同的水“粒子”具有不同的相對(duì)振動(dòng)速度，水“粒子”將相互碰撞、勃合，使粒子的體積和質(zhì)量增大，最后沉降分離。其次，機(jī)械振動(dòng)可使原油中的石蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等天然乳化劑分散均勻，增加其溶解度，降低油水界面膜的機(jī)械強(qiáng)度，有利于破乳。熱作用可以降低原油R度和油一水界面膜強(qiáng)度。一方面原油吸收部分聲能轉(zhuǎn)化成的熱能，可降低原油的黏度，有利于水“粒子”的沉降分離;另一方面，邊界摩擦使油一水分界處溫度升高，有利于界面膜的破裂。

3.2 微波輻射法

微波輻射實(shí)質(zhì)上是一種電磁場(chǎng)能量在傳播中的損耗過(guò)程，不同物質(zhì)在微波電磁場(chǎng)作用下的熱效應(yīng)不同，具有選擇性加熱的特點(diǎn)。由于水分子的介電常數(shù)明顯高于界面膜的油分子，則內(nèi)相水滴吸收更多的微波能量后膨脹，使界面膜受內(nèi)壓作用而變薄。同時(shí)，水分子和界面膜上吸附的極性分子在微波場(chǎng)作用下，高速旋轉(zhuǎn)或產(chǎn)生電荷位移，擾亂了液一液界面電荷的有序排列，從而導(dǎo)致雙電層結(jié)構(gòu)破壞，Ze to電位急劇減小，實(shí)現(xiàn)破乳。

3.3 生物法

生物法原油脫鹽脫水是利用微生物對(duì)原油乳狀液進(jìn)行破乳，進(jìn)而達(dá)到脫鹽脫水的目的。其原理是:某些微生物通過(guò)消耗表面活性劑得以生長(zhǎng)，并對(duì)乳化劑起生物變構(gòu)作用，破壞乳狀液;另外，有些微生物在代謝過(guò)程中分泌出一些具有表面活性的代謝產(chǎn)物，這類天然的表面活性劑是原油乳狀液的良好破乳劑。

結(jié)語(yǔ)

原油含水，不但直接影響原油的質(zhì)量，而且增加了后續(xù)處理工藝和輸送過(guò)程中的動(dòng)力、熱力消耗，引起金屬管路和設(shè)備的腐蝕。水中攜帶泥砂、碳酸鹽等，還會(huì)對(duì)輸送管道和設(shè)備造成磨損，形成結(jié)垢等。另外，原油含水，還會(huì)影響煉制加工過(guò)程的正常進(jìn)行。因此，含水量是出礦原油的重要技術(shù)指標(biāo)。經(jīng)過(guò)氣液分離得到的油水混合物，在進(jìn)入下一級(jí)處理工藝和外輸之前，必須進(jìn)行脫水的凈化處理。

[1]王光然.油氣集輸[M].石油工業(yè)出版社，2006.

[2]孫慶和.大慶頭臺(tái)油田開(kāi)發(fā)與建設(shè)文集[M].石油工業(yè)出版社，2008.

[3]《石油地面工程設(shè)計(jì)論文集》編委會(huì)編.《石油地面工程設(shè)計(jì)論文集》.石油工業(yè)出版社，2008.