LF7-2海上平臺電脫水器評價與研究

辛顯康 施振東 田勝春(中海油深圳分公司LF7-2油田 深圳 518067)

LF7-2海上平臺選擇電脫水器作為原油處理工藝的最后環(huán)節(jié)，其性能不僅關(guān)系到原油處理的質(zhì)量以及海上平臺的節(jié)能降耗，而且決定了生產(chǎn)流程的安全平穩(wěn)以及平臺原油生產(chǎn)的經(jīng)濟效益[1]，因此有必要對LF7-2海上平臺電脫水器進行評價與研究，為LF7-2油田的順利投產(chǎn)提供一定的理論參考以及技術(shù)支持。

一、電脫水器原理

原油電脫水器的工作原理為：油水乳狀液在高壓直流或交流電場中，由于電場對含水液滴的作用，使油包水的液滴外相界面變薄，削弱外相膜的強度，同時促進水滴碰撞，經(jīng)過破乳、聚結(jié)、沉降達到油水分離效果[2]。據(jù)此電脫水器脫水過程可分為三個步驟：先是水滴的聚結(jié)，然后是水滴的沉降，最后是水滴在油水界面并入水相。其中聚結(jié)是電脫水過程中最重要的，水滴在電場中的聚結(jié)主要有電泳聚結(jié)、偶極聚結(jié)及振蕩聚結(jié)3種方式[3-4]。

二、電脫水器類型以及優(yōu)缺點

按照電場方式的不同，可將電脫水器大致分為4類[5]。

1.交流電脫水器

常規(guī)交流電脫水器如圖1所示，內(nèi)部水平布置二層電極板，上層接地，下層電極板外接電源，水層位于容器底部并與地相連，因此下層電極板與水層、上下層電極板之間便形成了交流電場，乳化原油從電脫分離器底部進入電場進行脫水[6-7]。

交流電脫水器具有電路簡單、無需整流設(shè)備的優(yōu)點，電流頻繁變換，帶電顆粒移動受抑制，使得電解反應可逆，不會對設(shè)備造成嚴重腐蝕，因此適合處理含水率較高的原油。但由于交流電場的電壓隨時間以正弦規(guī)律變化，因此只有部分時間內(nèi)的電壓對脫水有利，處理量及效率均較低。水滴在交流電脫水器中主要的聚結(jié)方式為偶極聚結(jié)及振蕩聚結(jié)，水滴沿著電場方向容易形成水鏈，造成電場短路，導致操作不穩(wěn)定。

2.直流電脫水器

相對于其他類型的電脫水器，直流電脫水器的應用并不十分廣泛，它主要利用高壓直流電場，使乳化油中的水滴發(fā)生電泳聚結(jié)及偶極聚結(jié)，從而實現(xiàn)脫水的目的。直流電脫水器效果較好，處理后的原油含水率低。但設(shè)備與帶電流體間形成的回路會對設(shè)備造成電化學腐蝕，因此只能用于處理含水率較低的原油。

3.交直流電脫水器

常規(guī)交直流電脫水器及電場示意圖分別見圖2、圖3，工作原理為乳化油由電脫水器底部進入，先通過交流電場，利用振蕩聚結(jié)和偶極聚結(jié)脫去大部分水，然后再進入直流電場進行脫水。

交直流電脫水器中2種電場同時存在，發(fā)揮各自的脫水優(yōu)勢，大大提高了脫水質(zhì)量，不僅擴大了乳化液中含水量的可處理范圍，而且交流電場的存在，也大大降低了對罐體的電化學腐蝕。但是當工藝流程不穩(wěn)定時，直流電場便會失去作用，成為了它的不足之處。

圖2 常規(guī)交直流電脫水器[6]

圖3 交直流電場示意圖[7]

4.高頻脈沖電脫水器

高頻脈沖電脫水器是在常規(guī)電脫水器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，區(qū)別就在于高頻脈沖電脫水器的電壓較常規(guī)電脫水在輸出波形上疊加了一個高頻脈沖信號，設(shè)計出了一種新的電場形式——高頻脈沖電場（見圖4）[4]。

高頻脈沖電脫水器通過改變電場脈沖幅度、寬度及頻率，可有效提高脫水效率，降低電能消耗，避免電擊穿現(xiàn)象的發(fā)生，相對于其它形式的電場，具有明顯的優(yōu)勢。另外，針對不同類型的乳化液可調(diào)節(jié)電場的參數(shù)，使其達到最佳脫水效果。

圖4 脈沖電源脫水波形與傳統(tǒng)電源脫水波形對比圖

三、LF7-2海上平臺電脫水器評價

根據(jù)LF7-2油田ODP（Overall Development Plan）報告，LF7-2油田地面原油密度0.829～0.850g/cm3，地面原油粘度0.747～0.774m Pa.s，原油性質(zhì)好，具有輕質(zhì)、低粘度、流動性好等特點，再考慮到平臺空間限制、開始投產(chǎn)時鉆完井液影響、工藝流程不穩(wěn)定等情況，LF7-2海上平臺選擇了適應能力以及處理效率均較好的脈沖高速電脫水器，其具體設(shè)備參數(shù)見表1。脈沖高速電脫水器采用脈沖電源并配合雙電場電脫水技術(shù)，可以達到較好的脫水效果，處理更加難以加工的原油。其脈沖電源波形圖如圖5所示，雙電場技術(shù)實現(xiàn)是在電脫水器內(nèi)布置三層電極，中間一層接高壓，另外兩層接地，形成雙電場。

從整個原油處理工藝（見圖6）來看，原油經(jīng)過生產(chǎn)分離器油水分離后，原油中含水會降到一個比較低的水平，然后進入脫氣罐進行脫氣后再進入脈沖高速電脫水器進行最后的脫水處理，脈沖高速電脫水器在脫水方面的優(yōu)勢，能夠保證其滿足LF7-2海上平臺原油處理的要求。

表1 LF7-2海上平臺電脫水器設(shè)備參數(shù)

圖5 LF7-2脈沖高速電脫水器電源波形圖

圖6 LF7-2原油處理工藝流程

四、影響電脫水器性能的因素以及解決方法[8-10]

1.溫度。原油乳狀液粘度隨溫度升高而下降，其穩(wěn)定性也隨之降低，有利于脫水，因此對于LF7-2海上平臺而言，在電脫水器使用過程中，可利用電加熱器適當提高電脫水器來液溫度，以達到較好的脫水效果。

2.壓力。壓力過低，原油中的溶解氣體析出，容易造成電脫水器運行不穩(wěn)定；壓力過高，又不利于油水分離，因此電脫水器的壓力一般控制在廠家給定的操作壓力范圍內(nèi)，有時需要根據(jù)具體的工作情況來調(diào)整，尋求更為理想的壓力值。

3.PH值。油井酸化后，返排液沉降分離得到含酸原油，其電導率過高超過電脫水器的安全工作電導率，便會引起電脫水器跳閘，影響電脫水器的正常工作，此時可添加相適應的油溶性堿性添加劑進行中和，降低原油電導率；若原油乳狀液PH值較高呈弱堿性，可能會影響到一些化學藥劑（比如破乳劑）的效果，此時可找尋相適應的油溶性酸性添加劑進行中和。

4.加藥比。破乳劑的作用是使原油乳化液破乳，降低油水界面張力，促使油水分離。但破乳劑的用量并非越多越好，用量過少，起不到破乳效果；破乳劑用量過大：一是經(jīng)濟成本高；二是作為一種添加劑導致脫后原油以及污水中的雜質(zhì)含量增多，不利于原油加工及油田生產(chǎn)。因此對破乳劑的用量要進行嚴格控制，合理調(diào)整加藥比，保證其較好的處理效果。

5.油水界面。由于油水過渡帶的電導率比較高，油水界面升高，有可能導致電脫水器內(nèi)部電極“短路”，造成電脫水器跳閘、電場波動現(xiàn)象。因此應嚴格控制油水界面高度。

6.原油開采環(huán)節(jié)。原油開采的各個階段都會或多或少地影響著原油處理系統(tǒng)的穩(wěn)定。新井投產(chǎn)時，產(chǎn)出液攜帶著大量的鉆井液和地層雜質(zhì)，其中可能包含大量導電性離子，致使電脫水器跳閘，影響其正常工作；井下酸化、壓裂、防砂等頻繁作業(yè)，使產(chǎn)出的原油乳化液性質(zhì)更加頑固，也使原油脫水難度也越來越大，最終導致電脫水器電場垮塌[8]。因此對于原油開采的各個環(huán)節(jié)都要引起足夠的重視，預先做好準備，根據(jù)現(xiàn)場實際情況采取優(yōu)化原油處理工藝參數(shù)、添加化學藥劑、調(diào)整油水界面高度等手段，獲得最佳的處理效果。

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