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(tái)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(tái)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(tái)原油生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益[1]，因此有必要對(duì)LF7-2海上平臺(tái)電脫水器進(jìn)行評(píng)價(jià)與研究，為L(zhǎng)F7-2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(chǎng)中，由于電場(chǎng)對(duì)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(qiáng)度，同時(shí)促進(jìn)水滴碰撞，經(jīng)過(guò)破乳、聚結(jié)、沉降達(dá)到油水分離效果[2]。據(jù)此電脫水器脫水過(guò)程可分為三個(gè)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(guò)程中最重要的，水滴在電場(chǎng)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(diǎn)

按照電場(chǎng)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(chǎng)，乳化原油從電脫分離器底部進(jìn)入電場(chǎng)進(jìn)行脫水[6-7]。

交流電脫水器具有電路簡(jiǎn)單、無(wú)需整流設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，電流頻繁變換，帶電顆粒移動(dòng)受抑制，使得電解反應(yīng)可逆，不會(huì)對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕，因此適合處理含水率較高的原油。但由于交流電場(chǎng)的電壓隨時(shí)間以正弦規(guī)律變化，因此只有部分時(shí)間內(nèi)的電壓對(duì)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(chǎng)方向容易形成水鏈，造成電場(chǎng)短路，導(dǎo)致操作不穩(wěn)定。

2.直流電脫水器

相對(duì)于其他類型的電脫水器，直流電脫水器的應(yīng)用并不十分廣泛，它主要利用高壓直流電場(chǎng)，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(shí)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(huì)對(duì)設(shè)備造成電化學(xué)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(chǎng)示意圖分別見(jiàn)圖2、圖3，工作原理為乳化油由電脫水器底部進(jìn)入，先通過(guò)交流電場(chǎng)，利用振蕩聚結(jié)和偶極聚結(jié)脫去大部分水，然后再進(jìn)入直流電場(chǎng)進(jìn)行脫水。

交直流電脫水器中2種電場(chǎng)同時(shí)存在，發(fā)揮各自的脫水優(yōu)勢(shì)，大大提高了脫水質(zhì)量，不僅擴(kuò)大了乳化液中含水量的可處理范圍，而且交流電場(chǎng)的存在，也大大降低了對(duì)罐體的電化學(xué)腐蝕。但是當(dāng)工藝流程不穩(wěn)定時(shí)，直流電場(chǎng)便會(huì)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(chǎng)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(lái)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(gè)高頻脈沖信號(hào)，設(shè)計(jì)出了一種新的電場(chǎng)形式——高頻脈沖電場(chǎng)（見(jiàn)圖4）[4]。

高頻脈沖電脫水器通過(guò)改變電場(chǎng)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(duì)于其它形式的電場(chǎng)，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。另外，針對(duì)不同類型的乳化液可調(diào)節(jié)電場(chǎng)的參數(shù)，使其達(dá)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(duì)比圖

三、LF7-2海上平臺(tái)電脫水器評(píng)價(jià)

根據(jù)LF7-2油田ODP（Overall Development Plan）報(bào)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(dòng)性好等特點(diǎn)，再考慮到平臺(tái)空間限制、開(kāi)始投產(chǎn)時(shí)鉆完井液影響、工藝流程不穩(wěn)定等情況，LF7-2海上平臺(tái)選擇了適應(yīng)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(jiàn)表1。脈沖高速電脫水器采用脈沖電源并配合雙電場(chǎng)電脫水技術(shù)，可以達(dá)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(chǎng)技術(shù)實(shí)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(chǎng)。

從整個(gè)原油處理工藝（見(jiàn)圖6）來(lái)看，原油經(jīng)過(guò)生產(chǎn)分離器油水分離后，原油中含水會(huì)降到一個(gè)比較低的水平，然后進(jìn)入脫氣罐進(jìn)行脫氣后再進(jìn)入脈沖高速電脫水器進(jìn)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(shì)，能夠保證其滿足LF7-2海上平臺(tái)原油處理的要求。

表1 LF7-2海上平臺(tái)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(duì)于LF7-2海上平臺(tái)而言，在電脫水器使用過(guò)程中，可利用電加熱器適當(dāng)提高電脫水器來(lái)液溫度，以達(dá)到較好的脫水效果。

2.壓力。壓力過(guò)低，原油中的溶解氣體析出，容易造成電脫水器運(yùn)行不穩(wěn)定；壓力過(guò)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(shí)需要根據(jù)具體的工作情況來(lái)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(dǎo)率過(guò)高超過(guò)電脫水器的安全工作電導(dǎo)率，便會(huì)引起電脫水器跳閘，影響電脫水器的正常工作，此時(shí)可添加相適應(yīng)的油溶性堿性添加劑進(jìn)行中和，降低原油電導(dǎo)率；若原油乳狀液PH值較高呈弱堿性，可能會(huì)影響到一些化學(xué)藥劑（比如破乳劑）的效果，此時(shí)可找尋相適應(yīng)的油溶性酸性添加劑進(jìn)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(guò)少，起不到破乳效果；破乳劑用量過(guò)大：一是經(jīng)濟(jì)成本高；二是作為一種添加劑導(dǎo)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(duì)破乳劑的用量要進(jìn)行嚴(yán)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(guò)渡帶的電導(dǎo)率比較高，油水界面升高，有可能導(dǎo)致電脫水器內(nèi)部電極“短路”，造成電脫水器跳閘、電場(chǎng)波動(dòng)現(xiàn)象。因此應(yīng)嚴(yán)格控制油水界面高度。

6.原油開(kāi)采環(huán)節(jié)。原油開(kāi)采的各個(gè)階段都會(huì)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(shí)，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(dǎo)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(lái)越大，最終導(dǎo)致電脫水器電場(chǎng)垮塌[8]。因此對(duì)于原油開(kāi)采的各個(gè)環(huán)節(jié)都要引起足夠的重視，預(yù)先做好準(zhǔn)備，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采取優(yōu)化原油處理工藝參數(shù)、添加化學(xué)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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