賀鳳云，李伊蘭，梁 霄，呂雅楠，董 靜

（東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318）

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含壓裂液的原油乳狀液電脫水參數(shù)研究

賀鳳云，李伊蘭，梁 霄，呂雅楠，董 靜

（東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318）

針對含壓裂液原油進(jìn)入聯(lián)合站對“五合一”的電脫效果產(chǎn)生很大影響的問題，通過觀測電脫水油水分離界面特性，得出電脫溫度，利用原油智能脫水試驗(yàn)儀和水分測定儀開展不同壓裂液含量下電脫水曲線測試實(shí)驗(yàn)，得到了不同時(shí)間下電場強(qiáng)度、電流、含水率之間的關(guān)系曲線，同時(shí)分析了壓裂液含量對電脫的影響規(guī)律，確定了室內(nèi)電脫水最佳運(yùn)行參數(shù)，為龍一聯(lián)站內(nèi)脫水方案參數(shù)的確定提供了可靠的理論基礎(chǔ)。

壓裂液；電脫水；油水分離；運(yùn)行參數(shù)

近年來隨著油田開展大規(guī)模的壓裂作業(yè)，壓裂返排液直接進(jìn)入生產(chǎn)流程，產(chǎn)出液乳化嚴(yán)重、脫水困難，對油氣水處理流程產(chǎn)生較大影響，甚至?xí)?dǎo)致外輸原油含水超標(biāo)，注水水質(zhì)不合格。含壓裂液的原油乳狀液急需找到行之有效的電脫水參數(shù)，對于保證油田正常生產(chǎn)、提高油品質(zhì)量、確保聯(lián)合站平穩(wěn)運(yùn)行和提高經(jīng)濟(jì)效益具有重大意義［1-4］。本文旨在觀測油水分離特性，并研究不同壓裂液含量下電脫時(shí)電流、電場強(qiáng)度、含水率與電脫時(shí)間之間的關(guān)系，最后綜合考慮上述因素找出最佳電脫參數(shù)。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)材料

壓裂液取龍一聯(lián)壓裂井返排液；原油為龍一聯(lián)壓裂井井口取油；破乳劑為PS-639-06（中融公司）。

1.2實(shí)驗(yàn)裝置

利用破乳劑電脫水性能試驗(yàn)儀觀測電脫水油水分離特性；利用DTS-3原油智能脫水試驗(yàn)儀進(jìn)行室內(nèi)電脫水模擬實(shí)驗(yàn)；利用水分測定儀采用蒸餾法分析含水率。

2　實(shí)驗(yàn)方案

室內(nèi)模擬配置含水率為20%的乳狀液，溫度分別控制為55 和60 ℃，破乳劑濃度為15×10-6，由于當(dāng)壓裂液含量超過 5%時(shí)，脫水極為困難，故在實(shí)際生產(chǎn)中一般控制壓裂井?dāng)?shù)量，使壓裂液含量不大于 5%，本次室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中取壓裂液含量分別為3%、5%進(jìn)行分析。在利用破乳劑電脫水性能試驗(yàn)儀電脫時(shí)，記錄不同時(shí)刻的電脫水出水量與過渡層刻度，確定最佳的電脫溫度；然后利用DTS-3原油智能脫水試驗(yàn)儀進(jìn)行室內(nèi)電脫水模擬實(shí)驗(yàn)，并使用水分測定儀分析含水率，記錄不同時(shí)間下電流、電場強(qiáng)度、含水率，綜合考慮上述因素確定最佳電場強(qiáng)度和電脫時(shí)間。

3　最佳電脫溫度的確定

利用破乳劑電脫水性能試驗(yàn)儀對壓裂液含量為3%和5%的乳狀液分別在55 、60 ℃進(jìn)行電脫實(shí)驗(yàn)，不同時(shí)刻的電脫水出水量與過渡層結(jié)果如表1所示。

表1　含水率為20%，壓裂液占3%及5%分離特性對比Table 1 Comparison of separation characteristics of crude oil with fracturing fluid of 3% and 5%， water content of 20%

其中部分時(shí)間油水界面圖如圖1-圖2所示。

圖1　55 ℃（左三）、60 ℃（右三）壓裂液3%油水分離界面Fig.1 Oil water separating interface of crude oil with fracturing fluid of 3% at 55 ℃ and 60 ℃

圖2　55 ℃（左三）、60 ℃（右三）壓裂液5%油水分離界面Fig.2 Oil water separating interface of crude oil with fracturing fluid of 5% at 55℃ and 60 ℃

根據(jù)以上不同溫度下，壓裂液含量分別為 3% 和 5%的原油乳狀液電脫油水分離特性實(shí)驗(yàn)可以看出，60 ℃時(shí)出水速度快，水較清，掛壁量少，55℃時(shí)，水色呈淡黃色。壓裂液含量越高，同一溫度下，出水越少；同一脫水時(shí)間，溫度高時(shí)過渡層小，油水界面清晰，絮狀物少。因此，在進(jìn)行室內(nèi)電脫水最佳運(yùn)行參數(shù)的實(shí)驗(yàn)中，將電脫溫度確定為60℃。

4　最佳電場強(qiáng)度、電脫時(shí)間的確定

利用 DTS-3原油智能脫水試驗(yàn)儀及水分測定儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其電場強(qiáng)度、電流、電脫時(shí)間和含水率之間的關(guān)系如圖3-圖5曲線所示。

圖3　電場強(qiáng)度與電脫時(shí)間的關(guān)系曲線Fig.3 Relationship between electric field intensity and electric dehydration time

由圖3可知，電場強(qiáng)度隨電脫時(shí)間的增加逐漸增加，最后趨于穩(wěn)定，低場強(qiáng)段中乳狀液大水滴合并，因?yàn)樗伍g作用力與水滴半徑平方成正比，而高場強(qiáng)段可以保證小水滴合并，因此電場強(qiáng)度越高，脫水效果越好，故壓裂液含量為3%，5%時(shí)的最佳電場強(qiáng)度取峰值，分別為1 380和1 460 V/cm。壓裂液含量越高，電場強(qiáng)度峰值越高。

圖4　電流與電脫時(shí)間的關(guān)系曲線Fig.4 Relationship between electric current and electric dehydration time

圖4可以看出，通電后電流迅速上升，很快達(dá)到最大值，即表明此時(shí)已有水滴合并沉降，但水滴還未進(jìn)入水相，當(dāng)乳狀液中壓裂液所占比例較大時(shí)，電流在高峰值段持續(xù)時(shí)間較長，主要由于含壓裂液乳狀液粘度大，水滴沉降阻力大。一定時(shí)間后電流迅速減?。?］，即原油含水降低，出水速度較快，壓裂液含量越少，出水速度越快，相同脫水時(shí)間內(nèi)，脫水率越高。

圖5　含水率與電脫時(shí)間的關(guān)系曲線Fig.5 Relationship between rate of water content and electric dehydration time

圖5表明含水率隨電脫時(shí)間的增加越來越低，開始電脫時(shí)，含水率降低較快，主要是由于大水滴容易合并、沉降，電脫后期，含水率下降較慢，說明乳狀液中的小水滴很難脫出，即使電壓升高，場強(qiáng)增加，還會(huì)有一些水滴留在原油中。結(jié)合圖6、圖7得到壓裂液含量為3%，5%時(shí)的最佳電脫時(shí)間分別為40和60 min。

根據(jù)不同壓裂液含量、不同溫度的室內(nèi)電脫實(shí)驗(yàn)，確定最佳電脫參數(shù)如表2所示。

表2　不同壓裂液含量、不同溫度下最佳電脫參數(shù)Table 2 The optimal electric dehydration parameters of different fracturing fluid content and temperature

5　結(jié) 論

（1）根據(jù)以上電脫油水分離特性實(shí)驗(yàn)可以得出，溫度為60較55℃時(shí)出水速度更快，且水較清，掛壁量少，油水界面更清晰。將最佳電脫溫度確定為60 ℃。

（2）對比壓裂液含量分別占3%、5%時(shí)的室內(nèi)電脫效果實(shí)驗(yàn)不同參數(shù)之間的關(guān)系曲線可得出，壓裂液含量越少，相同脫水時(shí)間內(nèi)，脫水率越高，電場強(qiáng)度峰值越低；電脫前期含水率降低較快，后期含水率下降較慢；

（3）最佳電脫參數(shù)確定為：3%壓裂液含量下原油乳狀液脫水電場強(qiáng)度為1 380 V/cm、電脫時(shí)間40 min；5%壓裂液含量下原油乳狀液脫水電場強(qiáng)度為1 460 V/cm、電脫時(shí)間60 min。

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［2］ TAYLOR S E. Investigations into the electrical and coalescence behaviour of water in crude oil emulsions in high voltage gradients［J］.Colloids Sur，1988，29（1）：29-51.

［3］ 衛(wèi)秀芬. 壓裂酸化措施返排液處理技術(shù)方法探討［J］. 油田化學(xué)，2007，04：384-388.

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［5］ 王金龍，趙永軍，胡玉濤. 原油乳狀液靜態(tài)電脫水電流曲線的分析［J］. 油氣田地面工程，1998，02：20-21+78.

Study on Electric Dehydration Parameters of Crude Oil Emulsion Containing Fracturing Fluid

HE Feng-yun，LI Yi-lan，LIANG Xiao，LV Ya-nan，DONG Jing
（Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China）

Crude oil containing fracturing fluid into the joint station has a great impact on the effect of electric dehydration in the “Five-in-One”. In this paper, by observing the oil-water separation interface features of electric dehydration, the temperature of electric dehydration was determined. Test experiments of the curve of electric dehydration of crude oil with different content fracturing fluid were carried out by using intelligent crude oil dehydration test instrument and moisture meter, the relation curves of electric field intensity, current and water cut in different time were obtained, meanwhile, effect of fracturing fluid content on the electric dehydration was analyzed, and the optimum operating parameters of the indoor electric dehydration were determined, which could provide a reliable theoretical basis for determination of the parameters of dewatering scheme in Longyi station.

fracturing fluid; electric dehydration; oil water separation; operation parameters

李伊蘭（1990-），女，在讀研究生，研究方向：儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能降耗技術(shù)。E-mail：339091569@qq.com。

TE 357

A

1671-0460（2016）05-0908-03

2016-03-22

賀鳳云（1965-），女，黑龍江大慶人，教授，博士研究生，1988年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專業(yè)，1996年獲該學(xué)院油氣田開發(fā)工程碩士學(xué)位，2008年獲得博士學(xué)位，現(xiàn)從事油氣集輸及采出液處理方面的研究，1461322868@qq.com。