張超

中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司

聚驅(qū)采油是提高原油采收率的有效技術(shù)，在我國(guó)油田開(kāi)發(fā)中廣泛應(yīng)用[1-4]。隨著油田聚驅(qū)的不斷深入，應(yīng)用規(guī)模擴(kuò)大，在高效開(kāi)發(fā)取得較好增產(chǎn)效果的同時(shí)面臨著聚合物采出液處理這一難題[5]。聚驅(qū)采出液返聚現(xiàn)象嚴(yán)重，含聚濃度高，采出液黏度上升，乳狀液穩(wěn)定性強(qiáng)，導(dǎo)致油水分離難度大大增加，原油脫水設(shè)備效率嚴(yán)重下降，脫水困難[6-9]。對(duì)于海上注聚油田，由于空間小、流程時(shí)間短，聚驅(qū)采出液快速脫水要求更高、難度加大，因此如何提高現(xiàn)有設(shè)備運(yùn)行效率，保證聚驅(qū)原油快速高效分離是聚驅(qū)油田脫水處理的重難點(diǎn)之一[10]。

本文對(duì)聚驅(qū)采出液的特性進(jìn)行分析并對(duì)電脫水控制條件開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)電脫水實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行聚驅(qū)原油脫水工藝參數(shù)優(yōu)化，為現(xiàn)場(chǎng)的聚驅(qū)原油電脫水裝置技術(shù)改造提供指導(dǎo)。

1 聚驅(qū)采出液的特性分析

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置及方法

實(shí)驗(yàn)用電脫水裝置為自制微型DTS60-2兩級(jí)動(dòng)態(tài)電脫水器，可以模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行原油電脫水器工藝的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，操作壓力為0.4～0.6 MPa，操作溫度為110～120℃，實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、電場(chǎng)強(qiáng)度、停留時(shí)間等工藝參數(shù)以及進(jìn)行原油破乳劑的動(dòng)態(tài)篩選與評(píng)價(jià)。一級(jí)電脫器采用交流電源，水平式電極布置，水平極板間距45 mm；二級(jí)電脫器采用交直流電源，垂掛式電極布置，垂直極板間距35 mm。含油量分析按照SY/T 0530—2011分光光度法進(jìn)行；破乳劑的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按SY/T 5280—2000《原油破乳劑通用技術(shù)條件》、SY/T 5797—1993《水包油乳狀液破乳劑使用性能評(píng)定方法》。

1.2 含聚采出液

含聚采出液使用現(xiàn)場(chǎng)流程中取出的樣品，其特性參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 含聚采出液的物性（70℃）Tab.1 Physical properties of produced fluid containing polymer（70℃）

從表1可以看出，現(xiàn)場(chǎng)采出液樣品含水率較高，有一定黏度，ζ電位較低，原油在含聚采出液中表面張力小，表明油珠表面的過(guò)剩負(fù)電荷密度比較高，靜電排斥力大，具有很強(qiáng)的乳化傾向，易形成一種穩(wěn)定的熱力學(xué)體系。

1.3 操作流程

圖1 含聚采出液動(dòng)態(tài)電脫水實(shí)驗(yàn)裝置工藝流程Fig.1 Dynamic electric dehydration process of produced liquid containing polymer

動(dòng)態(tài)電脫水實(shí)驗(yàn)裝置工藝流程如圖1所示。含聚采出液在緩沖罐中加熱到60℃，泵輸進(jìn)入一級(jí)電脫水器，在泵輸管道中連續(xù)加入破乳劑BHQ-123，濃度為250 mg/L，進(jìn)入電脫水器進(jìn)行脫水實(shí)驗(yàn)，改變電脫工藝條件來(lái)研究含聚采出液的電脫水效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 場(chǎng)強(qiáng)對(duì)含聚采出液脫水效果的影響

現(xiàn)場(chǎng)含聚采出液采用AC/DC電源，電脫水器溫度110℃，壓力0.4 MPa，在電脫水器中停留時(shí)間30 min，用二級(jí)交直流電脫水器進(jìn)行電脫實(shí)驗(yàn)，通過(guò)改變電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電脫水器電場(chǎng)強(qiáng)度的變化，測(cè)定脫水效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出：電脫水后油中含水量和水中含油量均隨著場(chǎng)強(qiáng)的升高而顯著降低，而脫水率和電脫水器功耗則與之相反。強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)適宜的電場(chǎng)強(qiáng)度為1 000～1 200 V/cm，在此場(chǎng)強(qiáng)范圍內(nèi)，脫出原油含水率≤1%；在場(chǎng)強(qiáng)100～1 200 V/cm的范圍內(nèi)操作，脫出污水中含油質(zhì)量濃度≤750 mg/L，遠(yuǎn)小于1 500 mg/L，可滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝要求，脫水率可達(dá)96%以上；電脫電耗在420 W以內(nèi)，若電場(chǎng)強(qiáng)度繼續(xù)升高，油中含水和水中含油下降速度變緩，脫水率上升速度也變慢，電脫水功耗增幅明顯加大。

圖2 電場(chǎng)強(qiáng)度與電脫水后不同參數(shù)的變化趨勢(shì)Fig.2 Trends of electric field strength with different parameters after electric dehydration

隨著場(chǎng)強(qiáng)的升高，水滴聚結(jié)速度加快，乳化原油脫水效果會(huì)越好，但耗電也加大，對(duì)電源要求也越高，同時(shí)以DC為電源的電脫水器設(shè)備與帶電流體間形成的金屬-電化學(xué)液回路的電化學(xué)腐蝕加重；當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)一定限度后繼續(xù)增大，大水滴會(huì)不斷撕裂成小水滴，此時(shí)不僅不能形成靜電聚結(jié)，反而會(huì)使乳化原油中的原有水滴發(fā)生電分散。

2.2 電場(chǎng)作用方式對(duì)含聚采出液脫水效果的影響

現(xiàn)場(chǎng)含聚采出液，電脫水器溫度為110℃，壓力為0.4 MPa，在電脫水器中停留時(shí)間30 min，在電場(chǎng)強(qiáng)度600～1 200 V/cm時(shí)，完全相同的操作條件下讓其分別進(jìn)入一級(jí)AC電脫水器和二級(jí)AC/DC電脫水器開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，保持兩級(jí)電脫場(chǎng)強(qiáng)一致，待流程運(yùn)行穩(wěn)定30 min后取樣分析并記錄相關(guān)參數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可見(jiàn)，在場(chǎng)強(qiáng)600～1 200 V/cm條件下，無(wú)論是采用AC還是采用AC/DC進(jìn)行電脫，電脫水后油中含水率均在1%左右，交流電脫后原油含水比交直流電脫含水要高；在場(chǎng)強(qiáng)一致的情況下，脫后污水含油質(zhì)量濃度二者基本接近，水中含油質(zhì)量濃度≤750 mg/L；AC/DC電脫比AC電脫的脫水率高，功耗低。實(shí)驗(yàn)表明，現(xiàn)場(chǎng)原油采用交直流電脫水在脫后油中含水、水中含油、脫水率及電耗等方面均優(yōu)于交流電脫。

2.3 含聚采出液含水量對(duì)電脫水效果的影響

選用現(xiàn)場(chǎng)不同含水率的采出液，分別置入二級(jí)AC/DC電脫水器開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，待開(kāi)車流程穩(wěn)定30 min后取樣分析并記錄相關(guān)參數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

從圖4可見(jiàn)，當(dāng)采出液含水率超過(guò)30%后，電脫場(chǎng)強(qiáng)提升困難，電脫水后原油含水、污水含油均較高，原油脫水率較低。原因是采出液含水過(guò)高，電脫水電流過(guò)大時(shí)電脫水電場(chǎng)強(qiáng)度無(wú)法提高，電脫效率下降，因此進(jìn)入二級(jí)電脫器的采出液含水率應(yīng)≤30%。

出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因主要是由于含聚采出液含水率較高，乳化原油在大量失水的過(guò)程中，聚合物不斷地富集，因聚合物比油重、比水輕，在油相和水相之間形成一中間乳化層，該中間層的出現(xiàn)，縮短了原油在電場(chǎng)中的停留時(shí)間，阻礙了水滴的定向遷移和聚結(jié)，增大了電脫水電流，降低了電脫水效率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)在電極間形成水鏈短路，引起極間放電，產(chǎn)生電壓電流波動(dòng)，使電脫水器始終在高電流下非正常運(yùn)行。乳化原油含水量越高，意味著導(dǎo)電率越大，電脫電流也越大，而變壓器輸出功率達(dá)到一定值后，將會(huì)導(dǎo)致加在極板間的電壓下降，其電場(chǎng)強(qiáng)度也隨之下降，電脫水器將無(wú)法正常工作。

圖3 交流電脫與交直流電脫水處理效果變化趨勢(shì)Fig.3 Change trends of AC dehydration and AC/DC treatment effect

圖4 采出液含水率對(duì)電脫水效果的影響Fig.4 Effect of water content of producted liquid on electric dehydration

3 結(jié)論

（1）含聚采出液油滴表面ζ電位較低，靜電排斥力大，具有很強(qiáng)的乳化傾向，形成一種穩(wěn)定的熱力學(xué)體系，加劇了含聚采出液電脫水分離的難度。

（2）采用交直流電脫方式在脫后油中含水率、水中含油質(zhì)量濃度、脫水率及電耗等方面均優(yōu)于單一交流電脫方式；電極設(shè)置為垂掛式電極，強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度為1 000～1 200 V/cm，脫出原油含水率≤1%。

（3）電脫水器溫度為110℃，壓力0.4 MPa，電脫停留時(shí)間30 min，在場(chǎng)強(qiáng)600～1 200 V/cm條件下，加入破乳劑BHQ-123質(zhì)量濃度250 mg/L，電脫后原油含水率≤1%，水中含油質(zhì)量濃度≤750 mg/L，AC/DC電脫比AC電脫的脫水率高，功耗低。

（4）采出液含水率超過(guò)30%后，電脫場(chǎng)強(qiáng)提升困難，進(jìn)入二級(jí)電脫水器的含聚采出液含水率應(yīng)≤30%。