摘""要""隨著各大油田進(jìn)入開(kāi)采后期，“三采”和各種驅(qū)油技術(shù)的應(yīng)用使得采出液中的水含量日益升高，乳狀液的破乳難度也逐漸加大。總結(jié)歸納了目前常用的脫水技術(shù)及其特點(diǎn)，包括沉淀法、化學(xué)法和電場(chǎng)力法。此外，還介紹了如超聲波、纖維膜及機(jī)械旋流等脫水新方法的研究進(jìn)展，并探討其應(yīng)用前景。分析了常見(jiàn)原油脫水工藝存在的問(wèn)題與不足，對(duì)3種新脫水工藝進(jìn)行了綜述，并對(duì)未來(lái)原油脫水研究方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞""原油脫水 "方法 "工藝" " " " "DOI：10.20031/j.cnki.0254-6094.202406003

中圖分類(lèi)號(hào)""TE86 """""""""""""""文獻(xiàn)標(biāo)志碼""A""""""""""""""""文章編號(hào)""0254-6094（2024）06-0000-00

隨著全球經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的發(fā)展，對(duì)能源的需求呈現(xiàn)出不斷增加的態(tài)勢(shì)，石油作為一種重要的能源被廣泛使用。但是，原油采出液中所含水分和雜質(zhì)嚴(yán)重影響了儲(chǔ)運(yùn)、加工等過(guò)程。水在原油中形成的乳液會(huì)增加生產(chǎn)和運(yùn)輸石油成本，并伴隨管道腐蝕等一系列問(wèn)題，而且會(huì)提高加熱設(shè)備負(fù)荷，增加能耗，因此需要對(duì)原油采出液進(jìn)行脫水處理[1]。原油脫水預(yù)處理技術(shù)的研究具有重要的工程實(shí)踐意義，該技術(shù)可以降低原油中的水分含量，從而減輕后續(xù)處理環(huán)節(jié)的負(fù)擔(dān)，提高石油生產(chǎn)效率，減少環(huán)境污染。

筆者總結(jié)了目前常規(guī)的原油脫水方法，對(duì)新型原油脫水方法研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。針對(duì)目前生產(chǎn)中常用的脫水方法提出了設(shè)置預(yù)處理環(huán)節(jié)、選擇合適的破乳劑的建議，并調(diào)研綜述了一種新脫水裝置和兩種新脫水工藝，對(duì)未來(lái)原油脫水發(fā)展做出展望，可為工程實(shí)際應(yīng)用提供思路。

1""常用原油脫水方法

1.1""重力沉降法脫水

重力沉降脫水是目前最直接、最傳統(tǒng)的分離方式。該技術(shù)是將含油污水等混合物靜置于沉淀池、沉降罐等大型沉降設(shè)備中，由于水的密度大于原油的密度，因此水滴會(huì)下沉形成水層，而油滴則上浮至池面形成油層，從而達(dá)到分離油水的目的。為了增強(qiáng)分離效果，可以向待處理原油中加入輕質(zhì)油或水溶性添加物等[2]，擴(kuò)大油水間的差異。由于原油的膨脹系數(shù)大，對(duì)其加熱后黏度會(huì)有所降低，使得原油與水的密度差變大，因此在重力沉降之前可對(duì)原油進(jìn)行加熱，提高分離效率。雖然這種方法操作簡(jiǎn)單易行，但需要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到較好的效果，且處理效率依賴(lài)于溫度、原油性質(zhì)等因素，因此通常被用于預(yù)處理階段。

1.2""熱化學(xué)破乳法脫水

熱化學(xué)破乳法脫水是一種有效的脫除油水乳狀液中乳化水的方法，特別是針對(duì)高度乳化的原油采出液。目前在各大油田得到了廣泛應(yīng)用[3]。該方法是向原油乳狀液中加入一種或多種表面活性劑（即破乳劑），并伴有加熱環(huán)節(jié)以提高反應(yīng)速度。由于表面活性劑分子中既含有親水基又含有親油基，可以在采出液油水界面上吸附，使液珠相互碰撞，從而達(dá)到破壞或松動(dòng)原有油水界面膜的目的，并釋放乳化水實(shí)現(xiàn)分離油水。破乳效果受到破乳劑分子親水基團(tuán)、親油基團(tuán)的性質(zhì)以及破乳劑用量的影響，單一破乳劑對(duì)不同原油的適用性有限[4]，因此通常采用復(fù)配破乳劑來(lái)進(jìn)行處理；破乳效果還受到溫度的影響，在適宜溫度下，破乳速度越快效果越好，過(guò)高或過(guò)低的溫度都會(huì)使破乳效率降低。由于原油破乳機(jī)理和組成的復(fù)雜性，熱化學(xué)破乳法需要進(jìn)一步研發(fā)和改進(jìn)，例如準(zhǔn)確測(cè)定使用劑量、研發(fā)可持續(xù)性藥劑等問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)智能、環(huán)保、高效的破乳劑仍然具有挑戰(zhàn)性。

1.3""電場(chǎng)力脫水

電場(chǎng)力脫水是一種利用電場(chǎng)作用下油水界面膜中帶有額外電荷的分子的運(yùn)動(dòng)排列，實(shí)現(xiàn)原油脫水和沉降的方法。這種方法通過(guò)破裂乳化膜，使分散相液滴電泳聚結(jié)，有效增大分散相液滴粒徑，最終實(shí)現(xiàn)沉降分離[5]。

在傳統(tǒng)的電脫水器中，主要利用靜電聚結(jié)的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)油水分離。通過(guò)施加高壓電場(chǎng)，使帶電的油滴在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生電泳效應(yīng)，并逐漸聚集成較大的液滴。通過(guò)聚結(jié)效應(yīng)，油滴和水滴得以分離，從而達(dá)到脫水的目的。同時(shí)，利用靜置沉降的原理，油滴和水滴中存在的密度差異也有助于兩者的分離。這種電脫水方法在處理高于30%含水量的原油時(shí)會(huì)顯現(xiàn)出一定的局限性。盡管如此，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者們?nèi)匀贿M(jìn)行著大量研究，以提高電脫水器在更廣泛范圍內(nèi)的適用性。2017年，中海油研究總院在海上平臺(tái)使用自主改良的電脫水試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)果表明該技術(shù)的效率比常規(guī)自由水分離器至少提高了50%[6]。李金玲等以聯(lián)合站實(shí)際生產(chǎn)流程中游離水脫出油進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)比研究了三元驅(qū)原油、水驅(qū)原油和水驅(qū)-三元驅(qū)混合油的電脫水效應(yīng)，旨在避免“垮電場(chǎng)”現(xiàn)象，為新工藝流程、新裝置結(jié)構(gòu)提供思路[7]。張超分析了現(xiàn)場(chǎng)含聚采出液的物理特性，利用室內(nèi)二級(jí)電脫水裝置研究場(chǎng)強(qiáng)、交直流類(lèi)型、采出液含水量等參數(shù)，得出了最佳工況，為含聚采出液電脫水器的優(yōu)化提供依據(jù)[8]。YANG"D F等分析了頁(yè)巖油乳化特性對(duì)電脫水過(guò)程的影響機(jī)理，并研究了不同種類(lèi)變壓器處理典型頁(yè)巖油的脫水性能，最終發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度電場(chǎng)可加速液滴震蕩，對(duì)頁(yè)巖油中小直徑液滴具有較強(qiáng)適應(yīng)性[9]。

2""新型原油脫水方法

隨著環(huán)保意識(shí)的不斷提高和能源需求的日益增長(zhǎng)，原油脫水技術(shù)成為了石油化工、儲(chǔ)運(yùn)、集輸?shù)阮I(lǐng)域中的重要問(wèn)題。傳統(tǒng)的原油脫水方法存在著效率低、設(shè)備復(fù)雜、環(huán)境不友好等各式各樣的缺陷，因此新型原油脫水方法的研究及相關(guān)設(shè)備的開(kāi)發(fā)逐漸被重視。

2.1""超聲波脫水

超聲波脫水是利用超聲波的機(jī)械振動(dòng)和熱作用，實(shí)現(xiàn)高效油水乳狀液的分離。超聲波通過(guò)產(chǎn)生位移效應(yīng)，使得乳化水珠在波腹或波節(jié)處聚集并發(fā)生碰撞，從而生成更大的水滴。這些水滴最終與油相分離，達(dá)到脫水效果[10]。在超聲波傳播時(shí)的機(jī)械振動(dòng)和壓縮性變化會(huì)引起局部的溫升效應(yīng)，這種熱作用對(duì)于脫水過(guò)程也起到了一定的作用。超聲波脫水適用于各種類(lèi)型的原油乳狀液的破乳，并且不需要添加化學(xué)劑[11]，具有環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。它可以在短時(shí)間內(nèi)顯著降低油污中的含水量，使其低于85%[12]。

盡管在我國(guó)的一些油田已經(jīng)成功應(yīng)用了超聲波破乳技術(shù)[13～15]，但是目前工業(yè)化應(yīng)用實(shí)例還不多見(jiàn)。未來(lái)，對(duì)于超聲波脫水技術(shù)的研究仍需深入，包括超聲波在乳狀液體中的傳播特性、介質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)機(jī)制等機(jī)理的研究；其次，需要研制高效、連續(xù)的超聲波脫水設(shè)備，以解決目前超聲波脫水技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中面臨的一些難題，如大規(guī)模處理、連續(xù)操作等。

2.2""膜過(guò)濾脫水

破乳劑在工業(yè)上被廣泛應(yīng)用，但不可循環(huán)的化學(xué)破乳劑在脫水過(guò)程后的殘留物可能會(huì)對(duì)原油產(chǎn)品產(chǎn)生二次危害，并可能在隨后的提質(zhì)過(guò)程中造成嚴(yán)重問(wèn)題[16]。因此，不會(huì)產(chǎn)生二次危害的過(guò)濾技術(shù)，已成為學(xué)者們的研究方向之一。

纖維膜技術(shù)作為一種潛力巨大的分離技術(shù)，能夠高效地實(shí)現(xiàn)油水乳狀液的分離。該技術(shù)利用傳質(zhì)機(jī)理，在纖維絲表面形成液膜，并通過(guò)外力使油相和水相在細(xì)纖維上分離流動(dòng)，由于表面張力和纖維的潤(rùn)濕性不同，水相形成較大面積的水膜，而油相則快速流下。通過(guò)細(xì)纖維間的摩擦力，水膜會(huì)逐漸變得更薄，從而實(shí)現(xiàn)油水之間的傳質(zhì)和分離[17]。與傳統(tǒng)分離方法相比，纖維膜技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，纖維膜可以重復(fù)使用，降低了處理成本；其次，纖維膜技術(shù)所需的能量消耗相對(duì)較低，提高了能源利用效率；此外，纖維膜技術(shù)的操作相對(duì)簡(jiǎn)單[18，19]，這些特點(diǎn)使得纖維膜技術(shù)在分離領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

為了實(shí)現(xiàn)超疏油行為，WANG"J T等在水熱反應(yīng)器中將MnO2納米晶體膜涂覆在不銹鋼網(wǎng)上，得到了具有超疏水性的金屬網(wǎng)，在酸性、堿性及高濃度鹽溶液等惡劣環(huán)境中依舊保持高油水分離性能[20]。HE"X等設(shè)計(jì)了一種新的磁性Janus納米顆粒，實(shí)驗(yàn)表明在甲苯和去離子水的清潔界面上表現(xiàn)出優(yōu)異的界面活性[21]。由于磁性納米顆粒表面涂層纖維素材料的生物降解性和環(huán)境友好性，可以實(shí)現(xiàn)原油乳液的有效脫水，同時(shí)不會(huì)對(duì)最終原油產(chǎn)品產(chǎn)生二次危害。

膜過(guò)濾技術(shù)的應(yīng)用受到一定限制。例如，分離后的膜需要定期清理，否則容易受到污染；滲透通量相對(duì)較低，導(dǎo)致處理量受限。因此，人們?cè)谑褂美w維膜技術(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮其特點(diǎn)和局限性，并根據(jù)具體情況進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。

2.3""高頻脈沖電脫水

我國(guó)的原油電脫水技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但對(duì)于稠油和超稠油的電脫水仍存在操作上和處理效率上的問(wèn)題。隨著原油開(kāi)采的深入發(fā)展，瀝青質(zhì)量、膠質(zhì)和石蠟含量增加，液滴聚合難度更大，并且導(dǎo)通電極的長(zhǎng)水鏈頻繁出現(xiàn)導(dǎo)致設(shè)備斷電、無(wú)法正常工作。高頻脈沖電脫水是一種新的破乳脫水技術(shù)，與常規(guī)電脫水不同，它在交、直流電場(chǎng)波形上疊加了高頻脈沖信號(hào)。脈沖放電的引入會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)波，這些振動(dòng)波會(huì)影響分散相（水滴）周?chē)騼?nèi)部的流速，誘使界面張力引發(fā)油水界面的流動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)油水分離。在高頻脈沖電脫水過(guò)程中，電場(chǎng)非常穩(wěn)定，耗電低且可能實(shí)現(xiàn)連續(xù)脫水，因此具有良好的實(shí)際應(yīng)用前景。

然而，在實(shí)際應(yīng)用中，必須充分考慮脫水效果與能耗之間的關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)高效低耗的脫水要求。目前，已有大量學(xué)者對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了深入研究。金有海等通過(guò)正交試驗(yàn)探究了脫水電壓、電場(chǎng)頻率及初始含水量等參數(shù)變化下脫水效率的相關(guān)變化情況，并發(fā)現(xiàn)存在最優(yōu)值[22]。針對(duì)電場(chǎng)中液滴聚并、成鏈、破碎機(jī)理，李彬等通過(guò)顯微實(shí)驗(yàn)，探索了水鏈在均勻電場(chǎng)中形成和消散過(guò)程的方式和機(jī)理[23]；樊玉新等研究了無(wú)機(jī)鹽和電場(chǎng)參數(shù)對(duì)水滴成鏈的影響，通過(guò)調(diào)節(jié)電場(chǎng)參數(shù)，如電場(chǎng)強(qiáng)度和頻率，可以控制水滴成鏈的形態(tài)和穩(wěn)定性[24]；周衍濤等探究了非均勻電場(chǎng)中電場(chǎng)和物性參數(shù)對(duì)水滴成鏈和聚合的影響，發(fā)現(xiàn)在非均勻高頻脈沖電場(chǎng)中，水滴的成鏈與聚合是同一過(guò)程的不同階段[25]；孫治謙等通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究加模擬驗(yàn)證的方式，研究了極板結(jié)構(gòu)和布置形式對(duì)高頻脈沖電脫水性能的影響[26]。

為解決塔河油田酸化油乳化程度高、傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)深度脫水的問(wèn)題，張倩等提出了以高頻脈沖原油脫水裝置為核心的新型酸化油脫水技術(shù)。在工業(yè)試驗(yàn)中，該裝置表現(xiàn)穩(wěn)定可靠，效率也大幅超越了現(xiàn)場(chǎng)熱化學(xué)重力沉降脫水工藝[27]。針對(duì)頁(yè)巖油凝點(diǎn)高、乳化程度高，傳統(tǒng)脫水處理難以實(shí)現(xiàn)深度脫水，且處理流程長(zhǎng)能耗高的問(wèn)題，馮小剛等通過(guò)采用高頻脈沖脫水技術(shù)處理，有效減少了油氣損耗，并簡(jiǎn)化了處理流程[28]。

2.4""旋流聚結(jié)脫水

旋流聚結(jié)脫水是利用離心力促使油水混合物中的油相形成大油滴并快速下降，達(dá)到油水分離的目的。水力旋流器是常用設(shè)備，該設(shè)備能夠通過(guò)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)實(shí)現(xiàn)油水分離。來(lái)液由入口進(jìn)入造旋部件內(nèi)部，在其作用下產(chǎn)生切向速度和軸向速度后，進(jìn)入旋流腔并形成切向旋流場(chǎng)。液流開(kāi)始作螺旋運(yùn)動(dòng)并整體向底流管方向移動(dòng)。由于油水兩相之間存在密度差，密度較大的水相在離心力的作用下逐漸向邊壁移動(dòng)形成外旋流，液流中的油滴在此過(guò)程中分離并相互碰撞聚結(jié)，粒徑由小變大。經(jīng)過(guò)圓錐面收縮加速，旋流器內(nèi)徑向壓力分布不均勻，在軸心處形成低壓區(qū)，此時(shí)油相逐漸向低壓區(qū)移動(dòng)。水作為重相從底流管形成下行流，而油作為輕相受到水相的阻礙無(wú)法從底流口排出，在流體推動(dòng)和低壓區(qū)的雙重作用下形成向上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成內(nèi)旋流，最終從溢流出口排出，從而實(shí)現(xiàn)油水分離[29]。

低溫旋流脫水技術(shù)在油田開(kāi)發(fā)中具備多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：無(wú)需加熱即可將絕大部分水分離，降低了后續(xù)加熱所需的能源消耗；在脫水過(guò)程中無(wú)需或僅需少量使用藥劑，顯著降低了藥劑費(fèi)用，并有利于后續(xù)的污水處理；采用短流程密閉方式進(jìn)行操作，且能夠大幅度降低含油污泥的產(chǎn)生量，因此不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。為應(yīng)對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的工況，人們對(duì)設(shè)備的分離性能要求越來(lái)越高，諸多學(xué)者專(zhuān)注于改進(jìn)優(yōu)化旋流器結(jié)構(gòu)、提高分離效率的研究。宋民航等提出了一種更緊湊的二次分離水力旋流器，以解決傳統(tǒng)液-液旋流器存在的問(wèn)題，并設(shè)計(jì)了分散相梯級(jí)聚結(jié)旋流器以實(shí)現(xiàn)梯級(jí)高效聚結(jié)，提高分離效率[30]。李新亞等研究了倒錐注氣強(qiáng)化井下油水分離旋流器的性能，實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果表明該方法可提高油水分離效率[31]。畢京賀等采用雷諾應(yīng)力模型和Eulerian多相流模型對(duì)軸流式旋流器分離性能進(jìn)行模擬研究，探索了溢流比、進(jìn)料比及入口流量等操作參數(shù)對(duì)分離效率的影響，并得出了最佳效率工況參數(shù)[32]。王振波等提出了一種新型的軸流式高效水力旋流器，此類(lèi)旋流器采用導(dǎo)葉方式代替切向入口，具有能耗低、操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)投入工程應(yīng)用并取得了良好的效果，成為工業(yè)上的重要設(shè)備之一[33]。

3""原油脫水工藝

目前大多數(shù)的油田生產(chǎn)過(guò)程中采用的工藝依舊是油氣水三相分離技術(shù)，即通過(guò)熱化學(xué)沉降分離、混凝沉降分離及電脫水等方法，將油氣水徹底分離開(kāi)來(lái)，以獲得合格的油[34，35]。然而傳統(tǒng)的原油脫水工藝存在著流程不密閉、加入藥品多及能耗高等問(wèn)題。目前許多研究工作主要集中在原油乳狀液的化學(xué)和熱處理上。然而，對(duì)于將高效、低耗的方法相結(jié)合形成新工藝，進(jìn)行油水分離的研究和進(jìn)展還不夠，以下3個(gè)工藝改進(jìn)方向可供參考。

3.1""設(shè)置有效的預(yù)處理

在進(jìn)行含水原油的脫水之前，必須實(shí)施適當(dāng)?shù)念A(yù)處理步驟。原因在于從油井產(chǎn)出的含水原油本身存在多個(gè)問(wèn)題，包括溫度過(guò)低、高度乳化及高泥沙含量等，這些問(wèn)題會(huì)對(duì)后續(xù)的脫水處理效果產(chǎn)生影響。為了能夠高效地進(jìn)行含水原油的脫水，首先需要對(duì)其脫水難度進(jìn)行分析，并選擇適合的脫水處理方法進(jìn)行進(jìn)一步處理。例如，在進(jìn)行旋流分離前首先通過(guò)重力沉降池分離出采出液中的部分泥沙，以防對(duì)后續(xù)精細(xì)設(shè)備造成磨蝕，加速老化，影響分離性能。此外，在對(duì)含水原油進(jìn)行初步的脫水處理時(shí)，可以添加適量的破乳劑，并進(jìn)行加熱操作以加速破乳，提高分離效果。

3.2""選擇合適的破乳劑

在目前大部分煉廠使用的原油脫水工藝中，破乳劑是必不可少的。由于原油的化學(xué)成分復(fù)雜性且具有多樣性，不同性質(zhì)的原油乳液需要采用特定的破乳劑配方，因此選擇適當(dāng)?shù)钠迫閯┲陵P(guān)重要。在選擇破乳劑時(shí)，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行詳細(xì)分析，考慮處理溫度、處理量及脫水速度等條件合理選擇，實(shí)現(xiàn)最有效的破乳。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，破乳劑的作用可能存在嚴(yán)重的滯后問(wèn)題[36]，甚至需要半個(gè)小時(shí)才能完全發(fā)揮作用。因此，需要制定完善的使用制度并科學(xué)添加適當(dāng)?shù)钠迫閯┦褂昧俊?/p>

隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，尋找更加環(huán)保、相對(duì)便宜，且針對(duì)稠油、老化油、含聚油效率高的破乳劑已成一個(gè)重要的研究方向。天然材料、化工廢物等可再生資源的利用備受關(guān)注，這些具有界面活性的物質(zhì)在分解重質(zhì)原油乳液中可以取代傳統(tǒng)的不太環(huán)保的化學(xué)品。目前，研究人員主要探索以天然材料和化工廢物為來(lái)源的化合物作為破乳劑[37]。例如，ADEWUNMI"A A和KAMAL M S使用粉煤灰對(duì)油包水乳狀液進(jìn)行破乳，并證明其具有的破乳能力[38]；BUSU"T N Z T M等發(fā)現(xiàn)，油棕空心果殼（OPEFB）有機(jī)溶劑制漿過(guò)程產(chǎn)生的木質(zhì)纖維素溶液具有較高的破乳性能，在最佳條件下可以實(shí)現(xiàn)完全相分離[39]；ATTA"A M等基于腰果油的新型非離子腰果醇表面活性劑同樣表現(xiàn)出很好的破乳效果，顯示出單一兩親原油破乳劑的潛力[40]。這些研究成果有望推動(dòng)石油行業(yè)向更加環(huán)保、可持續(xù)的方向發(fā)展。

3.3""新工藝思路的討論

隨著采出液中黏度、乳化程度越來(lái)越大，依靠常見(jiàn)的原油脫水方法形成的工藝已經(jīng)不能解決實(shí)際需要，針對(duì)傳統(tǒng)處理工藝存在的問(wèn)題，提出“短流程、全密閉、一體化處理”設(shè)計(jì)方案。筆者整理調(diào)研了關(guān)于將多種新型脫水方法耦合連用，形成的新處理思路，希望能給新工藝的設(shè)計(jì)進(jìn)行參考。

3.3.1 "電場(chǎng)-旋流耦合設(shè)備脫水

單獨(dú)使用離心力場(chǎng)已無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)復(fù)雜采出液工況的有效分離需求。因此有學(xué)者提出了電場(chǎng)-旋流場(chǎng)耦合強(qiáng)化的方法，利用高電場(chǎng)加速液滴的聚結(jié)，增強(qiáng)旋流器的油水分離性能。這種方法通過(guò)施加外力和場(chǎng)能，耦合了電場(chǎng)和旋流場(chǎng)，在旋流器內(nèi)部施加電場(chǎng)，可以同時(shí)進(jìn)行電聚結(jié)和離心分離過(guò)程。相對(duì)于單獨(dú)使用離心力場(chǎng)分離的方法，它具有聚結(jié)速度快、處理效率高、體積小及全程密閉等優(yōu)點(diǎn)[41]。

在電場(chǎng)-旋流場(chǎng)耦合設(shè)備的設(shè)計(jì)方面，研究人員做了很多工作。王永偉等設(shè)計(jì)了一種旋轉(zhuǎn)式耦合裝置，液體進(jìn)入旋流器后，通過(guò)高壓電場(chǎng)與旋流場(chǎng)的共同作用，液滴可以快速聚結(jié)并相互分離[42]。這種裝置的主要部件結(jié)構(gòu)可以更換，便于針對(duì)不同工況設(shè)計(jì)內(nèi)部特定構(gòu)件尺寸，適應(yīng)不同組分的乳狀液破乳。胡康根據(jù)柱狀旋流器和電聚結(jié)器的結(jié)構(gòu)體特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了柱狀旋流-電聚結(jié)裝置。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作性較高，電場(chǎng)分布均勻，內(nèi)部使用圓柱電極，方便調(diào)節(jié)極間間距，使其內(nèi)部液滴在旋流場(chǎng)中更充分地受到高電場(chǎng)的作用[43]。

3.3.2""超聲波-電場(chǎng)聯(lián)合脫水工藝

在生產(chǎn)過(guò)程中，破乳劑的使用使得污水處理的難度加大、經(jīng)濟(jì)費(fèi)用提高。為了解決這個(gè)問(wèn)題，有學(xué)者提出使用超聲波-電場(chǎng)聯(lián)合破乳技術(shù)的方法，可以在不添加破乳劑的情況下實(shí)現(xiàn)乳化液的破乳。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在實(shí)際工程中得到應(yīng)用，不僅減輕了后續(xù)污水處理的壓力，同時(shí)也滿(mǎn)足了環(huán)保要求，提高了經(jīng)濟(jì)收益。通過(guò)這種技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)原油的高效處理，同時(shí)降低了環(huán)境影響和成本壓力。

葉國(guó)祥等設(shè)計(jì)了室內(nèi)超聲波-電脫鹽的實(shí)驗(yàn)流程，在不同溫度下超聲波-電聯(lián)合工藝脫鹽脫水的結(jié)果與二級(jí)電脫鹽脫水工藝進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)脫鹽、脫水效率均是超聲波-電聯(lián)合工藝更佳[44]。薛彩霞和陳玉涌在原有二級(jí)交直流電脫鹽技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，將超聲波裝置安裝在進(jìn)罐原油線上，原油加熱到一定溫度后，經(jīng)混合閥后分兩路進(jìn)入超聲波作用區(qū)，經(jīng)超聲波作用后的原油再進(jìn)入電脫鹽罐脫鹽、脫水，與原有二級(jí)交直流電脫鹽相比，超聲波-電脫鹽技術(shù)脫出效率更高、經(jīng)濟(jì)效益好[45]。

3.3.3""旋流-電場(chǎng)聯(lián)合脫水工藝

為了更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)稠油采出液的有效分離，降低加熱負(fù)荷，提高經(jīng)濟(jì)效益，提出了一種旋流-電場(chǎng)聯(lián)合脫水工藝（圖1）。在該工藝中，稠油、超稠油的采出液首先進(jìn)入旋流單元，通過(guò)利用離心力場(chǎng)進(jìn)行預(yù)處理，在旋流的聚結(jié)作用下，小油滴被聚集成大粒徑的油滴，并通過(guò)旋流器溢流口從連續(xù)相中分離出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)油相和水相預(yù)分離。接下來(lái)，采出液進(jìn)入加熱裝置進(jìn)行加熱，使溫度滿(mǎn)足電脫水裝置要求，并進(jìn)入一級(jí)電脫水裝置，電場(chǎng)力作用于油相中的小粒徑水滴，收到電泳的作用，這些小水滴逐漸聚結(jié)形成大水滴，最終沉降分離。完成一級(jí)快速電脫水后，采出液進(jìn)入二級(jí)電脫水裝置進(jìn)行高頻脈沖電脫水。在此過(guò)程中，脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)波導(dǎo)致油水界面的流動(dòng)，微米級(jí)的細(xì)小水滴被聚集并沉降分離。這時(shí)采出液完成第三次脫水處理。最后，采出液通過(guò)換熱器進(jìn)行熱量回收，以便進(jìn)一步處理或儲(chǔ)存。

相對(duì)于單獨(dú)使用離心力場(chǎng)或電場(chǎng)進(jìn)行油水分離的方法，旋流-電場(chǎng)聯(lián)合脫水工藝具有聚結(jié)速度快、處理效率高及全程密閉等優(yōu)點(diǎn)。此外，本工藝路線無(wú)需添加破乳劑，避免了破乳劑對(duì)采出液的污染，緩解后續(xù)污水處理壓力，并且降低了處理成本。通過(guò)一級(jí)旋流、二級(jí)電脫處理，本工藝脫水效率可達(dá)99%以上，并且此路線全程密閉、無(wú)污染，符合“短流程、全密閉、一體化處理”方案。

4""結(jié)束語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)許多油田已進(jìn)入開(kāi)發(fā)中后期，這導(dǎo)致采出液中的原油乳化程度的提高和質(zhì)量的下降，對(duì)原油的破乳脫水造成了困難。在這樣對(duì)環(huán)境保護(hù)要求日益嚴(yán)格的背景下，需要開(kāi)發(fā)出既高效又對(duì)環(huán)境影響小的原油脫水方法。展望未來(lái)，提高原油脫水質(zhì)量有幾個(gè)途徑值得重視：第一，針對(duì)工藝相對(duì)固定的流程，可以從設(shè)備優(yōu)化和破乳劑選型方面入手，研制新型的脫水設(shè)備和環(huán)保的破乳劑，以改善原油脫水效果；第二，可以將傳統(tǒng)的破乳方法與新型的脫水方法相結(jié)合，形成短流程、全密閉、一體化的新工藝，這是當(dāng)前解決原油脫水問(wèn)題和減小環(huán)境污染的研發(fā)趨勢(shì)。

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（收稿日期：2023-10-19，修回日期：2023-12-01）

基金項(xiàng)目：山東省自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號(hào)：ZR2020MB137）資助的課題。

作者簡(jiǎn)介：彭書(shū)赫（1999-），碩士研究生，從事多相流專(zhuān)業(yè)方向的研究工作。

通訊作者：孫治謙（1983-），副教授，從事多相流動(dòng)與分離的研究，sunzhq@upc.edu.cn。

引用本文：彭書(shū)赫，周忠凱，尹宏，等.原油采出液脫水工藝方法研究進(jìn)展[J].化工機(jī)械，2024，51（6）：000-000.