含聚合物采出液室內(nèi)電脫水實(shí)驗(yàn)研究

張 強(qiáng)，王寶輝，隋 欣

（東北石油大學(xué)石油與天然氣化工省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶163318）

目前，國內(nèi)大多數(shù)油田已經(jīng)進(jìn)入油田開發(fā)的中后期的高含水階段，采出液中的含水率不斷提高。采出液的高含水率不僅會(huì)加速設(shè)備的老化，還會(huì)增加機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷，增加成本，而且還會(huì)引起堵塞管道、蒸餾塔運(yùn)轉(zhuǎn)不正常、催化劑活性降低等嚴(yán)重后果[1-3]。通常外輸原油的含水率要求低于0.5%，所以，原油脫水是在外輸之前非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)[4]。

原油脫水主要是脫水原油中的乳化水和游離水，乳化水在原油中以非常穩(wěn)定的形態(tài)存在，這樣就形成了穩(wěn)定的原油乳狀液[5-9]。破乳技術(shù)的關(guān)鍵就是破壞油水的界面膜，促進(jìn)水滴的聚集和沉降，從而達(dá)到油水分離的目的[10]。在眾多破乳方法中，電脫水因其具有高效、快速、脫水效果好的特點(diǎn)，在油田采出液的脫水處理中被廣泛應(yīng)用[11-13]。

本文通過對大慶油田某采油廠含聚采出液進(jìn)行處理，對采出液進(jìn)行電脫水試驗(yàn)，確定了最佳的破乳劑投加量，并對不同濃度的含聚采出液進(jìn)行分析，找到了采出液聚合物濃度與電脫水效果之間的規(guī)律，并測定了電脫水器所允許的最大場強(qiáng)，從而確定了電脫水處理過程中的最佳工藝條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和材料

石油醚、二甲苯、室內(nèi)電脫水器、破乳劑（大慶某采油廠）、原油為大慶某采油廠提供的不同含聚濃度的采出液。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

取500mL 乳化均勻的含聚采出液，向其中投加破乳劑，進(jìn)行電脫水試驗(yàn)，觀察電流曲線變化及電脫水器運(yùn)行情況，電脫水試驗(yàn)結(jié)束后，計(jì)算油中含水量及水中含油量的變化情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同含聚濃度采出液擊穿場強(qiáng)實(shí)驗(yàn)

取不同濃度的含聚采出液的穩(wěn)定狀態(tài)下的乳狀液，置于500mL 容器中進(jìn)行電脫水實(shí)驗(yàn)，確定不同含聚濃度采出液的最大擊穿場強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 不同含聚濃度采出液擊穿場強(qiáng)變化Fig.1 Breakdown field strength variation of poly produced liquid with different concentration

聚合物在界面上的濃度分布不均形成負(fù)的界面張力梯度，使得膜排水作用降低。從圖1 可以看出，隨著采出液聚合物含量的增加擊穿場強(qiáng)逐漸降低。當(dāng)聚合物濃度大于803mg·L-1之后，擊穿場強(qiáng)呈明顯下降趨勢，脫水電場穩(wěn)定性變差。

2.2 破乳劑濃度的選擇

取含聚濃度為803mg·L-1的原油，分別按濃度為0、10、20、30mg·L-1的投加量向原油中加入破乳劑，進(jìn)行電脫水試驗(yàn)，電脫水后測定原油的油中含水量及水中含油量，確定最佳的破乳劑投加量。

圖2 不同破乳劑投加量油中含水量變化Fig.2 Water content in oil variation by different demulsifier dosing

圖3 不同破乳劑投加量水中含油量變化Fig.3 Oil content in water variation by different demulsifier dosing

由圖2、3 可以看出，加入破乳劑后，油中含水量及水中含油量隨脫水時(shí)間增加逐漸減少，破乳劑濃度達(dá)到20mg·L-1時(shí)，破乳劑的加藥量對脫水效果影響幅度降低。考慮成本節(jié)能等實(shí)際問題，20mg·L-1的破乳劑加藥量為破乳劑的最佳用量。

2.3 不同含聚濃度采出液電脫水實(shí)驗(yàn)

分別取不同含聚濃度采出液進(jìn)行電脫水實(shí)驗(yàn)，觀察脫水電流變化，記錄實(shí)驗(yàn)過程中電流的變化情況，繪制電流曲線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 電脫水電流隨時(shí)間變化情況Fig.4 Electric dehydration current variations with time changes

從圖4 可以看出，在其他外部條件都相同的情況下，隨著聚合物濃度的增加，脫水電流增加，濃度越高，電流的穩(wěn)定時(shí)間加長。聚合物濃度越高，所需要的電脫水電流越大，并且越不容易進(jìn)行電脫水，完成電脫水所需要的時(shí)間越長。

2.4 電脫水機(jī)理分析

圖5 電脫水過程圖Fig.5 Electric dehydration processes

圖5 為在電脫水開始前將兩個(gè)電極置于原油的乳狀液中，在電場力的作用下，油水之間的界面膜強(qiáng)度降低，使得水滴在乳狀液中凝結(jié)，因?yàn)樵诰垓?qū)采出液中，由于存在著Fe3+、S2-以及機(jī)械雜質(zhì)等導(dǎo)電性物質(zhì)，使得原油乳狀液具有導(dǎo)電性能，水滴在電場力的作用下，沉降至容器底部，因?yàn)樵陔娒撍Y(jié)束后，電極置于油相當(dāng)中，而油相當(dāng)中導(dǎo)電性物質(zhì)較少，水滴沉降至底部，電流下降從而完成整個(gè)電脫水過程。

電脫水是指在電場和化學(xué)試劑的共同作用下，使原油乳狀液破乳從而實(shí)現(xiàn)油水分離的過程。在高壓電場力的作用下，細(xì)小的水滴會(huì)發(fā)生凝結(jié)，從而形成一個(gè)較大的水滴，由于油水密度差的存在，在重力的作用下，水滴沉降達(dá)到分離的效果。水滴在凝結(jié)過程中可以削化乳化膜的強(qiáng)度，改變膜的界面張力，同時(shí)，電場會(huì)產(chǎn)生靜電力，在靜電力的作用下，能夠加速水滴的運(yùn)動(dòng)速率，從而使動(dòng)能增加，在碰撞過程中，水滴之間就會(huì)彼此聚集，形成水滴分離出來。

3 結(jié)論

（1）投加破乳劑進(jìn)行電脫水實(shí)驗(yàn)，確定最佳的破乳劑投加量為20mg·L-1。

（2）隨著聚合物濃度的增加，脫水電流增加；濃度越高，電流的穩(wěn)定時(shí)間加長。采出液含聚濃度越高，越不容易進(jìn)行電脫水實(shí)驗(yàn)，當(dāng)濃度大于803mg·L-1時(shí)，所需要的電流加大，并且完成脫水過程的時(shí)間增長。

（3）采出液聚合物含量的增加擊穿場強(qiáng)逐漸降低。當(dāng)聚合物濃度大于803mg·L-1之后，擊穿場強(qiáng)呈明顯下降趨勢，脫水電場穩(wěn)定性變差。

（4）電脫水就是一個(gè)在電場力和化學(xué)試劑共同作用下，破壞原油乳狀液的界面膜強(qiáng)度，改變界面張力，使水滴不斷凝結(jié)，同時(shí)在靜電場力的作用下，水滴運(yùn)動(dòng)速率不斷加快，使水滴沉降出來，從而從原油中脫離出來的過程。

［1］胡同亮，楊柯，馬良軍，等.原油脫鹽脫水研究進(jìn)展［J］.撫順石油學(xué)院學(xué)報(bào),2003，23（3）:1-5.

［2］張鳳華，張永生，婁世松，等.原油電脫鹽技術(shù)研究進(jìn)展［J］.化工科技,2013,21（1）:71-74.

［3］梁志勇，孫甲，劉政，等.原油電脫鹽脫水技術(shù)的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展［J］.石油和化工設(shè)備,2012,15（1）:26-29.

［4］郭崇華.油田原油脫水技術(shù)探索［J］.工業(yè)技術(shù),2012,（17）:162.

［5］姜佳麗,茍社全,達(dá)建文,等.原油破乳研究進(jìn)展［J］.化工進(jìn)展,2009,28（2）:214-221.

［6］王亮，馮永訓(xùn)，董守平，等.電場破乳分散相液滴行為研究［J］.試驗(yàn)流體力學(xué),2010,24（2）:28-33.

［7］肖中華.原油乳狀液破乳機(jī)理及影響因素研究［J］.石油天然氣學(xué)報(bào),2008,30（4）:165-168.

［8］石斌龍,張謀真,程蟬，等.TA162824 原油破乳劑的復(fù)配［J］.化工進(jìn)展,2013,32（3）:678-680.

［9］張建,甘琴容,董守平.脈沖電破乳中液滴變形的研究［J］.油氣田地面工程,2006,25（3）:12-13.

［10］丁藝,陳家慶,尚超，等.W/O 型乳化液在矩形流道中的靜電聚結(jié)破乳研究［J］.石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào),2010,23（3）:11-16.

［11］?？∮?陳倩,陳家慶.高壓電場作用下的原油脫水性能［J］.油氣田地面工程,2010,29（5）:27-28.

［12］孫治謙，金有海，等.高頻脈沖電場參數(shù)對水滴極化變形的影響［J］.化工學(xué)報(bào),2012,63（10）:3112-3117.

［13］朱寶森,王新宇,陳慶國，等.高頻脈沖原油電脫水供電控制技術(shù)與裝置研制［J］.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012,17（4）:9-11.