LD5-2原油油水分離研究

曹振興，李春賢，申明周，崔新安

LD5-2原油油水分離研究

曹振興，李春賢，申明周，崔新安

（中石化煉化工程（集團(tuán)）股份有限公司洛陽技術(shù)研發(fā)中心， 河南 洛陽 471003）

以LD5-2海上稠油為研究對(duì)象，研究了該油田在開采過程中存在的油水分離問題。通過分析LD5-2采出液及原油性質(zhì)，探討了稠油油水分離動(dòng)力，并考察了溫度、電壓等參數(shù)對(duì)油水分離工藝的影響。研究結(jié)果表明： LD5-2原油具有特稠油的性質(zhì)，粘度高、常溫難以流動(dòng)，同時(shí)又具有較小的油水密度差，造成油水分離困難；通過優(yōu)化，在溫度130 ℃、破乳劑A1用量400 μg·g-1、電壓1 200 V、停留時(shí)間45 min條件下原油脫后含水可滿足<5%的外輸要求；油水分離溫度、電壓及破乳劑對(duì)LD5-2脫水效果影響較大； 40%含水的采出液粘度存在突增現(xiàn)象，應(yīng)予以重視。

稠油；油水分離；電脫水；海上

稠油具有粘度高、密度高的特點(diǎn), 全球范圍內(nèi)儲(chǔ)量要超過輕質(zhì)原油，國(guó)外對(duì)稠油統(tǒng)稱為重質(zhì)原油，而國(guó)內(nèi)則將其細(xì)分為普通稠油、特稠油和超稠油，劃分標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)粘度和密度兩個(gè)指標(biāo)，以粘度為第一指標(biāo)，密度為輔助[1,3]。隨著輕質(zhì)原油開采進(jìn)入中后期和稠油開采技術(shù)的日趨成熟,稠油作為重要戰(zhàn)略儲(chǔ)備的地位越來越重要,但同時(shí)也對(duì)開采和運(yùn)輸提出了新的挑戰(zhàn)[4]。

海上平臺(tái)因其自身的結(jié)構(gòu)特征，對(duì)設(shè)備尺寸、重量存在嚴(yán)格的限制，而與常規(guī)原油的油水分離過程相比，稠油因其粘度高、油水密度差小的原因往往需要較大的處理空間和較長(zhǎng)的停留時(shí)間，這一矛盾導(dǎo)致海上油水分離困境加劇。據(jù)統(tǒng)計(jì)渤海海域80%以上的儲(chǔ)量屬于稠油油藏[5]，開發(fā)困難。因此本文以LD5-2油田采出液為研究對(duì)象，分析探討了稠油的油水分離動(dòng)力，優(yōu)化了油水分離過程的參數(shù)，為后期該地區(qū)稠油油井的開發(fā)提供了一定的技術(shù)參考。

1 原油性質(zhì)

本試驗(yàn)所用原料為L(zhǎng)D5-2原油采出液，其主要的物性分析見表1和圖1所示。

表1 原油主要物性分析結(jié)果

從表1分析數(shù)據(jù)和圖1可以看出：LD5-2油田采出的乳狀液具有密度大、鹽含量高、粘度大等特點(diǎn)，在室溫下難以流動(dòng)，且原油密度已然略大于水的標(biāo)準(zhǔn)密度，油水分離難度十分困難。

圖1 LD5-2采出液形貌

2 試驗(yàn)儀器與方法

2.1 試驗(yàn)儀器

本試驗(yàn)用到的儀器有：電脫水試驗(yàn)儀、萬能擊穿裝置、電子天平、下排水不銹鋼罐、水含量分析儀。

2.2 試驗(yàn)方法

2.1.1 電脫水方法

將配置好的油樣和破乳劑加入試驗(yàn)罐內(nèi)，在試驗(yàn)溫度下預(yù)熱15 min，然后混合100次，進(jìn)行各種條件的脫水試驗(yàn)；試驗(yàn)完成后，從下部排出水量并進(jìn)行稱重計(jì)量，最后計(jì)算出油中含水。

2.1.2 乳狀液制備方法

高含水乳狀液制備方法：以含水17.88%的乳化原油為基礎(chǔ)，在鋼質(zhì)罐內(nèi)加入適量的油樣，然后加入計(jì)量好的蒸餾水，在試驗(yàn)溫度下預(yù)熱15 min，手工振蕩混合100次，進(jìn)行高含水試驗(yàn)用油的配制。

2.1.3 水含量計(jì)算方法

脫后油中含水按下式計(jì)算：

式中:—脫后油中含水百分比；

1—脫前油中總含水量，g；

2—脫后罐底排水量，g；

—試樣總重量，g。

3 沉降動(dòng)力分析

3.1 沉降原理

水滴在油連續(xù)相中的沉降速度可以用Stoke公式表示：

式中：S—沉降速度，m·s-1；

—水滴直徑，m；

w—水的密度，kg·m-3；

o—油相的密度，kg·m-3；

g—重力加速度，m·s-2；

—油相的動(dòng)力黏度，Pa·s。

從公式（2）中可以看出：水滴的沉降速度與水滴直徑、油水密度差成正比，而與連續(xù)相的黏度成反比。因此原油密度大、水含量低和粘度高是導(dǎo)致油水分離效率低的表觀因素。

3.2 沉降動(dòng)力分析

LD5-2采出液經(jīng)多級(jí)高溫脫水后的原油性質(zhì)見表2所示。從表2可以看出：經(jīng)多級(jí)電脫水后LD5-2原油含水可降至3.0% ，將其近似看作是LD5-2原油可以發(fā)現(xiàn)，原油的密度屬于超稠油的范圍，粘度屬于特稠油的范圍，因此LD5-2原油應(yīng)介于特稠油范圍。

表2 試驗(yàn)原油脫水后基本物性分析結(jié)果

與含水17.88%的采出液性質(zhì)相比，水含量降低后原油的密度波動(dòng)不大，粘度（80 ℃）則大幅降低，降幅比例達(dá)63%，但數(shù)值仍然較大，達(dá)到1 488 mm2·s-1，不易于水滴的沉降。利用瓦斯特公式[6]（Walther-ASTM）對(duì)LD5-2原油進(jìn)行了粘度計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 LD5-2N不同溫度下的密度及粘度計(jì)算

圖2 油水密度隨溫度變化曲線

圖3 LD5-2原油的粘溫曲線

圖4 LD5-2的stoke因子曲線

圖5 脫水溫度對(duì)脫后含水的影響

water content

圖6 電流監(jiān)測(cè)圖

4 結(jié)果與討論

4.1 油水分離溫度對(duì)脫水效果的影響

試驗(yàn)條件：60 g原油，破乳劑A1用200μg·g-1，溫度100~140 ℃，電壓1 100 V，時(shí)間40 min，進(jìn)行不同溫度裸電極脫水試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見圖5所示，試驗(yàn)過程中100 ℃的電流變化見圖6所示。

從圖5和6可以看出：在相同試驗(yàn)條件下，隨著脫水溫度的升高，原油的脫后含水率逐漸降低，130 ℃以后下降趨勢(shì)緩和，脫后含水可降低至6%左右。整個(gè)加壓過程中，0~6 min內(nèi)電流出現(xiàn)少許波動(dòng)，其余時(shí)間裝置運(yùn)行穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。

4.2 外加電壓對(duì)脫水效果的影響

試驗(yàn)條件：60 g原油，溫度130 ℃，破乳劑200μg·g-1，時(shí)間40 min，混合100次。不同電壓的裸電極試驗(yàn)結(jié)果見圖7所示所示。

圖7 外加電壓對(duì)脫后含水的影響

從圖7可以看出：隨著外加電壓的升高，原油脫后含水先降低后升高。電壓在1 200 V時(shí)脫后含水最低，其脫后含水可降低至5%以下，可優(yōu)選電壓1 200 V進(jìn)行后續(xù)參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)。

4.3 停留時(shí)間對(duì)脫水效果的影響

試驗(yàn)條件：60 g原油，溫度130 ℃，破乳劑200μg·g-1，電壓1 200 V，混合100次。不同停留時(shí)間的裸電極試驗(yàn)結(jié)果見圖8所示。

圖8 停留時(shí)間對(duì)脫后含水的影響

從圖8可以看出：隨著停留時(shí)間的延長(zhǎng)，脫后含水率逐漸降低，當(dāng)停留時(shí)間大于45 min后脫后含水開始出現(xiàn)些許波動(dòng)，但曲線走勢(shì)變化不大，脫后含水基本保持不變。

4.4 破乳劑用量對(duì)脫水效果的影響

試驗(yàn)條件：溫度130 ℃，電壓1 200 V，時(shí)間45 min，混合100次。破乳劑A1使用量的考察試驗(yàn)結(jié)果見圖9所示。

圖9 破乳劑用量對(duì)脫后含水的影響

從圖9可以看出：隨著破乳劑使用量的增加，脫后含水率呈現(xiàn)逐步下降趨勢(shì)，當(dāng)破乳劑用量增加到400μg·g-1時(shí)出現(xiàn)最低點(diǎn)，脫后含水低于5%，破乳劑用量在400~500μg·g-1區(qū)間脫后含水基本保持不變，超過500μg·g-1則開始呈現(xiàn)些許上升態(tài)勢(shì)。

4.5 采出液含水比例對(duì)粘度的影響

考慮到開采時(shí)注水量的影響，模擬分析了不同含水量的采出液在不同溫度下的粘度變化。試驗(yàn)結(jié)果見圖10所示。

從圖10可以看出：50～90 ℃條件下的粘度變化曲線均顯示粘度隨含水量的增加先逐步增大后減小，其轉(zhuǎn)折點(diǎn)在40%含水左右。鑒于原油自身粘度業(yè)已很高不利于脫水，同時(shí)參照《原油電脫水設(shè)計(jì)規(guī)范》的粘度要求，建議避開40%乳化液的開采工況。

圖10 粘度與含水量的關(guān)系

5 結(jié)論

通過對(duì)LD5-2原油油水分離過程的理論分析和脫水參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)研究，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）LD5-2原油兼有特稠油和超稠油的性質(zhì)，粘度高，常溫難以流動(dòng)，同時(shí)油水密度差較小，油水分離動(dòng)力不足。

（2）在優(yōu)化條件下：溫度130 ℃、破乳劑A1用量400 μg·g-1、電壓1 200 V、停留時(shí)間45 min，原油脫后含水可控制在5%范圍內(nèi)滿足原油外輸要求，同時(shí)裝置正常運(yùn)行。

（3）在油水分離過程中，影響因素較大的是油水分離溫度、電壓及破乳劑使用量。

（4）在LD5-2原油的開采過程中應(yīng)避免出現(xiàn)40%含水的采出液，防止粘度的突增對(duì)油水分離效果的影響。

［1］ 于連東.世界稠油資源的分布及其開采技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J].特種油氣藏,2001,8(2):98-103

［2］ 張兵強(qiáng).中原油田毛8區(qū)塊稠油乳化特性及脫水工藝研究[D].西南石油大學(xué),2013.

［3］ 臧秀萍.淺談遼河油區(qū)稠油集輸工藝技術(shù)[J].特種油氣藏,2008.4,15(2):100-105.

［4］ Iva Kralova , Johan Sj?blom and Gisle ?ye,et al. Heavy Crude Oils/Particle Stabilized Emulsions[J]. Advances in Colloid and Interfaces Science ,2011,169:106-127.

［5］ 戴煥棟,龔再升.中國(guó)近海油氣田開發(fā)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2003:1-279.

［6］ 楊筱蘅,張國(guó)忠.輸油管道設(shè)計(jì)與管理[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004:80-87.

［7］ Erik Sellman,Gary Sams , S. Pavan Kumar Mandewalkar. Improved Crude Oil Dehydration OPEX using Advanced Electrostatic Forces[C]. Kuwait: SPE163305,2012.

Research on Oil/Water Separation of LD5-2 Heavy Oil

,,,

（SEG Luoyang R&D Center of Engineering Technology, Henan Luoyang 471003, China）

The issue of oil/water separation in LD5-2 oilfield exploring process was studied. The oil/water separation drive of heavy oil was investigated on the basis of properties of LD5-2 produced liquid and crude oil, effect of the dehydration temperature, voltage and other parameters on the oil/water separation process was researched. The results show that,LD5-2 crude oil belongs to extra-heavy oil, it cannot flow at normal temperature because of high viscosity, and the oil/water density difference is small, which cause the difficulty of water oil separation. Under the optimized conditions of 90 ℃, 1 200 V AC, 45min residence time, 200 μg/g dosage of A1 emulsion breaker, the water content in dehydrated oil is lower than 5%,which can meet the transport specification. The dehydration temperature, voltage and demulsifier have obvious effect to oil/water separation of LD5-2 heavy oil. More attention should be pay to the produced liquid with 40% water content because it has the viscosity sudden increase phenomenon.

Heavy oil ; Oil-water separation; Electric desalting; Offshore

TE 133

A

1671-0460（2017）12-2486-04

2017-05-11

曹振興（1985-），男，河南省洛陽市人，工程師，碩士，2011年畢業(yè)于中鋼集團(tuán)洛陽耐火材料研究院材料學(xué)專業(yè)，研究方向：煉油裝置工藝防腐工作。E-mail：caozx.lpec@sinopec.com。