渤海油田油水離心分離效果評(píng)價(jià)及影響因素

王宇飛，趙順超，陳華興，方 濤，龐 銘，方 舟

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300450）

目前，渤海油田含水率大于85%的高含水井已占到在生產(chǎn)井?dāng)?shù)的40.5%，大量的產(chǎn)出水會(huì)產(chǎn)生大量的處理和操作費(fèi)用，且目前很多平臺(tái)水處理設(shè)備已達(dá)到了負(fù)荷極限[1]。利用井下油水分離技術(shù)，將分離出來(lái)的富含油產(chǎn)液通過(guò)電泵舉升到地面，而分離出的低含油污水能注入到同井的目標(biāo)層段，可以減少不必要的產(chǎn)水量，減輕平臺(tái)水處理流程負(fù)荷，為提液增產(chǎn)措施預(yù)留空間[2-3]。成功地應(yīng)用井下油水分離技術(shù)不僅需要對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的工藝細(xì)節(jié)、油藏特性有成熟的把控，還需要對(duì)產(chǎn)出液本身的油品性質(zhì)及油水分離特性有深刻的認(rèn)識(shí)[4]。本文選取渤海油田代表性的4組油樣，利用高速離心機(jī)分別實(shí)驗(yàn)?zāi)M離心時(shí)間、離心轉(zhuǎn)速及添加破乳劑情況下不同油樣在井下油水分離裝置中的油水分離特性，利用濁度儀評(píng)判油水分離效果，并進(jìn)行了巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，對(duì)油水分離出來(lái)的分離水進(jìn)行了巖心傷害實(shí)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)原理分析

井下油水分離裝置多采用錐式或管式旋流器，地層產(chǎn)液進(jìn)入旋流器產(chǎn)生旋流，由于油、水存在密度差，所受離心力不同，實(shí)現(xiàn)油水分離[6]。本次研究采用高速離心機(jī)模擬采出液在井下油水分離的過(guò)程。采出液在井下油水分離裝置的旋流器中加速度范圍在1 000~3 000 G之間，高速離心機(jī)的轉(zhuǎn)速最高為12 000 rpm，實(shí)驗(yàn)離心機(jī)離心半徑為10 cm，根據(jù)公式（1）計(jì)算，離心機(jī)內(nèi)液體加速度范圍在1 000 ~16 000 G之間。通過(guò)調(diào)整離心機(jī)轉(zhuǎn)速，模擬采出液在井下油水分離裝置不同工況的分離情況。

式中：n為轉(zhuǎn)速，rpm；r為旋轉(zhuǎn)半徑，cm；G為重力加速度，9.8 m/s2。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 實(shí)驗(yàn)方法和步驟

實(shí)驗(yàn)用采出液選取岐口17-2-P32、埕北B11、綏中36-1-C5、錦州9-3-E3-4這四口井中含水率大于90%的高含水采出液，其原油黏度、密度等物性有一定差距，可以很好地代表渤海油田適用于油水分離工藝技術(shù)的采出液特征，原油物性參數(shù)見(jiàn)表1。此實(shí)驗(yàn)需用到恒溫水浴、高速離心機(jī)、含油分析儀、濁度儀、巖心驅(qū)替裝置，實(shí)驗(yàn)巖心采用人造巖心。

實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)部分：油水分離實(shí)驗(yàn)和分離水驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。油水分離實(shí)驗(yàn)探究不同油品性質(zhì)的采出液在不同離心時(shí)間、不同離心轉(zhuǎn)速及添加破乳劑時(shí)對(duì)最終分離效果的影響。分離水驅(qū)替實(shí)驗(yàn)研究經(jīng)過(guò)油水分離后的分離水對(duì)巖心的傷害程度[5]。

表1 原油樣品物性

油水分離實(shí)驗(yàn)步驟為：

（1）洗凈100 mL離心管若干待用，取井口采出液待用。

（2）自然沉降分離情況觀測(cè)：將采出液分別倒入100 mL離心管中，每樣次100 mL，于60 ℃實(shí)驗(yàn)條件下靜置30 min觀察未加藥條件下的油水分離情況；平行開(kāi)展相同條件下的一組樣品，加入40 ppm破乳劑進(jìn)行第二組對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

（3）離心條件下分離情況觀測(cè)：將采出液分別倒入離心管中，于60 ℃實(shí)驗(yàn)條件下離心3 min（ 轉(zhuǎn) 速 3 000 rpm、6 000 rpm、9 000 rpm、12 000 rpm）觀察油水樣；平行準(zhǔn)備另一組樣品，樣品中分別加入40 ppm破乳劑，在相同條件下進(jìn)行第二組對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

（4）實(shí)驗(yàn)后樣品進(jìn)行宏觀對(duì)比，并測(cè)試濁度。分離水驅(qū)替實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)步驟為：

（1）巖心洗油，烘干，測(cè)試滲透率和孔隙度，巖心抽空飽和模擬地層水24 h以上。

（2）將模擬地層水以0.75 mL/min流速驅(qū)替巖心并測(cè)試初始滲透率。

（3）將現(xiàn)場(chǎng)取回未過(guò)濾產(chǎn)出水撇除上部浮油，于儲(chǔ)層溫度下離心3 min后驅(qū)替巖心，實(shí)驗(yàn)水樣中加入40 ppm破乳劑進(jìn)行第二組對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

2.2 離心時(shí)間對(duì)分離效果的影響

對(duì)比重力分離情況下，不同分離時(shí)間及加藥對(duì)分離效果的影響：取岐口17-2-P32井采出液置于兩個(gè)燒杯中，一個(gè)燒杯中加破乳劑40 ppm，另一個(gè)燒杯不加藥。60 ℃水浴30 min后，分別取下層分離清液于離心瓶。離心機(jī)以3 000 rpm的轉(zhuǎn)速，分別分離1.5 min/5 min后加入正己烷（圖1），可以看出加入破乳劑的樣品較不加破乳劑的清澈。觀察發(fā)現(xiàn)離心1.5 min與離心5 min處理后的樣品沒(méi)有顯著區(qū)別，判斷離心時(shí)間對(duì)最終的油水分離效果沒(méi)有較大影響，破乳劑對(duì)油水分離有促進(jìn)作 用。

圖1 離心分離3 000 rpm，實(shí)驗(yàn)時(shí)間1.5 min（左圖）和5 min（右圖），左側(cè)未加破乳劑，右側(cè)添加破乳劑

2.3 離心轉(zhuǎn)速對(duì)分離效果的影響

對(duì)比不同轉(zhuǎn)速對(duì)分離效果的影響，取埕北-B11、岐口17-2-P32、錦州9-3-E3-4、綏中36-1-C5采出液置于燒杯中，60 ℃水浴30min后，分別取下層分離清液于離心瓶（圖2）?？梢钥闯鲔舯?B11井采出液渾濁，而錦州9-3-E3-4井采出液及綏中36-1-C5井采出液較為清澈。

圖2 自左向右分別為埕北-B11、岐口17-2-P32、錦州9-3-E3-4、綏中36-1-C5井采出液

利用高速離心機(jī)對(duì)采出液進(jìn)行離心分離，研究采出液在不同轉(zhuǎn)速條件下的分離特性。取采出液下層清液于離心管中，轉(zhuǎn)速設(shè)置為3 000 rpm、6 000 rpm和9 000 rpm，離心后的狀態(tài)見(jiàn)圖3。和實(shí)驗(yàn)前對(duì)比，離心分離效果明顯，且轉(zhuǎn)速越大，分離效果越好。

圖3 自左向右分別為埕北-B11、岐口17-2-P32、錦州9-3-E3-4、綏中36-1-C5井采出液離心實(shí)驗(yàn)后狀態(tài)，轉(zhuǎn)速?gòu)淖蟮接覟? 000 rpm、6 000 rpm和9 000 rpm

選取離心后離心瓶中下層清液，利用濁度儀測(cè)量濁度，結(jié)果見(jiàn)表2?？梢钥闯鲛D(zhuǎn)速與濁度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，轉(zhuǎn)速越高濁度越小。初始溶液濁度越高，離心分離后濁度越高。結(jié)果表明，綏中36-1-C5和錦州9-3-E3-4濁度最低，分離效果最好，分離后溶液幾乎為澄清狀。岐口17-2-P32分離效果較好，埕北-B11分離效果較差。圖4為轉(zhuǎn)速與濁度的關(guān)系曲線(xiàn)，從曲線(xiàn)可以看出，轉(zhuǎn)速的提升對(duì)分離效果的增強(qiáng)存在著邊際效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)轉(zhuǎn)速為6 000 rpm（約4 000 G）時(shí)，錦州9-3-E3-4、綏中36-1-C5井采出液濁度存在著拐點(diǎn)，當(dāng)離心轉(zhuǎn)速超過(guò)6 000 rpm后，轉(zhuǎn)速的提升對(duì)分離效果沒(méi)有明顯的促進(jìn)作用。

表2 不同轉(zhuǎn)速離心后液體濁度（NTU）

圖4 轉(zhuǎn)速與濁度關(guān)系（NTU）

2.4 破乳劑對(duì)分離效果的影響

研究破乳劑對(duì)分離效果的影響，取岐口17-2-P32、埕北-B11、綏中36-1-C5、錦州9-3-E3-4采出液分別于燒杯中水浴加熱60 ℃，取下層采出液于離心管中，加40 ppm破乳劑，水浴加熱60 ℃30 min。將水浴后的離心管置于離心機(jī)中，分別設(shè)定3 000 rpm、6 000 rpm、9 000 rpm，離心時(shí)間3 min。

圖5為采出液加入破乳劑和未加破乳劑實(shí)驗(yàn)后的照片對(duì)比，可以明顯看出加入破乳劑對(duì)油水分離的效果。利用濁度儀，分別測(cè)量各采出液實(shí)驗(yàn)后的濁度，結(jié)果見(jiàn)表3、表4。

圖5 依次為埕北-B11、岐口17-2-P32、錦州9-3-E3-4、綏中36-1-C5井采出液添加破乳劑40 ppm及未添加破乳劑離心后狀態(tài)

表3 離心實(shí)驗(yàn)后采出液濁度（加破乳劑40 ppm）

表4 離心實(shí)驗(yàn)后采出液濁度（未加破乳劑）

2.5 分離水巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

首先根據(jù)地層水礦化度配置模擬地層水，巖心抽空飽和模擬地層水24 h，將模擬地層水以0.75 mL/min流速驅(qū)替巖心。然后將岐口17-2-P32井采出液撇除上部浮油，于儲(chǔ)層溫度下以3 000 rpm離心3 min后驅(qū)替巖心，實(shí)驗(yàn)水樣中加入40 ppm破乳劑進(jìn)行第二組對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

圖6為驅(qū)替過(guò)程中，注入倍數(shù)與滲透率變化的關(guān)系。從驅(qū)替結(jié)果可以看出，加入破乳劑的第二組最終滲透率與驅(qū)替模擬地層水穩(wěn)定時(shí)的滲透率相差不大，而未加破乳劑的第一組最終滲透率與驅(qū)替模擬地層水穩(wěn)定時(shí)的滲透率相比，下降幅度較大。由此可知，加入破乳劑有利于減輕注入的流體對(duì)地層的傷害。

圖6 注入倍數(shù)和滲透率變化關(guān)系

3 結(jié)論

（1）通過(guò)離心時(shí)間對(duì)分離效果影響實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采出液離心時(shí)間1.5 min與離心5 min沒(méi)有顯著區(qū)別，說(shuō)明離心時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)最終的分離效果沒(méi)有顯著影響。

（2）離心轉(zhuǎn)速對(duì)分離效果有顯著影響，轉(zhuǎn)速越大，油水分離效果越好。但轉(zhuǎn)速的提升對(duì)分離效果的增強(qiáng)存在著邊際效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，錦州9-3-E3-4、綏中36-1-C5井的最佳分離轉(zhuǎn)速為6 000 rpm（約4 000 G），當(dāng)離心轉(zhuǎn)速超過(guò)6 000 rpm后，轉(zhuǎn)速的提升對(duì)分離效果沒(méi)有明顯的促進(jìn)作用。

（3）實(shí)驗(yàn)表明，添加破乳劑可顯著提升油水分離效果，但添加破乳劑時(shí)需注意破乳劑的用量及與采出液的配伍性，不當(dāng)?shù)厥褂闷迫閯?huì)導(dǎo)致沉淀產(chǎn)生。分離水驅(qū)替實(shí)驗(yàn)表明，添加適量破乳劑有利于減輕注入水對(duì)地層的傷害。