破乳劑在原油脫水過程中的影響因素

張彥鑫(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

水在油田開發(fā)過程中一直伴生原油的開采而產(chǎn)出，尤其是在油田開發(fā)的中后期，油井含水不斷升高，產(chǎn)水量逐漸增多[1]。原油含水不僅增加了儲(chǔ)存、輸送、煉制過程中設(shè)備的負(fù)荷，也增加了升溫時(shí)的燃料消耗，同時(shí)，因產(chǎn)出水中含鹽等引起設(shè)備和管道的結(jié)垢及腐蝕。因此，原油脫水就成為油田開發(fā)過程中一個(gè)不可缺少的環(huán)節(jié)。原油脫水是指應(yīng)用物理或化學(xué)方法將以游離狀態(tài)或乳化液狀態(tài)伴隨在原油中的水分除去，使其所含水分達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的過程。脫水方法需根據(jù)原油性質(zhì)、含水率及乳化程度等，由試驗(yàn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來確定。

1 乳化液形成及危害

乳化是一種液體以極微小液滴均勻地分散在互不相溶的另一種液體中的作用。乳化是液-液界面現(xiàn)象，兩種不相溶的液體，如油與水，在容器中分成兩層，密度小的油在上層，密度大的水在下層。若加入適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┰趶?qiáng)烈的攪拌下，油被分散在水中，形成乳狀液，該過程叫乳化。

在原油開采過程中，原油從井底到地面的流動(dòng)過程中存在各種擾動(dòng)，尤其是流經(jīng)節(jié)流閥門、彎頭、三通時(shí)攪動(dòng)加劇，在乳化劑的作用下，部分水與油形成穩(wěn)定的乳狀液。乳化液密度小于水，大于油，處于油水界面之間；乳化液既不溶于水，也不溶于油，且性質(zhì)穩(wěn)定，難以被分解。因?yàn)槠漯ざ却?、流?dòng)性差，容易導(dǎo)致設(shè)備和管線堵塞，進(jìn)而使流程癱瘓；同時(shí)對(duì)設(shè)備造成危害，增加設(shè)備檢查頻次，耗時(shí)耗力；也影響原油穩(wěn)定性，隨著原油輸送到下游，增加了處理成本。靠常規(guī)的脫水方法是無法將乳化液中的水分離出來的，造成原油脫水效果下降。

2 破乳劑作用機(jī)理

破乳劑也是一種表面活性劑，具有親水端和憎水端，當(dāng)破乳劑加到原油中后就很快聚集于油水界面上，親水部分朝向水相，憎水部分朝向油相，并且其親水能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過乳化劑的能力?；瘜W(xué)破乳劑能引起乳化劑變得脆弱并降低它膨脹的能力，破乳劑破乳作用的關(guān)鍵是取代吸附在油水界面上的天然乳化劑，降低界面膜的彈性和粘性，從而降低其強(qiáng)度，加速液滴的聚結(jié)。當(dāng)加熱時(shí)，使被包裹的水膨脹，打破了易碎的乳化膜，使乳狀液解體?；瘜W(xué)破乳劑不僅使界面膜變得脆弱，而且也引起界面膜充分收縮而產(chǎn)生破碎作用[2]。

3 影響因素室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

含水化驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方案：從油田生產(chǎn)管匯進(jìn)行原油取樣，取樣后放入燒杯進(jìn)行水浴加熱，向離心管中加入50 mL石油醚，將充分搖勻的油樣加入離心管中至100 mL，再加入破乳劑，蓋上離心管蓋帽，上下顛倒，確保油樣與藥劑的充分混合，將離心管放入離心機(jī)進(jìn)行離心及加熱，在2 500 r/min下離心分離10 min，待離心機(jī)完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，取出離心管，將離心管與視線水平讀取水層體積，記錄結(jié)果。

3.1 溫度影響實(shí)驗(yàn)

取油樣均分成6等份，放入加入等量石油醚的離心管中，再分別加入等濃度破乳劑，蓋上離心管帽，進(jìn)行相同程度上下顛倒，確保油樣與藥劑充分混合后，放入離心機(jī)分別設(shè)置20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃溫度進(jìn)行加熱，離心時(shí)間均為10 min。對(duì)比不同溫度下原油的脫水效果，如表1所示。

表1 不同溫度下的脫水效果

由表1可知，在20 ℃、30 ℃、40 ℃下幾乎沒有水脫出，在50 ℃、60 ℃、70 ℃溫度下開始有水出現(xiàn)；隨著溫度升高脫水量也增加，70 ℃時(shí)效果最好。由此可知，高溫利于原油的脫水，低溫不利于原油的脫水[3]。最佳溫度需要結(jié)合流程的實(shí)際情況和原油物性而定。

3.2 反應(yīng)時(shí)間影響實(shí)驗(yàn)

取油樣均分成3等份，放入加入等量石油醚的離心管中，再加入等濃度破乳劑，蓋上離心管帽，上下顛倒，確保油樣與藥劑充分混合后，放入離心機(jī)，加熱溫度均設(shè)置為70 ℃，離心時(shí)間分別為1 min、3 min、5 min，對(duì)比脫水的效果，如表2所示。

表2 不同反應(yīng)時(shí)間下的脫水效果

由表2可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，脫水效果也逐漸增強(qiáng)。即流程中的原油需要足夠長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間才能在重力和藥劑等作用下充分地脫水。

3.3 攪拌程度影響實(shí)驗(yàn)

取油樣均分成3等份，放入加入等量石油醚的離心管中，再加入等濃度破乳劑，蓋上離心管帽，進(jìn)行不同程度的上下顛倒，放入離心機(jī)，加熱溫度均設(shè)置為70 ℃，離心時(shí)間為10 min,觀察樣品脫水情況，如表3所示。

表3 不同攪拌度下的脫水效果

由如表3可知，輕度搖晃脫水效果不明顯，適量搖晃后脫水效果較好，過度搖晃后，水和原油又形成了新的乳化液，水未能脫出。即控制好原油流態(tài)對(duì)于原油脫水至關(guān)重要，激烈的油流攪拌易形成新的乳化液，不利于原油脫水。

3.4 藥劑濃度影響實(shí)驗(yàn)

取油樣均分成3等份，放入加入等量石油醚的離心管中，分別加入5 mg/L、20 mg/L、50 mg/L濃度的破乳劑。蓋上離心管帽，進(jìn)行相同程度的上下顛倒后，放入離心機(jī)，加熱溫度均設(shè)置為70 ℃，離心時(shí)間為10 min,觀察樣品脫水情況，如表4所示。

表4 不同藥劑濃度下的脫水效果

由如表4可知，適量的破乳劑有利于乳化液的處理，但是過量的破乳劑從某種程度而言成為另一種乳化劑，形成新的乳化體系。

3.5 不同藥劑影響實(shí)驗(yàn)

取油樣均分成2等份，放入加入等量石油醚的離心管中，再加入等濃度破乳劑，一份再加入清水劑，蓋上離心管帽，進(jìn)行相同程度的上下顛倒后，放入離心機(jī)，加熱溫度均設(shè)置為70 ℃，離心時(shí)間為10 min,觀察樣品脫水情況如表5所示。

表5 不同藥劑濃度下的脫水效果

由如表5可知，只加入破乳劑的油樣脫水效果良好，油水分層明顯，脫水量多；同時(shí)加入破乳劑及清水劑的油樣脫水效果下降，油水分層不明顯，脫水量少。即不同類型的藥劑對(duì)破乳劑的脫水效果會(huì)造成負(fù)面影響。

4 結(jié)論

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，破乳劑在原油脫水過程中其作用發(fā)揮受多種因素影響，要讓藥劑充分發(fā)揮作用，在現(xiàn)場(chǎng)的流程管理中，應(yīng)做到以下5個(gè)方面：

(1)原油有合適的溫度，即確保原油加熱器加熱效果良好，溫度設(shè)定合理，定期對(duì)加熱器進(jìn)行清洗，避免加熱器結(jié)垢造成加熱效果下降；

(2)確保藥劑有充分的作用時(shí)間，即藥劑注入點(diǎn)盡量選在流程上游，流程控制平緩；

(3)流程控制平穩(wěn)，避免液位壓力波動(dòng)起伏太大，流程中可設(shè)置段塞流捕集器減小段塞流對(duì)流程的沖擊；

(4)藥劑注入量做好日常標(biāo)定，確保注入量滿足實(shí)驗(yàn)推薦值，流程產(chǎn)液量發(fā)生變化時(shí)及時(shí)根據(jù)推薦濃度調(diào)整下藥量；

(5)因原油處理過程中不只加入破乳劑一種類型的藥劑，在加入藥劑前需對(duì)不同藥劑的相互影響做好實(shí)驗(yàn)配伍性研究，實(shí)際加入過程中對(duì)相互有影響的藥劑在注入點(diǎn)的選擇上做好分離，避免藥劑相互作用影響藥劑作用的發(fā)揮。