聚驅采出液超聲波破乳脫水技術研究

彭飛（大慶油田有限責任公司第五采油廠）

引言

某區塊聚驅采用二級布站流程，即采出液流經集油管網進入計量間后，直接壓至杏十三-I脫水站三相分離器處理，一段與水驅采出液分、二段合的工藝流程。

某聯合站聚驅來液分工業區和試驗區，而試驗區后期要改為水驅，本試驗研究方向是超聲波破乳技術能否適應含聚原油的破乳脫水問題，所以選擇在工業區進行試驗。目前，工業區含聚濃度為180.25mg/L，來液量5454～8911t/d（按8000t/d計算），來液溫度33℃左右，來液含水約98%，經三相分離器分離后油含水為70%～80%。采出液進三相分離器之前未加藥，造成出油含水高，使脫前加熱爐能耗增加。

工業區將逐漸提高高分子聚合物的注入量，采出液含聚濃度在未來幾年內將達到500～600mg/L，有的井甚至高達800～1000mg/L，進而出現一系列問題：采出液含聚濃度提高，黏度變大，流動性變差；采出液含聚濃度提高，使得原油采出液在脫水過程中油水分離不徹底，出油含水率和出水含油率都超標；對破乳劑提出更高的要求。超聲波破乳技術改變單純的化學破乳方式，其采用物理方式對原油采出液進行脫水處理，為含聚采出液的脫水開辟了一條新的技術途徑。

1 超聲波破乳脫水技術原理

理論推導與實驗證明超聲波破乳的聲強需要在空化閾值之下，利用超聲波的位移效應和熱作用[1-2]：

1）機械振動作用促使水中“粒子”聚集。當超聲波通過有懸浮油“粒子”的原油采出液介質時，造成懸浮油“粒子”與水介質一起振動。水中的油滴將不斷向波節處移動、聚集并相互碰撞、融合，使粒子的體積和質量增大，生成直徑較大的油滴，大油滴在浮力作用下上浮匯集，與水分離。

2）機械振動作用增加天然乳化劑的溶解度，可使油田蠟基原油中的石蠟、膠質、瀝青等天然乳化劑分散均勻，降低油水界面膜的機械強度，有利于水相沉降分離。

3）熱作用降低油水界面膜的強度和聚驅原油黏度。一方面邊界摩擦使油水分界處的溫度升高，有利于界面膜的破裂；另一方面原油吸收部分聲能轉化成的熱能，可降低原油的黏度，有利于原油采出液中的油“粒子”的油水的重力沉降分離。

2 室內實驗研究認識

1）超聲波具有破乳作用，可降低乳化程度。

2）超聲波具有脫水作用，可降低出油含水率。采出液含聚濃度在400mg/L以下、不加熱及不加破乳劑時，原油在現有工藝情況下，經超聲處理后一段脫水可達到出油含水小于或等于20%的效果；采出液含聚濃度在400～600mg/L，不加熱及不加破乳劑時，原油在現有工藝情況下經超聲處理后一段脫水可達到出油含水小于或等于30%的效果。

3）通過超聲波作用，破乳脫水效果等效溫升約5℃。

4）含聚濃度650～800mg/L時，超聲波+破乳劑聯合作用可降低出油含水率。當含聚濃度超過650 mg/L時，需要增加破乳劑來保證脫水效果。根據含聚濃度不同，添加5×10-6～12×10-6破乳劑，可不加熱，通過超聲波破乳、破乳劑的聯合作用，達到處理后出油含水小于或等于30%的效果。

3 現場試驗研究認識

三相分離器+超聲波裝置組合脫水效果優于三相分離器單獨脫水效果。試驗期間，采出液在33～40℃范圍內進站，含聚濃度在224～384.7mg/L區間變化，在不加藥、不加熱的情況下進行了空白試驗與超聲波破乳脫水裝置對比試驗（表1）。

表1 三相分離器空白試驗與超聲波破乳脫水裝置對比試驗數據匯總

從表1可以看出，超聲波破乳裝置可以改善三相分離器的脫水效率，降低三相分離器后的出油含水、出水含油指標；界面高度和超聲波輸出功率的變化，都影響到三相分離器后的出油含水、出水含油指標降低幅度。

4 經濟效益

某聯合站工業區目前產液量按平均8000t/d計算，超聲波破乳代替破乳劑，加藥濃度2.5×10-6，年節省破乳劑7.3t，年節省費用25.2萬元。

超聲波破乳平均降低出油含水率13.68個百分點，可減少加熱爐溫升污水82.08t/d，年節氣79092m3，年節約費用4.35萬元。

超聲波破乳脫水平均降低出水含油84.26mg/L，年可回收原油227.5t，年獲得經濟效益47.79萬元。

超聲波破乳裝置基建費用88.3萬元，按10年計算每年折舊成本是8.83萬元；耗電功率7kW，年耗電61320kWh，年運行費用3.9萬元。綜上計算，年收益64.61萬元。

5 小結

1）采出液含聚濃度在400mg/L以下，不加熱及不加破乳劑時，原油經超聲處理一段脫水后可達到出油含水小于或等于20%的效果。

2）采出含聚濃度在400～600mg/L，不加熱及不加破乳劑時，原油經超聲處理一段脫水后可達到出油含水小于或等于30%的效果。

3）采出液含聚濃度在600～800mg/L，不加熱，注入適量破乳劑量5～12mg/L的情況下，原油經超聲處理一段脫水后可達到出油含水小于或等于30%的效果。

4）現場試驗表明，界面高度減小可降低出油含水率，增大出水含油量；超聲波輸出功率增加可降低出油含水率和出水含油量。超聲波對聚驅油井采出液具有一定的破乳脫水作用，可降低出油含水率幅度平均13.68個百分點，可降低出水含油幅度平均84.26mg/L。

[1]韓萍芳.超聲波污油破乳脫水的研究.南京工業大學學報,2003(5):72-75.

[2]孫寶江,喬文孝,付靜.三次采油中水包油乳狀液的超聲波破乳.石油學報,2000(6):97-101.