高頻脈沖油水分離技術

黃繼慶，鄒祥城，陳 德，張雁京

（1.渤海石油裝備公司研究院，天津 300280；2.渤海石油裝備公司石油機械廠，河北任丘 062550；3.華北油田公司工程技術研究院，河北任丘 062550）

0 引言

近年來，隨著國內油田二、三次采油技術的實施和油田化學品用量的不斷增加，導致油田采出液日趨重質化、乳化現象加重。傳統的原油脫水工藝一般采用化學藥劑破乳+重力沉降+加熱+電脫，需要有足夠的藥劑量、破乳時間及沉降分離時間，整套工藝處理流程長、設備規模大、熱能及藥劑消耗量大，綜合處理成本高。

另外，對于重質含聚采出液及邊緣井、單井采出液、小斷塊采出液，傳統處理技術存在工藝流程長、占地面積大、處理費用高等問題。油田急需一種經濟高效的采出液油水分離技術。

1 高頻脈沖油水分離技術原理

高頻脈沖油水分離技術是近年來出現的較先進的油田采出液處理技術，取代傳統原油脫水工藝繁瑣的工序，用一套高頻脈沖油水分離裝置實現了在不添加破乳劑的情況下完成原油高效脫水，其核心技術主要包括電磁輻射降粘技術、脈沖破乳技術、高頻電場聚結脫水技術，結構原理如圖1 所示。

圖1 高頻脈沖油水分離裝置示意

1.1 電磁輻射降粘

油井采出液來液經旋流進入電磁輻射降粘區，在該區域通過旋流離心作用除去大部分氣體，并通過電磁輻射降粘裝置降低原油黏度。

工作原理：當電磁場作用于原油時，會使原油產生誘導磁矩，抑制蠟晶形成和聚結，原油中的石蠟、膠質、瀝青質等抗磁性物質會進行有序排列。同時，脈沖磁場可破壞各烴類分子間的作用力，使分子的聚合力減弱，從而使原油黏度降低，增加流動性。

1.2 脈沖破乳

采出液經過脫氣、降粘后，經整流板后進入破乳聚結區，采出液在該區域底部依靠重力作用除去大部分游離水后，含水乳化油上升至脈沖破乳區，脈沖電磁場使乳化小水珠在電場中產生振動、變形。當外加電場頻率接近油水界面膜諧振頻率時形成共振，界面膜因振動、變形幅度增大而破裂，從而實現破乳。破乳后部分大水珠沉降至底部游離水區，原油及小水珠上升進入上部高頻聚結區。

1.3 高頻聚結脫水

高頻聚結區原油中的小水珠在高頻電場中產生變形、振動，并在電場作用下相互碰撞、聚結，由小水珠變成大水珠從油中快速沉降分離。

工作原理：原油乳化液存在其固有的擊穿伏秒特性，控制系統通過調整高頻脈沖的頻率和占空比，使脈沖輸出時間小于短路擊穿時間（圖2）。控制系統根據原油乳化液伏秒特性自動調整高頻脈沖的頻率和占空比，使高頻脈沖輸出時間小于乳化液短路擊穿時間。這樣既可在電極間產生較強電場又可避免短路擊穿，在高含水及導電性強來液中建立穩定電場，同時將高頻電場空間聚結與電極機械表面聚結相結合，大幅提高聚結分離效率，實現高含水來液電場聚結高效脫水處理。

圖2 高頻聚結伏秒特性

1.4 外輸

脫水后的原油經溢油板溢流至油室，外送至儲油罐；污水通過水位調節器進入水室，外送到水處理裝置。

2 撬裝高頻脈沖油水分離裝置技術特點

（1）適用性強。含水率不同的采出液可直接進入裝置，實現油氣水的一站式分離。

（2）工藝簡單。采用高頻脈沖電場技術，減少污水處理的難度和成本。

（3）破乳劑“零”添加。處理過程無需添加破乳劑，即可實現油水分離。

（4）運行成本低。噸液處理電耗小于0.5 kW·h，較傳統工藝降低耗電量30%左右。

（5）自動化程度高。操作維護簡單，可實現無人值守。

（6）建設周期短。裝置模塊化、集成化、橇裝化設計，可實現現場快速安裝。

3 結論

撬裝高頻脈沖油水分離裝置在華北、長慶、勝利等油田現場應用，采出液處理后原油含水0.5%，水中含油100 mg/L。

裝置采用橇裝集成化設計，具有占地面積小、運行功耗低、無需添加化學藥劑等優點。原油采出液綜合處理成本低，可為油田節省大量運行費用，市場前景廣闊。