含聚采出液電脫水處理實驗研究

張超

中海石油（中國）有限公司天津分公司

聚驅采油是提高原油采收率的有效技術，在我國油田開發中廣泛應用[1-4]。隨著油田聚驅的不斷深入，應用規模擴大，在高效開發取得較好增產效果的同時面臨著聚合物采出液處理這一難題[5]。聚驅采出液返聚現象嚴重，含聚濃度高，采出液黏度上升，乳狀液穩定性強，導致油水分離難度大大增加，原油脫水設備效率嚴重下降，脫水困難[6-9]。對于海上注聚油田，由于空間小、流程時間短，聚驅采出液快速脫水要求更高、難度加大，因此如何提高現有設備運行效率，保證聚驅原油快速高效分離是聚驅油田脫水處理的重難點之一[10]。

本文對聚驅采出液的特性進行分析并對電脫水控制條件開展實驗研究，通過電脫水實驗裝置進行聚驅原油脫水工藝參數優化，為現場的聚驅原油電脫水裝置技術改造提供指導。

1 聚驅采出液的特性分析

1.1 實驗裝置及方法

實驗用電脫水裝置為自制微型DTS60-2兩級動態電脫水器，可以模擬工業現場條件進行原油電脫水器工藝的動態試驗，操作壓力為0.4～0.6 MPa，操作溫度為110～120℃，實現溫度、壓力、電場強度、停留時間等工藝參數以及進行原油破乳劑的動態篩選與評價。一級電脫器采用交流電源，水平式電極布置，水平極板間距45 mm；二級電脫器采用交直流電源，垂掛式電極布置，垂直極板間距35 mm。含油量分析按照SY/T 0530—2011分光光度法進行；破乳劑的評價標準按SY/T 5280—2000《原油破乳劑通用技術條件》、SY/T 5797—1993《水包油乳狀液破乳劑使用性能評定方法》。

1.2 含聚采出液

含聚采出液使用現場流程中取出的樣品，其特性參數見表1。

表1 含聚采出液的物性（70℃）Tab.1 Physical properties of produced fluid containing polymer（70℃）

從表1可以看出，現場采出液樣品含水率較高，有一定黏度，ζ電位較低，原油在含聚采出液中表面張力小，表明油珠表面的過剩負電荷密度比較高，靜電排斥力大，具有很強的乳化傾向，易形成一種穩定的熱力學體系。

1.3 操作流程

圖1 含聚采出液動態電脫水實驗裝置工藝流程Fig.1 Dynamic electric dehydration process of produced liquid containing polymer

動態電脫水實驗裝置工藝流程如圖1所示。含聚采出液在緩沖罐中加熱到60℃，泵輸進入一級電脫水器，在泵輸管道中連續加入破乳劑BHQ-123，濃度為250 mg/L，進入電脫水器進行脫水實驗，改變電脫工藝條件來研究含聚采出液的電脫水效果。

2 結果與分析

2.1 場強對含聚采出液脫水效果的影響

現場含聚采出液采用AC/DC電源，電脫水器溫度110℃，壓力0.4 MPa，在電脫水器中停留時間30 min，用二級交直流電脫水器進行電脫實驗，通過改變電壓來實現電脫水器電場強度的變化，測定脫水效果，實驗結果如圖2所示。

從圖2可以看出：電脫水后油中含水量和水中含油量均隨著場強的升高而顯著降低，而脫水率和電脫水器功耗則與之相反。強電場區適宜的電場強度為1 000～1 200 V/cm，在此場強范圍內，脫出原油含水率≤1%；在場強100～1 200 V/cm的范圍內操作，脫出污水中含油質量濃度≤750 mg/L，遠小于1 500 mg/L，可滿足現場工藝要求，脫水率可達96%以上；電脫電耗在420 W以內，若電場強度繼續升高，油中含水和水中含油下降速度變緩，脫水率上升速度也變慢，電脫水功耗增幅明顯加大。

圖2 電場強度與電脫水后不同參數的變化趨勢Fig.2 Trends of electric field strength with different parameters after electric dehydration

隨著場強的升高，水滴聚結速度加快，乳化原油脫水效果會越好，但耗電也加大，對電源要求也越高，同時以DC為電源的電脫水器設備與帶電流體間形成的金屬-電化學液回路的電化學腐蝕加重；當場強超過一定限度后繼續增大，大水滴會不斷撕裂成小水滴，此時不僅不能形成靜電聚結，反而會使乳化原油中的原有水滴發生電分散。

2.2 電場作用方式對含聚采出液脫水效果的影響

現場含聚采出液，電脫水器溫度為110℃，壓力為0.4 MPa，在電脫水器中停留時間30 min，在電場強度600～1 200 V/cm時，完全相同的操作條件下讓其分別進入一級AC電脫水器和二級AC/DC電脫水器開展實驗，保持兩級電脫場強一致，待流程運行穩定30 min后取樣分析并記錄相關參數，實驗結果如圖3所示。

由圖3可見，在場強600～1 200 V/cm條件下，無論是采用AC還是采用AC/DC進行電脫，電脫水后油中含水率均在1%左右，交流電脫后原油含水比交直流電脫含水要高；在場強一致的情況下，脫后污水含油質量濃度二者基本接近，水中含油質量濃度≤750 mg/L；AC/DC電脫比AC電脫的脫水率高，功耗低。實驗表明，現場原油采用交直流電脫水在脫后油中含水、水中含油、脫水率及電耗等方面均優于交流電脫。

2.3 含聚采出液含水量對電脫水效果的影響

選用現場不同含水率的采出液，分別置入二級AC/DC電脫水器開展實驗，待開車流程穩定30 min后取樣分析并記錄相關參數，實驗結果如圖4所示。

從圖4可見，當采出液含水率超過30%后，電脫場強提升困難，電脫水后原油含水、污水含油均較高，原油脫水率較低。原因是采出液含水過高，電脫水電流過大時電脫水電場強度無法提高，電脫效率下降，因此進入二級電脫器的采出液含水率應≤30%。

出現該現象的原因主要是由于含聚采出液含水率較高，乳化原油在大量失水的過程中，聚合物不斷地富集，因聚合物比油重、比水輕，在油相和水相之間形成一中間乳化層，該中間層的出現，縮短了原油在電場中的停留時間，阻礙了水滴的定向遷移和聚結，增大了電脫水電流，降低了電脫水效率，嚴重時會在電極間形成水鏈短路，引起極間放電，產生電壓電流波動，使電脫水器始終在高電流下非正常運行。乳化原油含水量越高，意味著導電率越大，電脫電流也越大，而變壓器輸出功率達到一定值后，將會導致加在極板間的電壓下降，其電場強度也隨之下降，電脫水器將無法正常工作。

圖3 交流電脫與交直流電脫水處理效果變化趨勢Fig.3 Change trends of AC dehydration and AC/DC treatment effect

圖4 采出液含水率對電脫水效果的影響Fig.4 Effect of water content of producted liquid on electric dehydration

3 結論

（1）含聚采出液油滴表面ζ電位較低，靜電排斥力大，具有很強的乳化傾向，形成一種穩定的熱力學體系，加劇了含聚采出液電脫水分離的難度。

（2）采用交直流電脫方式在脫后油中含水率、水中含油質量濃度、脫水率及電耗等方面均優于單一交流電脫方式；電極設置為垂掛式電極，強電場區的電場強度為1 000～1 200 V/cm，脫出原油含水率≤1%。

（3）電脫水器溫度為110℃，壓力0.4 MPa，電脫停留時間30 min，在場強600～1 200 V/cm條件下，加入破乳劑BHQ-123質量濃度250 mg/L，電脫后原油含水率≤1%，水中含油質量濃度≤750 mg/L，AC/DC電脫比AC電脫的脫水率高，功耗低。

（4）采出液含水率超過30%后，電脫場強提升困難，進入二級電脫水器的含聚采出液含水率應≤30%。