渤海A 油田靜電聚結分離技術應用探索研究

梁建斌，白宏喬，侯辰光，陳 希，冀光峰

（1.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459；2.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

0 引言

渤海A 油田超稠油的密度與水十分接近，瀝青質、膠質的含量多，黏度非常大，在開采過程中容易形成穩定的油包水乳狀液，油水分離十分困難[1]。針對海上油田超稠油研制了絕緣電極并進行了自然沉降和室內靜電聚結脫水實驗，結果表明，所研制的絕緣電極可以適應高含水超稠油脫水工況。

利用本油田地質油藏參數建立機理模型，最終確定前期采用蒸汽吞吐開發方式。工藝流程設計為物流經生產管匯匯合后，進入生產分離器進行油氣水三相分離，分離出含水60%的原油進入靜電聚結分離器脫水至含水50%的原油后，經外輸泵增壓送至中心平臺，摻入30%的渤海B 油田原油，加熱器加熱后經靜電聚結分離器脫水至含水30%，經電脫處理成含水2%的合格原油。

1 脫水實驗

渤海A 油田原油凝點高（25 ℃）、黏度大（50 ℃黏度在53 203 MPa·s 左右），實驗取油、調配及實驗后清洗難度將很大，水滴聚結移動困難，水滴沉降動力小，油水分離十分困難。

1.1 自然沉降脫水實驗

A 油田原油按照館陶組和明化鎮組比例4∶1 的調配后，原油密度為1.0105 g/cm3，含水17.88%，以此基礎進行含水90%的乳化油自然沉降脫水實驗。在不同處理溫度、不同破乳劑濃度條件進行實驗。實驗表明，室內制備的超稠油乳化液較為穩定，在90 ℃處理溫度、不加破乳劑時，靜置沉降300 min 沒有水分離出；加破乳劑后，脫水效果明顯改善，但沉降300 min 后油中含水為34%左右；提高處理溫度至110 ℃,脫水效果進一步改善，經300 min 沉降后油中含水在31%左右。因此，A 油田原油單靠90 ℃以下自然沉降脫水，無法解決油水分離問題，直接制約油田開采。

1.2 靜電聚結及裸電極脫水實驗

將A 原油配制成含水40%的乳化液及含水30%、25%和20%的原油。分別配置含水50%～90%的乳化液，進行靜電聚結脫水及裸電極脫水實驗。對于A 油田乳化液，破乳劑至少200 μg/g，才有較好的脫水效果。隨著電壓的升高，脫水效果逐步提高；對于含水90%～60%A 油田乳化液，溫度90～100 ℃，電壓3000 V，破乳劑200 μg/g，時間40～50 min，脫后含水小于40%；對于含水50%～30%乳化液，溫度130 ℃，電壓3000 V，破乳劑200 μg/g，時間40～50 min，脫后含水小于30%；對于含水30%～17.8%原油，溫度130 ℃，電壓1100 V，破乳劑200 μg/g，時間40～50 min，裸電極脫后含水小于7%；對于含水20%和17.8%原油，溫度130 ℃，電壓1100 V，破乳劑200 μg/g，時間40～50 min，裸電極脫后含水小于5%；對于含水20%A 油田乳化液，溫度130 ℃，電壓1100 V，破乳劑200 μg/g，時間40～50 min，裸電極脫后平均含水3.6%左右，上部油實際含水2.33%，接近于2%。

實驗表明，初始含水70%～90%范圍內的乳化液，處理溫度110 ℃在電場強度和藥劑濃度作用下沉降時間40 min,脫后含水低于30%；對于初始含水30%～60%乳化液，處理溫度130 ℃，在電場強度和藥劑濃度作用下，沉降時間40 min，脫后含水低于30%，滿足進常規電脫水器處理的要求[2]。

2 油田開發工藝設計

渤海A 油田生產井采用蒸汽吞吐的開發方式，射流泵動力液舉升采油。各單井物流經生產管匯匯合后，進入生產分離器進行油、氣、水三相分離，分離出的含水60%的原油進入靜電聚結分離器進一步脫水至含水50%的原油后，經外輸泵增壓送至中心平臺。摻入30%的渤海B 油田的原油，以降低脫水難度，加熱器加熱后經靜電聚結分離器脫水至含水30%后，經電脫處理成含水2%的合格原油，進入原油緩沖罐，再經外輸泵增壓外輸至終端。

3 靜電聚結分離器設計制造

根據油藏開發方案、脫水實驗報告，依據SY/T 0045—2008《原油電脫水設計規范》和Q/HS 3006—2003《油氣分離器設計制造規范》。在A 油田的新建平臺設置兩臺靜電聚結分離器，中心處理平臺設置兩臺靜電聚結分離器脫水至30%后，滿足進入常規電脫水器處理的要求。

3.1 新建平臺靜電聚結分離器設計制造[3]

靜電聚結分離器基礎計算數據:設計（最大）處理量,油40 m3/h、水94 m3/h。脫水溫度80 ℃,脫水壓力550 kPa。罐總容積137.3 m3。介質停留時間61.4 min。原油在電場區域的停留時間計算見表1。

表1 原油在電場區域停留時間的計算

從以上計算看出，弱電場的電場強度為38～250 V/cm，停留時間為9.2～13.7 min；強電場的電場強度為200～667 V/cm，停留時間為12.8 min；油相停留時間為55.3～70.5 min，水相停留時間為48.1～70.6 min。滿足靜電聚結對于渤海A 原油的脫水要求。在溫度80 ℃，靜電聚結電場為200～600 V/cm 條件下，出口原油含水量不大于50%，排水中含油不大于2%。

3.2 中心處理平臺靜電聚結分離器設計制造

按A 油田原油∶B 油田原油=70%∶30%的混合原油脫水實驗進行靜電聚結分離器設計。靜電聚結分離器基礎計算數據：設計（最大）處理量，油1364 m3/d、水2120 m3/d、氣1800 m3/d。脫水溫度110 ℃,脫水壓力140 kPa。罐總容積：205 m3，介質停留時間65 min。氣液分離計算見表2，原油在電場區域的停留時間的計算見表3。

表2 氣液分離計算

表3 原油在電場區域的停留時間的計算

從以上計算看出，弱電場的電場強度為33～333 V/cm，停留時間為6.2～12.5 min；強電場的電場強度為200～667 V/cm，停留時間為11.9 min；油相停留時間為67.3～92.5 min，水相停留時間為40.2～64.4 min。滿足靜電聚結對于A 油田和B 油田混合原油的脫水要求。在溫度110 ℃，電場為200～600 V/cm，出口原油含水量不大于20%，排水中含油≤1.5×10-3。

4 結束語

目前渤海油田稠油儲量豐富，如果采用常規原油脫水處理流程，直接或間接投資成本較高。通過對渤海A 油田原油進行的脫水實驗，靜電聚結脫水技術能夠較大幅度的提高特稠油脫水效率，進行開發設計中，較好地解決了特稠油油水分離時間長的問題，大幅降低海上脫水設備的尺寸和重量，提高了整個油田開發的經濟性，為后期同類型的油田科學、經濟開采積累經驗。