三元復合驅和水驅原油的電脫水特性評價

李金玲 黃作男 王建華 洪小平 蔣容

1大慶油田有限責任公司第四采油廠

2中國石油集團渤海鉆探工程有限公司管具與井控技術服務分公司

隨著三元復合驅技術的推廣應用，采出液的組成成分更加復雜，油水界面膜更加穩定，表觀黏度更大、導電性更強，油珠之間聚集阻力更大，這些理化特性變化，造成采出液乳化嚴重，破乳脫水困難[1-3]。

脫水工藝是油氣集輸系統的重要環節[4-5]。電脫水器因其具有高效、預處理空間大、對周圍環境影響小等多方面優勢[6-8]，被廣泛應用于各油田地面系統的脫水工藝系統。當采出液雜質較多、穩定性強時，容易在電脫環節產生“垮電場”現象[9-10]，導致設備脫水率降低，嚴重時甚至會損壞電脫水器，給油田企業帶來一定的經濟損失。因此，有必要對不同驅替條件下的含水油開展電脫水特性研究，為油田地面脫水工藝流程、設備的設計與改進提供指導，以提高油田企業經濟效益。

大慶油田某聯合站接收某強堿三元復合驅區塊的采出液，同時，該聯合站還處理該區域的水驅采出液。在流程上，該聯合站具備復合驅三元采出液和水驅采出液單獨處理和混合處理的能力。在該聯合站分別運行了水驅-三元驅分開處理流程和水驅-三元驅混合處理流程，由于所取三元復合驅含水油、水驅-三元驅混合含水油、水驅含水油樣均來自于實際生產流程中的游離水脫除器脫后的含水油，因此相比于以往研究所用的室內模擬配制采出液，本實驗得到的結果更能代表實際生產情況。油樣取出后，采用原油智能脫水試驗儀，對不同油樣分別進行了室內電脫水實驗，分析總結了不同驅替條件下W/O 型乳狀液的電脫水特性以及破乳劑對W/O型乳狀液電脫水特性的影響。

1 實驗儀器、樣品及方法

實驗采用DTS-3原油智能脫水試驗儀。

實驗樣品分為三種：三元復合驅含水油，取自分開處理流程運行時4#游離水脫除器沉降后的油出口；水驅-三元驅混合含水油，取自混合處理流程運行時4#游離水脫除器沉降后的油出口；水驅含水油，取自分開處理流程運行時1#水驅游離水脫除器的油出口。以上樣品通過自然沉降，分離油水，并將其混合成含水率為10%的混合液。樣品驅油劑含量及pH值見表1，原油物性見表2。

表1 樣品驅油劑含量及pH值Tab.1 Content of oil displacement agent and pH value of the sample

表2 原油物性Tab.2 Physical properties of crude oil

將上述三種樣品分別放入DTS-3原油智能脫水試驗儀，電脫水溫度分別設置為45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃，電脫水時間設置為1 h，緩慢調整電壓至5 100 V 左右（為防止儀器損壞，當電流達到25 mA時暫停升高電壓，待電流下降后繼續提高電壓），每分鐘記錄一次脫水電壓、脫水電流，最后取出電脫水后原油測試其含水率。將三元復合驅含水油、水驅-三元驅含水油分別放入電脫水試驗儀，并分別加入FJ-43破乳劑（質量濃度為350 mg/L），然后重復上述電脫步驟并測試電脫水后原油含水率。

2 實驗結果及分析

對電脫水后原油含水率測試結果進行統計，得到不同樣品電脫水1 h后的含水率（表3）。根據上述室內電脫水模擬實驗數據，繪制各溫度下不同含水油脫水電壓-時間曲線及各溫度下不同含水油脫水電流-時間曲線（圖1～圖8）。

表3 各溫度下不同含水油電脫后原油含水率Tab.3 Water cut of different water-bearing oil after being dehydrated by electricity at different temperatures

圖1 45 ℃時不同含水油脫水電壓-時間曲線Fig.1 Curves of dehydration voltage and time of different waterbearing oil at 45 ℃

圖2 45 ℃時不同含水油脫水電流-時間曲線Fig.2 Curves of dehydration current and time of different waterbearing oil at 45 ℃

圖3 50 ℃時不同含水油脫水電壓-時間曲線Fig.3 Curves of dehydration voltage and time of different waterbearing oil at 50 ℃

圖4 50 ℃時不同含水油脫水電流-時間曲線Fig.4 Curves of dehydration current and time of different waterbearing oil at 50 ℃

圖5 55 ℃時不同含水油脫水電壓-時間曲線Fig.5 Curves of dehydration voltage and time of different waterbearing oil at 55 ℃

圖6 55 ℃時不同含水油脫水電流-時間曲線Fig.6 Curves of dehydration current and time of different waterbearing oil at 55 ℃

圖7 60 ℃時不同含水油脫水電壓-時間曲線Fig.7 Curves of dehydration voltage and time of different waterbearing oil at 60 ℃

圖8 60 ℃時不同含水油脫水電流-時間曲線Fig.8 Curves of dehydration current and time of different waterbearing oil at 60 ℃

從圖1～圖8中可以看出，三元驅含水油電脫水難度最大，且遠大于混合油和水驅含水油的脫水難度。

無論處于何種電脫水溫度，三元復合驅含水油的脫水電壓始終較低，維持在300～350 V，無法建立起有效的脫水電場，且脫水電流始終較高，維持在23～25 mA。結合表3可知，此時電脫水后原油含水率皆不達標。水驅-三元驅混合油的脫水電壓緩慢升至5 100 V 左右，脫水電流初期較高，然后逐漸穩定在3～5 mA。水驅油樣品的脫水電壓快速上升至5 100 V 左右，脫水電流先升高后下降，最后可逐漸維持在2～3 mA，此時電流較低且穩定，表明有效電場已經建立。三元復合驅含水油脫水電流比混合油和水驅油樣脫水電流高5～10 倍，且電壓一直處于低水平，無法建立穩定有效的脫水電場，這表明三元驅含水油脫水難度遠遠高于其余兩種含水油，這種現象與現場生產運行情況相符。

結合表3并對比圖2、圖4、圖6可以發現，適當控制脫水溫度可有效提高混合原油的脫水效果。

對于水驅油，隨著溫度由45 ℃升高至55 ℃，建立穩定電場所需的時間變化不大；當溫度升至60 ℃時，建立穩定電場所需時間減少。對于混合油，當溫度小于55 ℃時，隨著溫度升高，建立穩定電場的時間隨之減少，同時脫水率隨之變大；溫度達到60 ℃時，電場穩定時間延長，且脫水電流略為升高，因此55 ℃為綜合效果最佳溫度。而對于三元驅含水油，溫度從45 ℃提升到60 ℃時，脫水電壓不升高，脫水電流不下降，且脫水1 h 含水率不達標。

繪制50 ℃、55 ℃溫度條件下不同含水油無破乳劑、添加FJ-43 破乳劑時的脫水電壓-時間曲線和脫水電流-時間曲線（圖9～圖12）。

圖9 50 ℃時不同含水油脫水電壓-時間曲線（加劑/不加劑）Fig.9 Curves of dehydration voltage and time of different waterbearing oil at 50 ℃(with/without agent)

圖10 50 ℃時不同含水油脫水電流-時間曲線（加劑/不加劑）Fig.10 Curves of dehydration current and time of different waterbearing oil at 50℃(with/without agent)

圖11 55 ℃時不同含水油脫水電壓-時間曲線（加劑/不加劑）Fig.11 Curves of dehydration voltage and time of different waterbearing oil at 55 ℃(with/without agent)

由圖9～圖12 中的曲線可以看出，對于混合油，添加破乳劑后其脫水電壓、脫水電流無明顯變化，建立穩定電場所需時間幾乎不變，50 ℃下無破乳劑時所需時間為31 min，加破乳劑時所需時間為30 min。

圖12 55 ℃時不同含水油脫水電流-時間曲線（加劑/不加劑）Fig.12 Curves of dehydration current and time of different waterbearing oil at 55 ℃(with/without agent)

對于純三元復合驅含水油，加破乳劑效果明顯，電壓20 min 左右即可升至5 100 V 左右，脫水電流急劇下降，最后維持在2 mA～3 mA，電場建立時間要快于混合油。此外，結合圖2、圖4、圖6、圖8可以得出，55 ℃是最適宜于三元復合驅含水油脫水的溫度。因此破乳劑對三元驅脫水電場穩定效果作用明顯，溫度升高有利于破乳劑發揮效果。

3 結論

通過對取自大慶油田某聯合站實際生產流程中的三元復合驅含水油、水驅-三元驅混合含水油、水驅含水油進行室內電脫水模擬實驗，可得到具體結論如下：

（1）三元含水油電脫水難度最大，且遠大于混合含水油和水驅含水油，其脫水電流高于后兩者5～10 倍以上，在電脫水儀中無法建立穩定電場，電脫水1 h后原油含水率仍然不達標。

（2）對水驅-三元驅混合含水油，隨著溫度升高，脫水率增大，但當溫度超過55 ℃時，脫水率提高幅度逐漸變小，所以溫度55 ℃時脫水效果最好。隨電脫水時間延長，混合含水油的脫水率升高。

（3）適宜的破乳劑對三元含水油脫水電場有明顯穩定作用，有助于降低三元含水油脫水難度。