海上稠油油田采出液脫水處理技術(shù)研究

童 理

(中海油能源發(fā)展股份有限公司，天津 300000)

近年來(lái)，海上稠油油田的勘探與開(kāi)發(fā)受到越來(lái)越多的關(guān)注，稠油中通常含有較多的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，使其具有密度大、黏度高、流動(dòng)性差以及易形成穩(wěn)定的油水乳狀液等特點(diǎn)，這給稠油油藏的高效開(kāi)發(fā)以及后續(xù)油水分離帶來(lái)了更大的難度。另外，海上平臺(tái)空間通常較小，稠油采出液的脫水處理不能完全參照陸上稠油油田的處理方案[1-3]，因此，需要針對(duì)海上稠油油田采出液研究更加高效的脫水處理技術(shù)。

目前，陸上稠油油田采出液的脫水處理通常采用摻稀油降黏及大罐沉降等方式[4-6]，但這些處理方式不適用于海上稠油油田。因此，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者開(kāi)發(fā)了適用于海上稠油油田采出液的靜電聚結(jié)脫水處理技術(shù)[7-10]，該方法主要采用絕緣電極在脫水罐中施加一定的電場(chǎng)，將原油乳狀液置于高壓電場(chǎng)中，利用電場(chǎng)的作用使原油乳狀液迅速破壞，并且在電場(chǎng)力的作用下使分散的微小水顆粒不斷碰撞聚集變大，最后與原油完全分離，完成油水分離過(guò)程。作者以海上某稠油油田為研究對(duì)象，使用稠油和模擬采出水配制稠油乳狀液，即模擬采出液，室內(nèi)開(kāi)展模擬采出液的靜電聚結(jié)脫水處理，以期為海上稠油油田采出液的高效脫水處理提供一定的技術(shù)支持和借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)用稠油取自海上某稠油油田平臺(tái)，密度0.996 g·cm-3(20 ℃)、0.982 g·cm-3(50 ℃)，運(yùn)動(dòng)黏度(50 ℃)2 765 mm2·s-1，凝點(diǎn)19 ℃，相對(duì)分子量372，蠟含量1.95%，膠質(zhì)含量41.62%，瀝青質(zhì)含量2.15%。稠油的黏溫曲線見(jiàn)圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)用稠油的黏溫曲線Fig.1 Viscosity-temperature curve of experimental heavy oil

實(shí)驗(yàn)用水為海上某稠油油田平臺(tái)模擬采出水(按照現(xiàn)場(chǎng)采出液離子組分配制而成)。

破乳劑為SP101、SP102和SP103(有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于98%)。

靜電聚結(jié)脫水實(shí)驗(yàn)裝置(包括電脫水器、絕緣電極以及萬(wàn)能擊穿裝置等)；HH-6型恒溫水浴鍋；DRY-2型電子分析天平；FM-200型無(wú)機(jī)調(diào)速乳化試驗(yàn)機(jī)；Brookfield布氏黏度計(jì)。

1.2 方法

1.2.1 稠油乳狀液的制備

將稠油與模擬采出水按一定的比例混合，置于燒杯中，將其放置在恒溫水浴鍋中，調(diào)節(jié)溫度至90 ℃，預(yù)熱30 min后使用乳化試驗(yàn)機(jī)攪拌混合液，攪拌速度為5 000 r·min-1，攪拌時(shí)間為5 min，即得不同含水率的稠油乳狀液。

1.2.2 靜電聚結(jié)脫水實(shí)驗(yàn)

將稠油乳狀液裝入不銹鋼脫水罐中，裝入絕緣電極，設(shè)置處理溫度，預(yù)熱10 min，待稠油乳狀液溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，開(kāi)始施加一定的處理電壓進(jìn)行脫水實(shí)驗(yàn)，達(dá)到設(shè)定的處理時(shí)間后，停止加電，測(cè)量脫水罐下部排出的水量體積，并計(jì)算剩余稠油乳狀液的含水率，進(jìn)而計(jì)算脫水率。

2 結(jié)果與討論

2.1 稠油乳狀液初始含水率對(duì)脫水效果的影響(圖2)

處理溫度100 ℃、處理時(shí)間30 min、處理電壓2 000 V圖2 稠油乳狀液初始含水率對(duì)脫水效果的影響Fig.2 Influence of initial water content of heavy oil emulsion on dehydration effect

由圖2可以看出，隨著稠油乳狀液初始含水率的升高，靜電聚結(jié)脫水率逐漸降低，但其降幅并不大，當(dāng)稠油乳狀液初始含水率為20%時(shí)，脫水率可以達(dá)到80%以上；而當(dāng)稠油乳狀液初始含水率升至60%時(shí)，脫水率仍可達(dá)到75%以上。表明靜電聚結(jié)脫水技術(shù)對(duì)海上稠油乳狀液的脫水效果較好。

2.2 處理溫度對(duì)脫水效果的影響(圖3)

稠油乳狀液初始含水率40%、處理時(shí)間30 min、處理電壓2 000 V圖3 處理溫度對(duì)脫水效果的影響Fig.3 Influence of treatment temperature on dehydration effect

由圖3可以看出，隨著處理溫度的升高，靜電聚結(jié)脫水率逐漸升高，當(dāng)處理溫度為120 ℃時(shí)，脫水率達(dá)到85%以上。這是由于，隨著處理溫度的升高，稠油乳狀液的黏度逐漸降低，可以促使分子之間的熱運(yùn)動(dòng)加劇，增加水分子之間碰撞聚結(jié)的機(jī)會(huì)；另外，升高處理溫度還能使油水密度差增大，從而加快了水相的沉降速度，提高了脫水效果。

2.3 處理時(shí)間對(duì)脫水效果的影響(圖4)

稠油乳狀液初始含水率40%、處理溫度120 ℃、處理電壓2 000 V圖4 處理時(shí)間對(duì)脫水效果的影響Fig.4 Influence of treatment time on dehydration effect

由圖4可以看出，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，靜電聚結(jié)脫水率逐漸升高，當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到50 min時(shí)，脫水率達(dá)到90%以上。與常規(guī)的稠油采出液脫水處理技術(shù)相比較，靜電聚結(jié)脫水處理技術(shù)可以大大縮短處理時(shí)間，提高處理效率。

2.4 處理電壓對(duì)脫水效果的影響(圖5)

稠油乳狀液初始含水率40%、處理溫度120 ℃、處理時(shí)間50 min圖5 處理電壓對(duì)脫水效果的影響Fig.5 Influence of treatment voltage on dehydration effect

由圖5可以看出，隨著處理電壓的增大，靜電聚結(jié)脫水率逐漸升高，當(dāng)處理電壓達(dá)到3 000 V時(shí)，脫水率達(dá)到95%以上。表明在絕緣電極的耐壓范圍內(nèi)，可以適當(dāng)提高處理電壓，以提高靜電聚結(jié)脫水率。

2.5 破乳劑類(lèi)型對(duì)脫水效果的影響(圖6)

由圖6可以看出，與未加破乳劑相比，加入不同類(lèi)型的破乳劑后，靜電聚結(jié)脫水率均有所提升，其中破乳劑SP102的脫水效果最好，當(dāng)加入500 mg·L-1SP102時(shí)，脫水率可達(dá)到99%以上，說(shuō)明破乳劑的加入能夠有效提高海上稠油油田采出液的脫水處理效果。

稠油乳狀液初始含水率40%、處理溫度120 ℃、處理時(shí)間50 min、處理電壓3 000 V、破乳劑加量500 mg·L-1圖6 破乳劑類(lèi)型對(duì)脫水效果的影響Fig.6 Influence of demulsifier type on dehydration effect

綜上可知，當(dāng)稠油乳狀液初始含水率為40%時(shí)，目標(biāo)稠油油田采出液使用靜電聚結(jié)脫水處理的最佳工藝條件為：處理溫度120 ℃、處理時(shí)間50 min、處理電壓3 000 V、加入500 mg·L-1的破乳劑SP102，在此處理?xiàng)l件下，稠油乳狀液的脫水率達(dá)到99%以上，脫水處理效果較好。

3 結(jié)論

(1)稠油乳狀液初始含水率對(duì)靜電聚結(jié)脫水率有一定的影響，初始含水率越高，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，靜電聚結(jié)脫水率相對(duì)越低；當(dāng)稠油乳狀液初始含水率為60%時(shí)，在一定的處理?xiàng)l件下靜電聚結(jié)脫水率仍可以達(dá)到75%以上，說(shuō)明靜電聚結(jié)處理技術(shù)對(duì)海上稠油油田采出液具有良好的脫水效果。

(2)當(dāng)稠油乳狀液初始含水率為40%時(shí)，加入500 mg·L-1的破乳劑SP102，調(diào)整處理溫度為120 ℃、處理時(shí)間為50 min、處理電壓為3 000 V，可使脫水率達(dá)到99%以上，達(dá)到了良好的脫水處理效果。靜電聚結(jié)脫水處理技術(shù)能夠有效提高海上稠油油田采出液的處理效率。