油田原油脫水技術探索

郭崇華

（中石油遼河油田分公司金馬油田開發公司熱注作業區，遼寧 盤錦 124010）

乳化液是兩種(或兩種以上)不相溶液體的混合物，其中一種液體以極小的液滴形式分散在另一種液體中。乳化液都有一定的穩定性。原油和水構成的乳化液主要有兩種類型:一種是水以極微小的顆粒分散于原油中，稱為“油包水”型乳化液，用符號W/0表示。“油包水”型乳化液中，水是內相或稱分散相，油是外相或稱連續相。另一種是油以極微小顆粒分散于水中，稱為“水包油”型乳化液，用符號O/W表示?！八汀毙腿榛褐?，油是內相，水是外相。

1 穩定乳化液的條件

1.1 形成穩定乳化液必須同時具備三個條件:

1.1.1 系統中必須存在兩種以上互不相溶的液體。

1.1.2 要有一定量的乳化劑存在。

1.1.3 要有強烈的攪拌，使其中一相以微小的液滴分散到另一相中。

1.2 在油田開發過程中具備形成乳化液的二要素是:

1.2.1 油田采出物是油和水，二者互不相溶。

1.2.2 原油中有足夠的膠質、瀝青質、石蠟等，它們都是天然的高性能的乳化劑。

1.2.3 在油田開發和油氣輸送過程中，油、水、乳化劑三者共聚一體，在筒、油嘴、管道、閥件、機泵中充分接觸混合，使油水乳化液的乳化程度逐漸加深。

2 原油脫水的傳統方法

原油脫水方法有重力沉降脫水、熱化學脫水和電脫水。為了提高脫水效果，在油田經常聯合使用這些脫水方法。

2.1 重力沉降脫水

含水原油經破乳后，需要把原油同游離水、雜質等分開。在沉降罐中主要依靠油水密度差產生的下部水層的水洗作用和上部原油中水滴的沉降作用使油水分離，此過程在油田常被稱做一段脫水。

2.2 熱化學脫水

原油熱化學脫水是將含水原油加熱到一定的溫度，并在原油乳化液中加入少量的表面活性劑(稱破乳劑)，破壞其乳化狀態，使油水分離。熱化學脫水工藝簡單、成本低廉、效果顯著，近幾十年來在國內外得到廣泛應用。但單純用熱化學脫水方法使原油含水達到合格，多數情況下是不經濟的。

2.3 電脫水

電脫水是對低含水原油徹底脫水的最好方法。在油田，電脫水常作為原油脫水工藝的最后環節。將原油乳化液置于高壓直流或交流電場中，由于電場對水滴的作用，削弱了水滴界面膜的強度，促進水滴的碰撞，使水滴聚結成粒徑較大的水滴，在原油中沉降分離出來。水滴在電場中聚結的方式主要有三種。

2.3.1 電泳聚結

把原油乳化液置于通電的兩個平行電極中，水滴將向同自身所帶電荷電性相反的電極運動，即帶正電荷的水滴向負電極運動，帶負電荷的水滴向下電極運動，這種現象稱為電泳。由原油乳化液的性質可知，原油中各種粒徑水滴的界面上都帶有同性電荷，故在迥直流電的平行電極中乳化液的全部水滴將以相同的方向運動。在電泳過程中，水滴受周圍原油的阻力產生拉長變形，并使界面膜機械強度削弱。同時，因水滴大小不等、所帶電量不同、運動時所受阻力各異、各水滴在電場中運動速度不向，導致水滴發生碰撞，使削弱的界面膜破裂，水滴合并、增大，從原油中沉降分出。發生碰撞合并或碰撞合并后還不足以沉降的水滴將運動至與水滴極性相反的電極區附近。由于水滴在電極區附近密集，增加了水滴碰撞合并的機率，使原油中大量小水滴主要在電極區附近沉降分離c電泳過程中水滴的碰撞、合并稱為電泳聚結。

2.3.2 偶極聚結

在高壓直流或交流電場原油乳化液中的水滴受電場的極化和靜電感應，使水滴兩端帶上不同極性的電荷，即形成誘導偶極。因為水滴兩端同時受正負電極的吸引，在水滴上作用的合力為零。水消除產生拉長變形外，在電場中不產生像電泳那樣的運動，但水滴的變形削弱了界面膜的機械強度。特別是在水滴兩端界面膜的強度最弱。原油乳化液中許多兩端帶電的水滴像電偶極子一樣，在外加電場中以電力線方向呈直線排列形成“水鏈”，相鄰水滴的正負偶極相互吸引。屯的吸引力使水滴相互碰撞，合并成大水滴，從原油中沉降分離出來。這種聚結方式稱為偶極聚結。顯然，偶極聚結是在整個電場中進行的。

2.3.3 振蕩聚結

水滴中常帶有酸、堿、鹽的各種離子。在工頻交流電場中，電場方向每秒改變50次，水滴內各種正負離子不斷地做周期性的往復運動，使水滴兩端的電荷極性發生相應的變化。離子的往復運動使水滴界面膜不斷地受到沖擊，使其機械強度降低、甚至破裂，水滴聚結沉降。這一過程稱為振蕩聚結。顯然，水滴越大，離子對界面膜的沖擊作用越大，振蕩聚結的效果越好。

對原油乳化液在電場中破乳過程的觀察表明，在交流電場中破乳作用是在整個電場范圍內進行的，這說明在交流電場內水滴以偶極聚結和振蕩聚結為主。直流電場的破乳聚結，主要在電極附近的有限區域內進行，故直流電場以電泳聚結為主，偶極聚結為輔。

3 新興的破乳方法

3.1 超聲波法

超聲波是一種在媒質中傳播的彈性機械波，具有機械振動、空化及熱作用。超聲波破乳主要依靠超聲波的機械振動和熱作用。機械振動可以促使水“粒子”凝聚。首先，當超聲波通過有懸浮水“粒子”的原油介質時，造成懸浮水“粒子”與原油介質一起振動。由于大小不同的水“粒子”具有不同的相對振動速度，水“粒子”將相互碰撞、勃合，使粒子的體積和質量增大，最后沉降分離。其次，機械振動可使原油中的石蠟、膠質、瀝青質等天然乳化劑分散均勻，增加其溶解度，降低油水界面膜的機械強度，有利于破乳。熱作用可以降低原油R度和油一水界面膜強度。一方面原油吸收部分聲能轉化成的熱能，可降低原油的黏度，有利于水“粒子”的沉降分離;另一方面，邊界摩擦使油一水分界處溫度升高，有利于界面膜的破裂。

3.2 微波輻射法

微波輻射實質上是一種電磁場能量在傳播中的損耗過程，不同物質在微波電磁場作用下的熱效應不同，具有選擇性加熱的特點。由于水分子的介電常數明顯高于界面膜的油分子，則內相水滴吸收更多的微波能量后膨脹，使界面膜受內壓作用而變薄。同時，水分子和界面膜上吸附的極性分子在微波場作用下，高速旋轉或產生電荷位移，擾亂了液一液界面電荷的有序排列，從而導致雙電層結構破壞，Ze to電位急劇減小，實現破乳。

3.3 生物法

生物法原油脫鹽脫水是利用微生物對原油乳狀液進行破乳，進而達到脫鹽脫水的目的。其原理是:某些微生物通過消耗表面活性劑得以生長，并對乳化劑起生物變構作用，破壞乳狀液;另外，有些微生物在代謝過程中分泌出一些具有表面活性的代謝產物，這類天然的表面活性劑是原油乳狀液的良好破乳劑。

結語

原油含水，不但直接影響原油的質量，而且增加了后續處理工藝和輸送過程中的動力、熱力消耗，引起金屬管路和設備的腐蝕。水中攜帶泥砂、碳酸鹽等，還會對輸送管道和設備造成磨損，形成結垢等。另外，原油含水，還會影響煉制加工過程的正常進行。因此，含水量是出礦原油的重要技術指標。經過氣液分離得到的油水混合物，在進入下一級處理工藝和外輸之前，必須進行脫水的凈化處理。

[1]王光然.油氣集輸[M].石油工業出版社，2006.

[2]孫慶和.大慶頭臺油田開發與建設文集[M].石油工業出版社，2008.

[3]《石油地面工程設計論文集》編委會編.《石油地面工程設計論文集》.石油工業出版社，2008.