流花油田電脫水器乳化層形成的原因及措施

余紅坤

摘 要：FPSO兩個生產系列（Train #1、Train #2）共有兩臺電脫水器V-1340、V-1440，采用并聯的方式工作。流花EDD比較容易形成乳化層，這可能與原油性質及地層出來的泥沙有關，電脫乳化層黏度大（一些泥沙同樣停留在乳化層不能下沉到水里），需定期排放到閉排系統，是污油艙廢油的主要來源。另外，生產工況不好時，EDD底部存在黏土和原油形成的絮狀物，隨著船體的晃動懸浮在生產水中，導致出口水很臟，無法外排或回注生產分離器處理，只能泄放到污油污水艙。因此，開展流花油田電脫水器乳化層控制技術研究顯得尤為重要。

關鍵詞：流花油田；電脫水器；乳化層控制技術；研究

中圖分類號：X741 文獻標志碼：A

1 乳化層形成的本質

原因乳狀液是一種穩定性不太大的分散體系，如果將兩個互不相溶的液體放在一起并用力攪拌，它們便會形成乳狀液。但是若將其靜置一會，就發現不相溶的液體迅速分成兩層液相。可見兩個互不相溶的液相形成乳狀液是不穩定的。但是如果在它們之中混入一些表面活性劑，就會得到較為穩定的乳狀液。在電場中的乳狀液主要是靠界面膜及電效應來維持其穩定性的，其中，界面膜主要是由一些天然的表面活性劑吸附在油水界面上而形成的，它可以阻止兩個液滴通過碰撞而聚結。而在電場中乳狀液的電效應主要與電場的性質有關。

電脫中的原油乳狀液破乳脫水過程中，通過添加破乳劑等一些化學試劑來破壞其界面膜使其破乳聚結。而少量未破乳的新鮮乳狀液將聚集在油、水層之間，并吸收乳狀液中的固體雜質形成中間層。中間層可在一段時間后達到穩定。隨著時間的增加，原油中的部分水分、固體雜質、未溶解于水相的鹽類及原油的重質組分逐漸下沉，而下沉的組分與部分上浮的輕質油組分一樣，當運動至油水界面上時并未發生聚結和混合，而是富集在了中間乳化層內。中間層乳狀液是一種多相多重乳狀液，同時含有油包水乳狀液和水包油乳狀液，含有水、油、膠質、瀝青質、機械雜質、腐蝕產物和鹽類等，組成復雜。中間乳化層一旦形成，即成為分離油相和水相的分界層，相當于給乳狀液中油、水的正常流動增加了一道屏障，從而使油滴不能上浮與其他油相聚結，水滴不能下沉與其他水相聚。

通過分析乳化層的組成，得到了乳化層形成的本質原因是原油組成中的膠質、瀝青質、蠟晶為天然的表面活性物質，降低表面張力，使得形成穩定的乳狀液；溶液中的固體顆粒（機械雜質，黏土的懸浮顆粒），無機鹽以及酸類的存在，促進了油水界面乳化層的穩定。

2 提高脫水效率的措施

針對乳化層產生的原因，首先考慮電脫水器的影響，電脫水器的影響因素很多，溫度、壓力、含水率、注水量、混合強度、電場強度、油水界面位置、停留時間、不同電場以及電極形式。在本次研究中，重點研究了溫度、壓力以及電場強度的影響，通過仿真計算，若從控制乳化層的厚度、提高脫水效率的角度，建議溫度不高于230℉；綜合考慮溫度對破乳與蒸汽加熱器結垢的影響，推薦的溫度范圍為195℉～200℉。

但溫度與壓力是匹配的，根據前面生產水所得到的生產分離器的最佳操作壓力為43psig～46psig，那么與之對應的電脫水器的操作壓力大致為20psig～28psig。推薦的溫度范圍為195℉～200℉時，其對應的最小壓力范圍為19psig～22psig。根據分離器限制的電脫水器的壓力為20psig～28psig，該推薦的壓力可以適應推薦的溫度范圍。由于脫水效率在達到電分散前還有個降低的過程，呈現S型分布，建議的操作電壓為25kV～33kV。

從電脫水器的結構上，主要是針對布液管的開孔方式，為了讓固體顆粒從油水界面轉入油相，降低乳化物的穩定性，將開孔方式改為了有120°夾角的，帶從內層壁面為22mm減縮至外孔壁面20mm的圓孔。

3 電脫水器的高效運行

3.1 不同溫度壓力條件下中間層的厚度（mm）

在計算溫度范圍內，溫度由180℉升溫至250℉，隨著溫度的升高，促進了油水的分離，減小了乳化層的產生，中間乳化層厚度降低。因為溫度升高加劇了液滴的布朗運動，使液滴碰撞頻率增加，加劇了液滴的聚合速度；使得界面膜黏度變小，強度變低，易于破裂；內相顆粒體積膨脹，使界面膜變薄，機械強度降低；降低了原油的黏度，使水滴易于沉降。溫度超過230℉時，乳化層的厚度幅度變小，再升溫至250℉～270℉時，乳化層厚度基本上沒有變化，這可能是溫度過高，油與水的密度差、黏度差逐漸減小，不利于油水分離所致。

從仿真結果來看，要控制乳化層的厚度，升高溫度是一種控制措施，建議的溫度控制不超過230℉，因為超過230℉以后，溫度增大，耗能增加，乳化層變化不明顯。溫度從180℉升高至230℉時，含水率下降比較明顯，到溫度繼續升高至250℉時，含水率變化不大，溫度繼續升高至270℉，含水率基本不變，這說明隨著溫度的升高，油水密度差、黏度差越來越小，不利于分離。根據含水率隨溫度的變化關系，建議加熱溫度不超過230℉。

但是，對于電脫水器而言，要實現對油水的加熱，則需通過管束式蒸汽加熱器來實現。通過之前對蒸汽加熱器的計算，可以看出，隨著溫度的升高，管束式蒸汽加熱器中結垢的趨勢增加。因此，在考慮提高溫度來提高破乳效率以及控制中間乳化層生成的同時，還需要考慮溫度升高對換熱管中結垢的影響。根據油品的性質，隨著溫度從180℉增加至230℉的過程中，破乳效率增加，中間乳化層生成減少；但通過對蒸汽換熱管結垢量的計算，溫度從180F增加至230℉的過程中，結垢量逐漸增大。因此，為避免因為溫度過高，造成蒸汽換熱管的堵塞，則建議的溫度范圍為195℉～200℉。

3.2 蒸汽加熱器中換熱管的結垢量

相對于溫度的影響，壓力的影響明顯不大，而壓力的影響主要是要保證在溫度范圍內，水不氣化，例如，在溫度為270℉，壓力為18psig～28psig時，水中的油相氣化，則壓力影響水的沉降。

根據《原油脫水設計規范》（SY/T0045—1999）中規定，操作壓力應根據原油中輕餾分的含量和以及電脫溫度而定，一般其操作壓力應比原油在脫水溫度下水的飽和蒸汽壓大0.1～0.35MPa，通常高0.15MPa，雖然電脫水器的操作壓力對電脫水過程的諸因素沒有直接影響，但電脫水器的操作壓力不能太低，否則出現大量氣體后影響脫水效果。

根據前面生產水所得到的生產分離器的最佳操作壓力為43psig～46psig，那么與之對應的電脫水器的操作壓力大致為20psig～28psig。根據前面計算后，推薦的溫度范圍為195℉～200℉，則與該溫度匹配的最小壓力范圍為19psig～22psig。根據分離器限制的電脫水器的壓力為20psig～28psig，則在該壓力范圍內，也能適應推薦的溫度范圍（195℉～200℉）。

3.3 電脫水器的最優結構參數

影響電脫水結構的，最主要的是看布液管的結構。現有電脫水裝置的進油分布器在罐體下部采用4根6"的鋼管，鋼管兩側按照一定的距離開有φ20孔，開孔位置在分布管的兩側水平方向。

現在的電脫水沉降罐中開孔方向斜向上方，呈120°夾角，這樣可以增大顆粒與油水界面的夾角，那是否有方法，可以增大乳化減弱區域，從而使得固體顆粒在形成乳化層的時候，減少固體顆粒的作用。根據此原理對現有的布液管開孔進行更改，也是呈120°夾角，從內部開始傾斜開孔，內部圓孔開孔22mm，減縮至管外突出1mm的距離，截面為直徑20mm的圓。

3.4 破乳劑篩選的理論分析

各大油田根據自身油品的性質，選擇合適的破乳劑與破乳方式，不同油田根據原油的性質，提出的不同的措施。綏中油田、遼河油田、勝利孤島油田、大慶頭臺油田優化了脫水工藝條件，選擇合適的破乳劑，其中勝利孤島油田產生乳化的原因以及油品的性質與流花的相仿，酸值、膠質、瀝青質含量較高，其處理方式（AE型破乳劑與醋酸復配）；榆林油田由于注水帶酸性影響破乳，吉林油田的乳狀液熱穩定性與機械穩定性強，在這種情況下選擇了采用兩段破乳脫水工藝，即一段脫水破除油包水乳狀液并改善水質；二段破壞乳狀膠團。

因此，目前流花是兩臺電脫水器并聯使用，若改為串聯使用，則要根據前后一級脫水與二級脫水的目的選擇不同類型的破乳劑，并考慮破乳劑的配伍性，若直接由并聯改為串聯，處理量增大，油水沉降時間變短，反而影響到破乳的效果。克拉瑪依油田，引入的是其他的破乳方式，用離心+破乳劑的方式。克拉瑪依油田的這種做法，也值得借鑒，借鑒之處在于，可以引入新的破乳理念來進行原油破乳。

結語

本文分析了一些新型的破乳技術，其中，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。從經濟、環保、高效的角度，建議油田引入超聲波破乳技術，從而可以大大減少乳化層的形成。

參考文獻

[1]張鴻仁.油田原油脫水[M].北京：石油工業出版社，1990.

[2]吉慶林，高鵬，陳自剛，等.海上油田電脫分離器結構設計研究[J].過濾與分離，2013，23（2）：29-33.