天然氣對渤海某油田原油脫水效果的影響*

王 晶

（中海油（天津）油田化工有限公司，天津 300452）

從熱力學觀點看，原油乳狀液屬于不穩定的體系，破乳是必然的結果，只是時間和方式的問題［1］。根據Stokes 定律，對于W/O 型原油乳狀液，增大油水密度差和水滴半徑或減小原油的黏度均有利于水滴的沉降［2］。現常用的原油脫水方法有：熱處理、化學處理（加入破乳劑）、施加電場、混合、震動、微波、超聲、離心、過濾以及加入微生物等［3-8］，其中熱處理、化學處理、施加電場為海上油田最常用且有效的方法。李志國等［9］研究了溫度升高對原油脫氣脫水效果的改善作用，但并未明確原油脫水效果的改善是由于溫度升高還是脫氣效果改善引起的。韋雪貴等［10］發現聚硅氧烷類消泡劑對原油脫水有一定的輔助作用，但未闡明消泡劑對原油脫水效果影響的原因。

渤海某油田原油，50℃下的密度為0.951 g/cm3，硫、蠟、瀝青質、膠質含量分別為0.410%、2.24%、8.25%、20.02%，屬于典型的稠油油田。該油田日處理產液2.9×104m3、日處理原油5300 m3、日處理天然氣1.4×105m3。原油處理設備依次為：1級游離水分離器，操作溫度68℃，操作壓力0.65 MPa；2 級游離水分離器，操作溫度78℃，操作壓力0.55 MPa；電脫水器，操作溫度83℃，操作壓力0.45 MPa。由于原油黏度高使天然氣脫除困難，最終導致進入電脫水器的原油含氣量較高，影響原油在電脫水器中的脫水效果。因此，針對該油田開展了天然氣對原油脫水效果的影響研究，分析了天然氣對原油脫水效果的影響機理，最終通過在2 級分離器入口及電脫水器入口加注消泡劑，改善了原油的脫水效果。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

水溶性改性聚醚型破乳劑、有機硅型消泡劑BHX-03（10%改性硅油+90%航空煤油），中海油（天津）油田化工有限公司。

Phenom Pro電子顯微鏡，復納科學儀器（上海）有限公司；872Af羅賓遜離心機，轉速1500 r/min，根據現場經驗設置離心時間為8 min，美國Robinson公司；Brookfield DV-Ⅲ黏度計，美國Brookfield 公司；Nalgene 20L 分液器，美國Nalgene 公司；室內模擬電脫水器裝置，運行電壓12 kV，上海藍濱石化設備有限責任公司；原油天然氣混合實驗裝置（見圖1）主要包括：壓縮天然氣瓶，設計壓力5.0 MPa，容量50 L；原油氣體混合罐，設計壓力2.0 MPa，直徑300 mm，高度600 mm；布氣管孔徑0.5 mm；頂部排氣閥，設計壓力2.0 MPa；取樣口距原油氣體混合罐底部300 mm。

圖1 原油天然氣混合實驗裝置示意圖

1.2 實驗方法

（1）乳化原油含水值及黏度的測定

分別取油田現場1級分離器入口、2級分離器入口、電脫水器入口原油，用分液器去除底部游離水，然后將剩余原油搖晃均勻，根據國家標準GB/T 6533—2012《原油中水和沉淀物的測定離心法》測定原油含水值。在68、78、83℃下，用黏度計分別測定去除游離水的1級分離器入口原油、2級分離器入口原油及電脫水器入口原油的黏度。

（2）天然氣對原油中水滴粒徑的影響

①將壓縮天然氣瓶接入油田現場天然氣系統，裝取壓縮天然氣，取樣溫度約28℃，氣體壓力1.5 MPa。將壓縮天然氣瓶接入原油天然氣混合實驗裝置。②分別取油田現場已加注破乳劑的1級分離器入口、2 級分離器入口、電脫水器入口原油，用分液器去除底部游離水，將剩余原油搖晃均勻。將35 L原油樣品轉移至原油氣體混合罐中。分別參照1級分離器68℃、2級分離器78℃、電脫水器83℃，將原油氣體混合罐設定到指定溫度。③當原油氣體混合罐溫度加熱至指定溫度后，通過節流閥調節天然氣流量，同時分別參照1 級分離器壓力0.65 MPa、2級分離器壓力0.55 MPa、電脫水器壓力0.45 MPa，通過控制排氣閥，將原油氣體混合罐壓力控制在指定壓力。④在指定的天然氣流量、溫度下，向原油中通入天然氣，每隔5 min在取樣口取樣，用電子顯微鏡觀察原油中水滴的狀態。原油在各級設備中的停留時間約為15 min，因此實驗通氣時間為15 min。

（3）天然氣對乳化原油脫水的影響

在上述（2）的實驗過程中，當原油中水滴粒徑達到穩定后，用100 mL離心管從原油天然氣混合實驗裝置取樣點處取80 mL 原油樣品，放置在指定溫度的水浴中，記錄原油的靜置脫水數據；用量筒從氣體混合罐底部取樣閥處取樣，測量混合罐中脫出水的體積。

（4）模擬電脫水器脫水實驗

將通入天然氣15 min 后的電脫水器入口原油置于室內模擬電脫水器中，考察原油在模擬裝置中的脫水效果。

（5）消泡劑現場加注試驗

在油田現場分別開展在用消泡劑BHX-03 在2級分離器入口、電脫水器入口的加注試驗，記錄現場原油脫水數據。

2 結果與討論

2.1 原油含水值與黏度

去除游離水后的1級分離器入口、2級分離器入口、電脫水器入口原油含水值分別為35%、27%和20%。去除游離水的1級分離器入口原油在68℃下的黏度為419 mPa·s；2級分離器入口原油在78℃下的黏度為276 mPa·s；電脫水器入口原油在83℃下的黏度為187 mPa·s。

2.2 天然氣對原油中水滴粒徑的影響

由表1 可見，針對去除游離水的1 級分離器入口原油，當天然氣流量為1數3 L/min 時，天然氣的通入對乳化原油中水滴粒徑的影響較小。

表1 天然氣對1級分離器入口原油中水滴粒徑的影響

由表2、表3 可見，針對去除游離水的2 級分離器入口原油及電脫水器入口原油，當天然氣流量為1數3 L/min時，天然氣的通入均可增大乳化原油中水滴的粒徑。當天然氣流量為1、2 L/min時，水滴粒徑隨通氣時間的延長而增大，當通氣時間為10 min時，水滴粒徑基本達到平衡；當天然氣流量為3 L/min、通氣時間為5 min時，水滴粒徑達到平衡，不再隨通氣時間的延長而增大。對于2級分離器入口及電脫水器入口原油，天然氣流量為1、2 L/min時水滴粒徑達到平衡時的數值大于天然氣流量為3 L/min時水滴粒徑達到平衡時的數值。

表2 天然氣對2級分離器入口原油中水滴粒徑的影響

表3 天然氣對電脫水器入口原油中水滴粒徑的影響

2.3 天然氣對乳化原油脫水的影響

當天然氣流量為0數3 L/min、通入時間為15 min 時，針對1 級分離器入口原油、2 級分離器入口原油及電脫水器入口原油，原油天然氣混合裝置底部取樣閥處均沒有明水排出。原油天然氣混合實驗裝置取樣點原油樣品在指定溫度的水浴中靜置不同時間的脫水量見圖2數圖4。

由圖2 可見，針對去除游離水的1 級分離器入口原油，天然氣的通入對其靜態脫水速度基本無影響。由圖3、圖4 可見，針對去除游離水的2 級分離器入口及電脫水器入口原油，天然氣的通入能加快乳化原油的靜態脫水速度。當天然氣流量為1、2 L/min時，天然氣對原油脫水速度的促進作用較好；當天然氣流量為3 L/min時，天然氣對原油脫水速度的促進作用有所降低。

圖2 68℃下天然氣流量對1級分離器入口原油脫水效果的影響

圖3 78℃下天然氣流量對2級分離器入口原油脫水效果的影響

圖4 83℃下天然氣流量對電脫水器入口原油脫水效果的影響

2.4 模擬電脫水器脫水

將通入15 min 天然氣后的電脫水器入口原油置于模擬電脫水器裝置中，原油脫水效果見圖5。針對電脫水器入口原油，天然氣的通入可改善其在模擬電脫水器中的脫水效果。當天然氣流量為1、2 L/min時，天然氣對原油脫水速度的促進作用最佳；當天然氣流量為3 L/min時，天然氣對原油脫水速度的促進作用有所降低。在整個實驗過程中，模擬電脫水器運行穩定，電流基本穩定在0 A。

圖5 83℃下在模擬電脫水器中天然氣流量對電脫水器入口原油脫水效果的影響

2.5 消泡劑對原油脫水效果的影響

在油田現場，分別在2級分離器入口、電脫水器入口加注消泡劑BHX-03。由前文室內實驗結果（圖2）可見，天然氣對1級分離器入口原油靜態脫水速度的影響較小，因此未開展消泡劑在該入口的加注試驗。由表4 可見，在2 級分離器和電脫水器入口加注BHX-03 后，脫水與脫氣效果隨著消泡劑BHX-03 加注濃度的升高而改善。當BHX-03 加注量為20 mg/L 時，脫水與脫氣效果最佳。消泡劑加注前后，電脫水器運行穩定，電流基本穩定在0 A。

表4 消泡劑的加注對原油脫水脫氣效果的影響

2.6 天然氣對原油脫水效果的影響分析

乳化原油的脫水速度和其黏度及分散相水滴的粒徑密切相關。在其黏度不變的條件下，天然氣通過一定孔徑的布氣管后，以一定的流量與乳化原油混合后，由于天然氣氣泡的上浮，加劇了分散在原油中水滴的運動，增加了水滴之間聚并為大水滴的概率，最終整體上提高了分散水滴的粒徑，從而使乳化水滴更易從原油中脫出。

當含水值、黏度一定時，乳化原油中水滴分散粒徑有一最佳范圍，當達到該最佳范圍后，通入天然氣對乳化水滴的粒徑不再產生影響。當天然氣流量達到一定值后，天然氣的通入反而有減小水滴粒徑的作用。原因可能為，較大流量的天然氣會破壞較大粒徑的水滴，使其變為更小粒徑的水滴，從而使乳化原油脫水速度變慢。不同含水值、不同黏度下，同一種原油的水滴最大可允許粒徑范圍不同。說明原油含水值、黏度對分散相水滴的最大允許粒徑范圍均有影響。

渤海某油田2級分離器入口及電脫水器入口由于消泡劑的加入，促進了天然氣從原油中的析出，在其析出過程中，促進了天然氣氣泡與乳化水滴的碰撞，從而增大了乳化水滴的粒徑，最終改善了現場原油的脫水效果。

3 結論

當乳化原油含水值、黏度一定時，分散相水滴的粒徑有一最大允許范圍。由于天然氣的上浮，增加了水滴之間的碰撞，使水滴更易發生聚并。一定流量的天然氣可以增加分散水滴的粒徑，從而使水滴更易沉降、脫出。但當天然氣流量過大時，已形成的較大粒徑的水滴受到破壞，水滴粒徑降低，對水滴的沉降、脫出起到負面影響。油田現場可嘗試提高消泡劑的加注濃度或在某級分離器前補加消泡劑，改善原油的脫氣效果從而達到改善原油脫水效果的目的。