溫度對脫水效率影響的分析與思考

孫巖 李雅喆 南學日

摘要：溫度是決定油田地面工程投資和生產運行成本與能耗的關鍵因素。溫度與集輸處理工藝、裝置、配套破乳劑間存在一定的協同效應。根據采出液性質，采用工藝和裝置先進技術的同時，溫度的優化成為決定工程成敗的重點因素。本文依據斯托克斯公式，在充分分析不同性質原油脫水效率對溫度的敏感性的前提下，確定了不同性質原油最優級處理溫度優化的重點區間和考慮的主要因素。

主題詞：原油 ?破乳脫水 ?脫水溫度 ?優化

1 前言

油田的含水開采期占油井生命周期的90%以上，采出液脫水是油田地面集輸處理系統的首要任務，也是油田投資和生產成本的決定性因素。根據采出液物性，優化集輸處理工藝、設備結構參數、適應性的破乳劑，是提高處理效果、降低成本的重要過程。針對特定的集輸處理流程，如何科學、高效地優化和選擇最佳處理溫度，成為降低油田生產成本和能耗的主要方法。

2 脫水原理

2.1 破乳脫水過程

原油破乳脫水大致分為三個過程：

乳狀液破乳：解放被乳狀液束縛的分散水滴;

聚結與聚并：分散的水滴不斷聚結、聚并;

沉降分離：聚并長大的水滴，利用重力作用，實現油水分層。

添加破乳劑、使用潤濕材料、電脫水工藝等工藝，主要通過提高乳狀液破乳、聚結聚并兩個過程的速度，達到簡化處理工藝、提高脫水效率、降低脫水成本的目的。在特定的處理工藝和設備狀態下，沉降分離效率是決定處理效果的最重要的環節。

2.2 脫水效率影響因素

在眾多影響脫水效率的因素中，溫度是最為關鍵的因素。溫度直接決定了處理工藝的先進性和脫水處理的成本。

沉降分離過程中，脫水效率可用分散水滴的沉降速度表示，符合斯托克斯沉降分離公式。

對公式中任何非常數項產生影響的因素，都將最終影響采出液的分離效果。在確定的工藝流程中，溫度通過對油水密度差、乳狀液外相粘度的影響，是分離效率的主要影響因素。

3 脫水溫度的優化

溫度的變化，除間接影響破乳劑、脫水裝置的脫水效率外，將對斯托克斯公式中的油水密度差、采出液外相粘度產生直接影響。由于不同性質的采出液，對溫度的感受性不同，導致溫度優化的依據、最佳優化溫度區間不同。

3.1 溫度對油水密度差的影響

由于原油與水的膨脹系數不同，溫度的變化將會改變。

溫度對不同原油密度的影響見圖1，水的密度溫度曲線見圖2。

隨著原油密度的增加，溫度對對密度差的影響越小。原油密度在0.69g/cm3至0.99g/cm3范圍內，每升高10℃，油水密度差增加0.5%～1.1%，沉降分離效率相應提高0.5%～1.1%。對于高密度原油，通過摻稀油或注入海水，有利于提高分離效率。

3.2 溫度對粘度的影響

原油的粘溫特性差異巨大，圖4是溫度通過影響原油粘度產生的對沉降分離效率的影響曲線。

注：圖中數據計算過程中，假設分散水滴直徑為10μm。

由圖可見，對于石蠟基原油，在原油凝固點與析蠟點之間，沉降分離速率存在突躍，最佳脫水溫度的優化區間重點宜在此范圍內進行;對于低凝環烷基稀油，在整個實驗溫度范圍內，對沉降分離效率影響較小，提高脫水效率的重點是強化其它脫水措施與低溫破乳劑的配合;對于低凝環烷基原油及超稠油，溫度對沉降分離效率的影響基本成直線關系，最佳溫度的優化重點是與破乳劑相轉變溫度（PIT）的一致性，提高破乳劑作用效果，并根據處理指標要求，選擇所需的最低處理溫度。

4 結論

⑴根據采出液性質，優化和確定處理工藝、脫水裝置等硬件設施，是降低投資和運行成本的前提。

⑵在特定處理工藝與裝置條件下，溫度是影響生產運行成本與能耗的關鍵因素。

⑶基于破乳脫水控制環節的沉降脫水過程（斯托克斯定律），不同性質原油的沉降分離效率，對溫度的敏感性不同，最佳脫水溫度的優化方法、確定依據存在差異。

低凝環烷基稀油，溫度通過影響破乳劑性能間接影響脫水效率，溫度優化的重點是溫度對破乳劑的協同作用;

石蠟基原油，主要的溫度優化區間在凝固點與析蠟點之間，大于析蠟點后優化的重點方向同低凝環烷基稀油。

低凝環烷基原油（稠油）和超稠油，在兼顧破乳劑協同作用的同時，重點優化溫度對外相粘度影響造成的脫水效果差異。但一般脫水溫度不宜超過140℃，否則會產生部分油水互溶現象，降低脫水效果。

參考文獻：

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1、北京迪威爾石油天然氣技術開發的限公司;2、中國石油工程建設有限公司北京分公司