三元復(fù)合驅(qū)和水驅(qū)原油的電脫水特性評(píng)價(jià)

李金玲 黃作男 王建華 洪小平 蔣容

1大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠

2中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司管具與井控技術(shù)服務(wù)分公司

隨著三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)的推廣應(yīng)用，采出液的組成成分更加復(fù)雜，油水界面膜更加穩(wěn)定，表觀黏度更大、導(dǎo)電性更強(qiáng)，油珠之間聚集阻力更大，這些理化特性變化，造成采出液乳化嚴(yán)重，破乳脫水困難[1-3]。

脫水工藝是油氣集輸系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)[4-5]。電脫水器因其具有高效、預(yù)處理空間大、對(duì)周圍環(huán)境影響小等多方面優(yōu)勢(shì)[6-8]，被廣泛應(yīng)用于各油田地面系統(tǒng)的脫水工藝系統(tǒng)。當(dāng)采出液雜質(zhì)較多、穩(wěn)定性強(qiáng)時(shí)，容易在電脫環(huán)節(jié)產(chǎn)生“垮電場(chǎng)”現(xiàn)象[9-10]，導(dǎo)致設(shè)備脫水率降低，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)p壞電脫水器，給油田企業(yè)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)損失。因此，有必要對(duì)不同驅(qū)替條件下的含水油開展電脫水特性研究，為油田地面脫水工藝流程、設(shè)備的設(shè)計(jì)與改進(jìn)提供指導(dǎo)，以提高油田企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

大慶油田某聯(lián)合站接收某強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)區(qū)塊的采出液，同時(shí)，該聯(lián)合站還處理該區(qū)域的水驅(qū)采出液。在流程上，該聯(lián)合站具備復(fù)合驅(qū)三元采出液和水驅(qū)采出液?jiǎn)为?dú)處理和混合處理的能力。在該聯(lián)合站分別運(yùn)行了水驅(qū)-三元驅(qū)分開處理流程和水驅(qū)-三元驅(qū)混合處理流程，由于所取三元復(fù)合驅(qū)含水油、水驅(qū)-三元驅(qū)混合含水油、水驅(qū)含水油樣均來(lái)自于實(shí)際生產(chǎn)流程中的游離水脫除器脫后的含水油，因此相比于以往研究所用的室內(nèi)模擬配制采出液，本實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果更能代表實(shí)際生產(chǎn)情況。油樣取出后，采用原油智能脫水試驗(yàn)儀，對(duì)不同油樣分別進(jìn)行了室內(nèi)電脫水實(shí)驗(yàn)，分析總結(jié)了不同驅(qū)替條件下W/O 型乳狀液的電脫水特性以及破乳劑對(duì)W/O型乳狀液電脫水特性的影響。

1 實(shí)驗(yàn)儀器、樣品及方法

實(shí)驗(yàn)采用DTS-3原油智能脫水試驗(yàn)儀。

實(shí)驗(yàn)樣品分為三種：三元復(fù)合驅(qū)含水油，取自分開處理流程運(yùn)行時(shí)4#游離水脫除器沉降后的油出口；水驅(qū)-三元驅(qū)混合含水油，取自混合處理流程運(yùn)行時(shí)4#游離水脫除器沉降后的油出口；水驅(qū)含水油，取自分開處理流程運(yùn)行時(shí)1#水驅(qū)游離水脫除器的油出口。以上樣品通過(guò)自然沉降，分離油水，并將其混合成含水率為10%的混合液。樣品驅(qū)油劑含量及pH值見表1，原油物性見表2。

表1 樣品驅(qū)油劑含量及pH值Tab.1 Content of oil displacement agent and pH value of the sample

表2 原油物性Tab.2 Physical properties of crude oil

將上述三種樣品分別放入DTS-3原油智能脫水試驗(yàn)儀，電脫水溫度分別設(shè)置為45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃，電脫水時(shí)間設(shè)置為1 h，緩慢調(diào)整電壓至5 100 V 左右（為防止儀器損壞，當(dāng)電流達(dá)到25 mA時(shí)暫停升高電壓，待電流下降后繼續(xù)提高電壓），每分鐘記錄一次脫水電壓、脫水電流，最后取出電脫水后原油測(cè)試其含水率。將三元復(fù)合驅(qū)含水油、水驅(qū)-三元驅(qū)含水油分別放入電脫水試驗(yàn)儀，并分別加入FJ-43破乳劑（質(zhì)量濃度為350 mg/L），然后重復(fù)上述電脫步驟并測(cè)試電脫水后原油含水率。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

對(duì)電脫水后原油含水率測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到不同樣品電脫水1 h后的含水率（表3）。根據(jù)上述室內(nèi)電脫水模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制各溫度下不同含水油脫水電壓-時(shí)間曲線及各溫度下不同含水油脫水電流-時(shí)間曲線（圖1～圖8）。

表3 各溫度下不同含水油電脫后原油含水率Tab.3 Water cut of different water-bearing oil after being dehydrated by electricity at different temperatures

圖1 45 ℃時(shí)不同含水油脫水電壓-時(shí)間曲線Fig.1 Curves of dehydration voltage and time of different waterbearing oil at 45 ℃

圖2 45 ℃時(shí)不同含水油脫水電流-時(shí)間曲線Fig.2 Curves of dehydration current and time of different waterbearing oil at 45 ℃

圖3 50 ℃時(shí)不同含水油脫水電壓-時(shí)間曲線Fig.3 Curves of dehydration voltage and time of different waterbearing oil at 50 ℃

圖4 50 ℃時(shí)不同含水油脫水電流-時(shí)間曲線Fig.4 Curves of dehydration current and time of different waterbearing oil at 50 ℃

圖5 55 ℃時(shí)不同含水油脫水電壓-時(shí)間曲線Fig.5 Curves of dehydration voltage and time of different waterbearing oil at 55 ℃

圖6 55 ℃時(shí)不同含水油脫水電流-時(shí)間曲線Fig.6 Curves of dehydration current and time of different waterbearing oil at 55 ℃

圖7 60 ℃時(shí)不同含水油脫水電壓-時(shí)間曲線Fig.7 Curves of dehydration voltage and time of different waterbearing oil at 60 ℃

圖8 60 ℃時(shí)不同含水油脫水電流-時(shí)間曲線Fig.8 Curves of dehydration current and time of different waterbearing oil at 60 ℃

從圖1～圖8中可以看出，三元驅(qū)含水油電脫水難度最大，且遠(yuǎn)大于混合油和水驅(qū)含水油的脫水難度。

無(wú)論處于何種電脫水溫度，三元復(fù)合驅(qū)含水油的脫水電壓始終較低，維持在300～350 V，無(wú)法建立起有效的脫水電場(chǎng)，且脫水電流始終較高，維持在23～25 mA。結(jié)合表3可知，此時(shí)電脫水后原油含水率皆不達(dá)標(biāo)。水驅(qū)-三元驅(qū)混合油的脫水電壓緩慢升至5 100 V 左右，脫水電流初期較高，然后逐漸穩(wěn)定在3～5 mA。水驅(qū)油樣品的脫水電壓快速上升至5 100 V 左右，脫水電流先升高后下降，最后可逐漸維持在2～3 mA，此時(shí)電流較低且穩(wěn)定，表明有效電場(chǎng)已經(jīng)建立。三元復(fù)合驅(qū)含水油脫水電流比混合油和水驅(qū)油樣脫水電流高5～10 倍，且電壓一直處于低水平，無(wú)法建立穩(wěn)定有效的脫水電場(chǎng)，這表明三元驅(qū)含水油脫水難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其余兩種含水油，這種現(xiàn)象與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行情況相符。

結(jié)合表3并對(duì)比圖2、圖4、圖6可以發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)控制脫水溫度可有效提高混合原油的脫水效果。

對(duì)于水驅(qū)油，隨著溫度由45 ℃升高至55 ℃，建立穩(wěn)定電場(chǎng)所需的時(shí)間變化不大；當(dāng)溫度升至60 ℃時(shí)，建立穩(wěn)定電場(chǎng)所需時(shí)間減少。對(duì)于混合油，當(dāng)溫度小于55 ℃時(shí)，隨著溫度升高，建立穩(wěn)定電場(chǎng)的時(shí)間隨之減少，同時(shí)脫水率隨之變大；溫度達(dá)到60 ℃時(shí)，電場(chǎng)穩(wěn)定時(shí)間延長(zhǎng)，且脫水電流略為升高，因此55 ℃為綜合效果最佳溫度。而對(duì)于三元驅(qū)含水油，溫度從45 ℃提升到60 ℃時(shí)，脫水電壓不升高，脫水電流不下降，且脫水1 h 含水率不達(dá)標(biāo)。

繪制50 ℃、55 ℃溫度條件下不同含水油無(wú)破乳劑、添加FJ-43 破乳劑時(shí)的脫水電壓-時(shí)間曲線和脫水電流-時(shí)間曲線（圖9～圖12）。

圖9 50 ℃時(shí)不同含水油脫水電壓-時(shí)間曲線（加劑/不加劑）Fig.9 Curves of dehydration voltage and time of different waterbearing oil at 50 ℃(with/without agent)

圖10 50 ℃時(shí)不同含水油脫水電流-時(shí)間曲線（加劑/不加劑）Fig.10 Curves of dehydration current and time of different waterbearing oil at 50℃(with/without agent)

圖11 55 ℃時(shí)不同含水油脫水電壓-時(shí)間曲線（加劑/不加劑）Fig.11 Curves of dehydration voltage and time of different waterbearing oil at 55 ℃(with/without agent)

由圖9～圖12 中的曲線可以看出，對(duì)于混合油，添加破乳劑后其脫水電壓、脫水電流無(wú)明顯變化，建立穩(wěn)定電場(chǎng)所需時(shí)間幾乎不變，50 ℃下無(wú)破乳劑時(shí)所需時(shí)間為31 min，加破乳劑時(shí)所需時(shí)間為30 min。

圖12 55 ℃時(shí)不同含水油脫水電流-時(shí)間曲線（加劑/不加劑）Fig.12 Curves of dehydration current and time of different waterbearing oil at 55 ℃(with/without agent)

對(duì)于純?nèi)獜?fù)合驅(qū)含水油，加破乳劑效果明顯，電壓20 min 左右即可升至5 100 V 左右，脫水電流急劇下降，最后維持在2 mA～3 mA，電場(chǎng)建立時(shí)間要快于混合油。此外，結(jié)合圖2、圖4、圖6、圖8可以得出，55 ℃是最適宜于三元復(fù)合驅(qū)含水油脫水的溫度。因此破乳劑對(duì)三元驅(qū)脫水電場(chǎng)穩(wěn)定效果作用明顯，溫度升高有利于破乳劑發(fā)揮效果。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)取自大慶油田某聯(lián)合站實(shí)際生產(chǎn)流程中的三元復(fù)合驅(qū)含水油、水驅(qū)-三元驅(qū)混合含水油、水驅(qū)含水油進(jìn)行室內(nèi)電脫水模擬實(shí)驗(yàn)，可得到具體結(jié)論如下：

（1）三元含水油電脫水難度最大，且遠(yuǎn)大于混合含水油和水驅(qū)含水油，其脫水電流高于后兩者5～10 倍以上，在電脫水儀中無(wú)法建立穩(wěn)定電場(chǎng)，電脫水1 h后原油含水率仍然不達(dá)標(biāo)。

（2）對(duì)水驅(qū)-三元驅(qū)混合含水油，隨著溫度升高，脫水率增大，但當(dāng)溫度超過(guò)55 ℃時(shí)，脫水率提高幅度逐漸變小，所以溫度55 ℃時(shí)脫水效果最好。隨電脫水時(shí)間延長(zhǎng)，混合含水油的脫水率升高。

（3）適宜的破乳劑對(duì)三元含水油脫水電場(chǎng)有明顯穩(wěn)定作用，有助于降低三元含水油脫水難度。