含聚采出液电脱水处理实验研究

张超

中海石油（中国）有限公司天津分公司

聚驱采油是提高原油采收率的有效技术，在我国油田开发中广泛应用[1-4]。随着油田聚驱的不断深入，应用规模扩大，在高效开发取得较好增产效果的同时面临着聚合物采出液处理这一难题[5]。聚驱采出液返聚现象严重，含聚浓度高，采出液黏度上升，乳状液稳定性强，导致油水分离难度大大增加，原油脱水设备效率严重下降，脱水困难[6-9]。对于海上注聚油田，由于空间小、流程时间短，聚驱采出液快速脱水要求更高、难度加大，因此如何提高现有设备运行效率，保证聚驱原油快速高效分离是聚驱油田脱水处理的重难点之一[10]。

本文对聚驱采出液的特性进行分析并对电脱水控制条件开展实验研究，通过电脱水实验装置进行聚驱原油脱水工艺参数优化，为现场的聚驱原油电脱水装置技术改造提供指导。

1 聚驱采出液的特性分析

1.1 实验装置及方法

实验用电脱水装置为自制微型DTS60-2两级动态电脱水器，可以模拟工业现场条件进行原油电脱水器工艺的动态试验，操作压力为0.4～0.6 MPa，操作温度为110～120℃，实现温度、压力、电场强度、停留时间等工艺参数以及进行原油破乳剂的动态筛选与评价。一级电脱器采用交流电源，水平式电极布置，水平极板间距45 mm；二级电脱器采用交直流电源，垂挂式电极布置，垂直极板间距35 mm。含油量分析按照SY/T 0530—2011分光光度法进行；破乳剂的评价标准按SY/T 5280—2000《原油破乳剂通用技术条件》、SY/T 5797—1993《水包油乳状液破乳剂使用性能评定方法》。

1.2 含聚采出液

含聚采出液使用现场流程中取出的样品，其特性参数见表1。

表1 含聚采出液的物性（70℃）Tab.1 Physical properties of produced fluid containing polymer（70℃）

从表1可以看出，现场采出液样品含水率较高，有一定黏度，ζ电位较低，原油在含聚采出液中表面张力小，表明油珠表面的过剩负电荷密度比较高，静电排斥力大，具有很强的乳化倾向，易形成一种稳定的热力学体系。

1.3 操作流程

图1 含聚采出液动态电脱水实验装置工艺流程Fig.1 Dynamic electric dehydration process of produced liquid containing polymer

动态电脱水实验装置工艺流程如图1所示。含聚采出液在缓冲罐中加热到60℃，泵输进入一级电脱水器，在泵输管道中连续加入破乳剂BHQ-123，浓度为250 mg/L，进入电脱水器进行脱水实验，改变电脱工艺条件来研究含聚采出液的电脱水效果。

2 结果与分析

2.1 场强对含聚采出液脱水效果的影响

现场含聚采出液采用AC/DC电源，电脱水器温度110℃，压力0.4 MPa，在电脱水器中停留时间30 min，用二级交直流电脱水器进行电脱实验，通过改变电压来实现电脱水器电场强度的变化，测定脱水效果，实验结果如图2所示。

从图2可以看出：电脱水后油中含水量和水中含油量均随着场强的升高而显著降低，而脱水率和电脱水器功耗则与之相反。强电场区适宜的电场强度为1 000～1 200 V/cm，在此场强范围内，脱出原油含水率≤1%；在场强100～1 200 V/cm的范围内操作，脱出污水中含油质量浓度≤750 mg/L，远小于1 500 mg/L，可满足现场工艺要求，脱水率可达96%以上；电脱电耗在420 W以内，若电场强度继续升高，油中含水和水中含油下降速度变缓，脱水率上升速度也变慢，电脱水功耗增幅明显加大。

图2 电场强度与电脱水后不同参数的变化趋势Fig.2 Trends of electric field strength with different parameters after electric dehydration

随着场强的升高，水滴聚结速度加快，乳化原油脱水效果会越好，但耗电也加大，对电源要求也越高，同时以DC为电源的电脱水器设备与带电流体间形成的金属-电化学液回路的电化学腐蚀加重；当场强超过一定限度后继续增大，大水滴会不断撕裂成小水滴，此时不仅不能形成静电聚结，反而会使乳化原油中的原有水滴发生电分散。

2.2 电场作用方式对含聚采出液脱水效果的影响

现场含聚采出液，电脱水器温度为110℃，压力为0.4 MPa，在电脱水器中停留时间30 min，在电场强度600～1 200 V/cm时，完全相同的操作条件下让其分别进入一级AC电脱水器和二级AC/DC电脱水器开展实验，保持两级电脱场强一致，待流程运行稳定30 min后取样分析并记录相关参数，实验结果如图3所示。

由图3可见，在场强600～1 200 V/cm条件下，无论是采用AC还是采用AC/DC进行电脱，电脱水后油中含水率均在1%左右，交流电脱后原油含水比交直流电脱含水要高；在场强一致的情况下，脱后污水含油质量浓度二者基本接近，水中含油质量浓度≤750 mg/L；AC/DC电脱比AC电脱的脱水率高，功耗低。实验表明，现场原油采用交直流电脱水在脱后油中含水、水中含油、脱水率及电耗等方面均优于交流电脱。

2.3 含聚采出液含水量对电脱水效果的影响

选用现场不同含水率的采出液，分别置入二级AC/DC电脱水器开展实验，待开车流程稳定30 min后取样分析并记录相关参数，实验结果如图4所示。

从图4可见，当采出液含水率超过30%后，电脱场强提升困难，电脱水后原油含水、污水含油均较高，原油脱水率较低。原因是采出液含水过高，电脱水电流过大时电脱水电场强度无法提高，电脱效率下降，因此进入二级电脱器的采出液含水率应≤30%。

出现该现象的原因主要是由于含聚采出液含水率较高，乳化原油在大量失水的过程中，聚合物不断地富集，因聚合物比油重、比水轻，在油相和水相之间形成一中间乳化层，该中间层的出现，缩短了原油在电场中的停留时间，阻碍了水滴的定向迁移和聚结，增大了电脱水电流，降低了电脱水效率，严重时会在电极间形成水链短路，引起极间放电，产生电压电流波动，使电脱水器始终在高电流下非正常运行。乳化原油含水量越高，意味着导电率越大，电脱电流也越大，而变压器输出功率达到一定值后，将会导致加在极板间的电压下降，其电场强度也随之下降，电脱水器将无法正常工作。

图3 交流电脱与交直流电脱水处理效果变化趋势Fig.3 Change trends of AC dehydration and AC/DC treatment effect

图4 采出液含水率对电脱水效果的影响Fig.4 Effect of water content of producted liquid on electric dehydration

3 结论

（1）含聚采出液油滴表面ζ电位较低，静电排斥力大，具有很强的乳化倾向，形成一种稳定的热力学体系，加剧了含聚采出液电脱水分离的难度。

（2）采用交直流电脱方式在脱后油中含水率、水中含油质量浓度、脱水率及电耗等方面均优于单一交流电脱方式；电极设置为垂挂式电极，强电场区的电场强度为1 000～1 200 V/cm，脱出原油含水率≤1%。

（3）电脱水器温度为110℃，压力0.4 MPa，电脱停留时间30 min，在场强600～1 200 V/cm条件下，加入破乳剂BHQ-123质量浓度250 mg/L，电脱后原油含水率≤1%，水中含油质量浓度≤750 mg/L，AC/DC电脱比AC电脱的脱水率高，功耗低。

（4）采出液含水率超过30%后，电脱场强提升困难，进入二级电脱水器的含聚采出液含水率应≤30%。