原油电脱水研究进展分析

摘 要：原油脱水是油田开发过程中的重要环节，本文结合原油电脱水原理，综合叙述了国内外电脱水的研究进展。介绍了直流电场、交流电场和脉冲电场脱水的机理和研究概况，总结了各种电场脱水的特点，为工业生产选择适宜的脱水电场提供了依据。

关键词：原油 电脱水 直流电场 交流电场 脉冲电场

一、引言

随着人们对石油的依赖度激增，石油已成为人们日常生活中必不可少的一部分。油田采出石油含有大量的水，这些水会带来很多危害。因此，炼油厂对原油含水率的要求有着严格规定，规定原油含水率应≤0.5%。由于原油必须经过处理才能变成商品油，所以原油脱水就成为油田生产过程中一个必要环节。在油田的生产过程中，使用适当的脱水方法对原油进行脱水，对于减少原油储运、加工成本，降低能量损耗，保障油田生产安全进行具有极其重要的意义。

国内外学者、专家针对原油脱水技术进行了很多研究，其中应用最广泛的首推静电聚结法和化学破乳法。静电聚结主要用于W/O型乳化液，利用电场将油中分散的水聚结成较大水滴，使其从油中分离出来。目前常用电场有：直流电场、交流电场和高频脉冲电场，。

二、直流电场脱水

1911年，Cottrell和Speed注册了电场聚结的第一份专利，并在实验中观察到水滴的聚结机制[1]。1918年，F M Seibert等人申请了采用250～500V直流电场处理油水乳化液的专利并率先提出了直流电脱水的机理――电泳聚结和偶极聚结[2]。1965年，Waterman进一步研究了水滴在电场中的聚结，他认为静电聚结机理主要为偶极子-偶极子聚结和电澄清[3]。1971年，P. J. Bailes和Larkai发现直流电场能使水滴产生快速的电泳运动，液滴在电极之间的快速移动使液滴和液滴间的碰撞率上升，这使得液滴间的聚结变得非常明显[4]。

直流电场脱水以电泳聚结为主，适合处理较小的水颗粒，但设备与带电流体间形成的金属/电解液回路可能会导致设备电化学腐蚀，因此直流电场目前主要用于炼油厂含水质量分数较低的原油乳化液的“电精制”。

三、交流电场脱水

1984年，Galvin在实验中发现：交流电场中，相邻水滴会直接发生聚结，而不是等水滴成链后再聚结。水滴间距越小，其相互靠近速度越快，当液滴与液滴间距急速变小时，液滴出现变形，水滴因油水界面膜破裂而发生聚结[5]。2001年，Williams等人测试了交流电场作用时间对油中水滴直径的影响，发现液滴直径随电场作用时间的增加而增加，直到达到最大值而不再变化[6]。

交流电场的优点是电路简单，无需整流设备；因电流方向频繁变化而电解反应可逆，而且带电颗粒移动受到抑制，与设备难以形成金属/电解液回路，不会造成电极腐蚀，适合处理高含水原油和聚结在油水界面附近的大水颗粒。其缺点是每个周期内只有两次瞬间电场强度达到最大值，脱水后净化油中的含水率较高；水颗粒容易排列成“水链”而使电场发生短路。

四、脉冲电场脱水

20世纪80年代初期，使用电场技术对W/O型乳化液实施破乳已经较为普遍，但由于分散相水颗粒在电场作用下呈链状排列后会致使电场短路等原因，待处理W/O型乳状液的含水率难以超过15%。英国Bradford大学化学工程系的P. J. Bailes教授开发出了一种静电破乳器，可以在含水率高达65%以上时正常工作，其主要特点是对高压电极进行绝缘涂层处理，并使用高压脉冲DC电场以克服高压DC电场下，绝缘层对电场强度的急剧衰减效应[7]。

1991年前后，英国石油公司（BP）资助P. J. Bailes课题组开展了W/O型原油乳化液的高压脉冲DC电场破乳研究。结果表明，高压脉冲DC电场能够较好地处理含水率高达50%的原油乳化液。2000年，美国Natco集团的G..W.Sams和美国Texas A&M大学的J. P. Wag教授对W/O型乳化液在高压AC电场和高压脉冲DC电场作用下，连续流动破乳时的电能消耗问题进行了系统的研究[8]。2009年，Ole-Morten Midtgard首次应用静电场理论从物理角度分析乳化液受到脉冲DC电场作用时，静电聚结器内电压和自由电荷的形成机理，并提出了一个变化参数为频率和占空比的解析表达式用以推导在各种情况下对特定模型的电压和电荷分布[9]。

高频脉冲电场破乳技术不但能够建立高压稳定破乳电场，而且对高粘度原油的净化脱水也有很好的效果，解决了原油高含水发展期产生的问题，降低了破乳剂的使用量和能耗。高频脉冲电场破乳技术采用脉冲供电，避免了电极间的短路现象，并具有电场运行稳定、脱水电耗低的优点。

五、结论

综上所述，不同电场脱水方式各有其优点，直流电场适宜处理含水量较低的原油乳化液，并能起到“电精制”作用；交流电场可以处理含水量较高的原油乳化液，不会造成电极腐蚀；脉冲电场不仅能处理高含水量原油乳化液，还能有效避免电极间的短路现象和“液滴分散”现象的发生。选择适宜的电场进行脱水，不但能有效提高脱水效率，还可以充分利用能源，减少电能损耗。

作者简介：李苗，工程师，1983年生，2006年毕业于西安石油大学油气储运专业，工程硕士在读，现于中国石油天然气管道工程有限公司从事油气管道设计技术管理工作。