油田原油脱水技术探索

摘 要：原油中的水分，有的成游离状态，称游离水，在常温下用简单的沉降法短时间内就能从油中分离出来;有的则形成油水乳状液，很难用沉降法分离，这类水称乳化水，它与原油的混合物称油水乳化液。乳化水需采取专门的措施才能脱除。

关键词：油田；原油；脱水；技术

中图分类号：U260.6+4 文献标识码：A

乳化液是两种(或两种以上)不相溶液体的混合物，其中一种液体以极小的液滴形式分散在另一种液体中。乳化液都有一定的稳定性。原油和水构成的乳化液主要有两种类型:一种是水以极微小的颗粒分散于原油中，称为“油包水”型乳化液，用符号W/0表示。“油包水”型乳化液中，水是内相或称分散相，油是外相或称连续相。另一种是油以极微小颗粒分散于水中，称为“水包油”型乳化液，用符号O/W表示。“水包油”型乳化液中，油是内相，水是外相。

1 稳定乳化液的条件

1.1形成稳定乳化液必须同时具备三个条件:

1.1.1系统中必须存在两种以上互不相溶的液体。

1.1.2要有一定量的乳化剂存在。

1.1.3要有强烈的搅拌，使其中一相以微小的液滴分散到另一相中。

1.2在油田开发过程中具备形成乳化液的二要素是:

1.2.1油田采出物是油和水，二者互不相溶。

1.2.2原油中有足够的胶质、沥青质、石蜡等，它们都是天然的高性能的乳化剂。

1.2.3在油田开发和油气输送过程中，油、水、乳化剂三者共聚一体，在筒、油嘴、管道、阀件、机泵中充分接触混合，使油水乳化液的乳化程度逐渐加深。

2 原油脱水的传统方法

原油脱水方法有重力沉降脱水、热化学脱水和电脱水。为了提高脱水效果，在油田经常联合使用这些脱水方法。

2.1 重力沉降脱水

含水原油经破乳后，需要把原油同游离水、杂质等分开。在沉降罐中主要依靠油水密度差产生的下部水层的水洗作用和上部原油中水滴的沉降作用使油水分离，此过程在油田常被称做一段脱水。

2.2 热化学脱水

原油热化学脱水是将含水原油加热到一定的温度，并在原油乳化液中加入少量的表面活性剂(称破乳剂)，破坏其乳化状态，使油水分离。热化学脱水工艺简单、成本低廉、效果显著，近几十年来在国内外得到广泛应用。但单纯用热化学脱水方法使原油含水达到合格，多数情况下是不经济的。

2.3 电脱水

电脱水是对低含水原油彻底脱水的最好方法。在油田，电脱水常作为原油脱水工艺的最后环节。将原油乳化液置于高压直流或交流电场中，由于电场对水滴的作用，削弱了水滴界面膜的强度，促进水滴的碰撞，使水滴聚结成粒径较大的水滴，在原油中沉降分离出来。水滴在电场中聚结的方式主要有三种。

2.3.1 电泳聚结

把原油乳化液置于通电的两个平行电极中，水滴将向同自身所带电荷电性相反的电极运动，即带正电荷的水滴向负电极运动，带负电荷的水滴向下电极运动，这种现象称为电泳。由原油乳化液的性质可知，原油中各种粒径水滴的界面上都带有同性电荷，故在迥直流电的平行电极中乳化液的全部水滴将以相同的方向运动。在电泳过程中，水滴受周围原油的阻力产生拉长变形，并使界面膜机械强度削弱。同时，因水滴大小不等、所带电量不同、运动时所受阻力各异、各水滴在电场中运动速度不向，导致水滴发生碰撞，使削弱的界面膜破裂，水滴合并、增大，从原油中沉降分出。发生碰撞合并或碰撞合并后还不足以沉降的水滴将运动至与水滴极性相反的电极区附近。由于水滴在电极区附近密集，增加了水滴碰撞合并的机率，使原油中大量小水滴主要在电极区附近沉降分离c电泳过程中水滴的碰撞、合并称为电泳聚结。

2.3.2 偶极聚结

在高压直流或交流电场原油乳化液中的水滴受电场的极化和静电感应，使水滴两端带上不同极性的电荷，即形成诱导偶极。因为水滴两端同时受正负电极的吸引，在水滴上作用的合力为零。水消除产生拉长变形外，在电场中不产生像电泳那样的运动，但水滴的变形削弱了界面膜的机械强度。特别是在水滴两端界面膜的强度最弱。原油乳化液中许多两端带电的水滴像电偶极子一样，在外加电场中以电力线方向呈直线排列形成“水链”，相邻水滴的正负偶极相互吸引。屯的吸引力使水滴相互碰撞，合并成大水滴，从原油中沉降分离出来。这种聚结方式称为偶极聚结。显然，偶极聚结是在整个电场中进行的。

2.3.3 振荡聚结

水滴中常带有酸、碱、盐的各种离子。在工频交流电场中，电场方向每秒改变50次，水滴内各种正负离子不断地做周期性的往复运动，使水滴两端的电荷极性发生相应的变化。离子的往复运动使水滴界面膜不断地受到冲击，使其机械强度降低、甚至破裂，水滴聚结沉降。这一过程称为振荡聚结。显然，水滴越大，离子对界面膜的冲击作用越大，振荡聚结的效果越好。

对原油乳化液在电场中破乳过程的观察表明，在交流电场中破乳作用是在整个电场范围内进行的，这说明在交流电场内水滴以偶极聚结和振荡聚结为主。直流电场的破乳聚结，主要在电极附近的有限区域内进行，故直流电场以电泳聚结为主，偶极聚结为辅。

3 新兴的破乳方法

3．1 超声波法

超声波是一种在媒质中传播的弹性机械波，具有机械振动、空化及热作用。超声波破乳主要依靠超声波的机械振动和热作用。机械振动可以促使水“粒子”凝聚。首先，当超声波通过有悬浮水“粒子”的原油介质时，造成悬浮水“粒子”与原油介质一起振动。由于大小不同的水“粒子”具有不同的相对振动速度，水“粒子”将相互碰撞、勃合，使粒子的体积和质量增大，最后沉降分离。其次，机械振动可使原油中的石蜡、胶质、沥青质等天然乳化剂分散均匀，增加其溶解度，降低油水界面膜的机械强度，有利于破乳。热作用可以降低原油R度和油一水界面膜强度。一方面原油吸收部分声能转化成的热能，可降低原油的黏度，有利于水“粒子”的沉降分离;另一方面，边界摩擦使油一水分界处温度升高，有利于界面膜的破裂。

3．2 微波辐射法

微波辐射实质上是一种电磁场能量在传播中的损耗过程，不同物质在微波电磁场作用下的热效应不同，具有选择性加热的特点。由于水分子的介电常数明显高于界面膜的油分子，则内相水滴吸收更多的微波能量后膨胀，使界面膜受内压作用而变薄。同时，水分子和界面膜上吸附的极性分子在微波场作用下，高速旋转或产生电荷位移，扰乱了液一液界面电荷的有序排列，从而导致双电层结构破坏，Ze to电位急剧减小，实现破乳。

3．3 生物法

生物法原油脱盐脱水是利用微生物对原油乳状液进行破乳，进而达到脱盐脱水的目的。其原理是:某些微生物通过消耗表面活性剂得以生长，并对乳化剂起生物变构作用，破坏乳状液;另外，有些微生物在代谢过程中分泌出一些具有表面活性的代谢产物，这类天然的表面活性剂是原油乳状液的良好破乳剂。

结语

原油含水，不但直接影响原油的质量，而且增加了后续处理工艺和输送过程中的动力、热力消耗，引起金属管路和设备的腐蚀。水中携带泥砂、碳酸盐等，还会对输送管道和设备造成磨损，形成结垢等。另外，原油含水，还会影响炼制加工过程的正常进行。因此，含水量是出矿原油的重要技术指标。经过气液分离得到的油水混合物，在进入下一级处理工艺和外输之前，必须进行脱水的净化处理。

参考文献

[1]王光然.油气集输[M].石油工业出版社，2006.

[2]孙庆和.大庆头台油田开发与建设文集[M].石油工业出版社，2008.

[3]《石油地面工程设计论文集》编委会编. 《石油地面工程设计论文集》.石油工业出版社，2008.