溫度對脫水效率影響的分析與思考

孫巖 李雅喆 南學(xué)日

摘要：溫度是決定油田地面工程投資和生產(chǎn)運(yùn)行成本與能耗的關(guān)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(xié)同效應(yīng)。根據(jù)采出液性質(zhì)，采用工藝和裝置先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，溫度的優(yōu)化成為決定工程成敗的重點(diǎn)因素。本文依據(jù)斯托克斯公式，在充分分析不同性質(zhì)原油脫水效率對溫度的敏感性的前提下，確定了不同性質(zhì)原油最優(yōu)級(jí)處理溫度優(yōu)化的重點(diǎn)區(qū)間和考慮的主要因素。

主題詞：原油 ?破乳脫水 ?脫水溫度 ?優(yōu)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(tǒng)的首要任務(wù)，也是油田投資和生產(chǎn)成本的決定性因素。根據(jù)采出液物性，優(yōu)化集輸處理工藝、設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)、適應(yīng)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(xué)、高效地優(yōu)化和選擇最佳處理溫度，成為降低油田生產(chǎn)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(gè)過程：

乳狀液破乳：解放被乳狀液束縛的分散水滴;

聚結(jié)與聚并：分散的水滴不斷聚結(jié)、聚并;

沉降分離：聚并長大的水滴，利用重力作用，實(shí)現(xiàn)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(jié)聚并兩個(gè)過程的速度，達(dá)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(shè)備狀態(tài)下，沉降分離效率是決定處理效果的最重要的環(huán)節(jié)。

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(guān)鍵的因素。溫度直接決定了處理工藝的先進(jìn)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(shù)項(xiàng)產(chǎn)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(yōu)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(chǎn)生直接影響。由于不同性質(zhì)的采出液，對溫度的感受性不同，導(dǎo)致溫度優(yōu)化的依據(jù)、最佳優(yōu)化溫度區(qū)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(shù)不同，溫度的變化將會(huì)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(nèi)，每升高10℃，油水密度差增加0.5%～1.1%，沉降分離效率相應(yīng)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(chǎn)生的對沉降分離效率的影響曲線。

注：圖中數(shù)據(jù)計(jì)算過程中，假設(shè)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(diǎn)與析蠟點(diǎn)之間，沉降分離速率存在突躍，最佳脫水溫度的優(yōu)化區(qū)間重點(diǎn)宜在此范圍內(nèi)進(jìn)行;對于低凝環(huán)烷基稀油，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，對沉降分離效率影響較小，提高脫水效率的重點(diǎn)是強(qiáng)化其它脫水措施與低溫破乳劑的配合;對于低凝環(huán)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(guān)系，最佳溫度的優(yōu)化重點(diǎn)是與破乳劑相轉(zhuǎn)變溫度（PIT）的一致性，提高破乳劑作用效果，并根據(jù)處理指標(biāo)要求，選擇所需的最低處理溫度。

4 結(jié)論

⑴根據(jù)采出液性質(zhì)，優(yōu)化和確定處理工藝、脫水裝置等硬件設(shè)施，是降低投資和運(yùn)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(chǎn)運(yùn)行成本與能耗的關(guān)鍵因素。

⑶基于破乳脫水控制環(huán)節(jié)的沉降脫水過程（斯托克斯定律），不同性質(zhì)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(yōu)化方法、確定依據(jù)存在差異。

低凝環(huán)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(yōu)化的重點(diǎn)是溫度對破乳劑的協(xié)同作用;

石蠟基原油，主要的溫度優(yōu)化區(qū)間在凝固點(diǎn)與析蠟點(diǎn)之間，大于析蠟點(diǎn)后優(yōu)化的重點(diǎn)方向同低凝環(huán)烷基稀油。

低凝環(huán)烷基原油（稠油）和超稠油，在兼顧破乳劑協(xié)同作用的同時(shí)，重點(diǎn)優(yōu)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(huì)產(chǎn)生部分油水互溶現(xiàn)象，降低脫水效果。

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1、北京迪威爾石油天然氣技術(shù)開發(fā)的限公司;2、中國石油工程建設(shè)有限公司北京分公司