原油集输处理工艺控制技术

1. 引言

现阶段，原油集输的投入与产生矛盾日益突出。以注水方式进行开发的油田，原有含水量逐渐上涨，采出液量快速增加，因此原有的原油集输处理工艺控制技术已经无法满足油田开发的要求，存在设备负荷增大与能耗增加等问题。虽然开发外围油田可弥补原有生产量，但具有投资高效益低的问题。随着油田产量逐渐降低，将会有更多的油田会转变为提捞采油，因此会对脱水处理系统造成严重的负面影响。为了降低原油生产运行成本，研究原油集输处理工艺控制技术至关重要。

2. 原油乳状液的类型、稳定性与破坏机理

通过对原油乳状液类型、稳定性与破坏机理的分析，可以采取针对性的技术解决含水量高的问题，进而降低油田生产运行成本，提高企业经济效益。

(1)原油乳状液的类型

原油中具有水分，若通过常温静止沉降的方式可以进行分离，那么此类为游离水，若难以分离则被称为乳化水。当乳化水与原油进行混合后，被称为原油乳状液，主要有以下两种类型：(1)水以极小颗粒的形式，分散在原油内部，可通过W/O符号表示为油包水型乳状液。此时的水处于内部呈分散相，油则在外部呈连续相。(2)油以极小颗粒的形式，分散在水中，可通过O/W符号表示水包油型乳状液。此时的油处于内部呈分散相，水则在外部。

其中W/O油包水型乳状液最为常见，而O/W水包油型则较少。

(2)原油乳状液的稳定性

通过对原油乳状液的物理化学性质分析可知，若想形成稳定的原油乳状液，必须要满足三个条件。

(1)原油中必须存在两种及以上不相容的溶液;(2)通过剧烈的搅动，可使一种液体出现破碎现象，以微小液滴的形式融入另一种液体中;(3)需要具有乳化剂，使所分散的微小液体可以稳定存在另一种液体内。

原油中存在天然乳化剂是形成原油乳状液的必备条件，在开采与集输过程中的搅拌切割则属于外在条件。原油中天然乳化剂主要有：沥青质、脂肪酸以及氮和硫的有机物、黏土与石蜡等，他们普遍存在亲油特性，所以容易生成原油乳状液。影响原油乳状液稳定性的因素有：原油粘度、界面膜与界面的张力、内相颗粒表面带电等。

(3)原油乳状液的破坏机理

(1)加热破乳机理：当原油乳状液温度逐渐升高，可以增加内部乳化剂的溶解度，进而降低乳化剂在油水界面的量与界面保护膜的强度。此外，温度还会影响外相的粘度，加快液珠的凝结速度。(2)化学破乳机理：原有乳状物内部乳化剂成分比较复杂，通过化学破乳剂可排出原有的乳化剂，使水更加容易从原油中进行分离。(3)电场破乳机理：将原有乳状液置于电场内，可出现偶极聚结与电泳聚结现象，水滴会在震荡作用下逐渐增大，进而加快沉降速度。

3. 原油集输脱水处理工艺控制技术分析

原油集输脱水处理主要是为了分离原油中所蕴含的游离水与乳化水，其中脱离乳化水存在较大难度，所以需要加强研究W/O油包水型乳状液的脱水技术。常见的脱水方法有：物理法、化学法与生物法等，它们都是利用原油乳状液的破乳机理进行设计，使原油乳状液内极小水颗粒，凝聚成为较大水滴，然后利用密度差异性，借助重力将水从原油乳状液中沉降分离，进而实现脱水的处理目的。

(1)重力沉降脱水控制技术

重力沉降脱水控制技术主要利用油水的密度差异性，依靠重力实现油水分离。根据原油脱水分离容器的耐压能力，主要有：耐压的游离水分离容器、压力沉降罐与不耐压的常压沉降罐。耐压分离容器有卧式与立式两种，但是立式的重力沉降速度较慢，易于受到空间的影响，需要经常清除底部的污物。此项脱水控制技术运用于高含水的原油混合物脱水处理中，属于多级脱水工艺中的第一步骤。通过重力沉降控制技术，原油混合物在后续脱水操作时，会降低后续脱水设备的运行压力，进而实现节约能耗的作用。

(2)离心脱水控制技术

离心脱水控制技术主要通过高速旋转，使原油乳状液产生离心力，利用油水密度差异实现油水分离。离心脱水设备在运行阶段，通常会达到很快的转速并产生巨大的离心力，运行时间较短，设备所需要的占地面积较小，因此油水分离会比较彻底。近几年，离心脱水控制技术的研究逐渐深入，水力旋流器便是利用离心原理所设计的专用脱水设备，在离心作用下，原油乳状液中的水将在旋流器回转壁面处进行运动，并在壁面逐渐聚集，最终会逐渐向底部流出口移动。此过程中，油则会在旋流器中心轴附近运动，逐渐聚集并形成中心核，然后向入口方向移动，最终实现油水分离。

(3)研磨破乳脱水控制技术

研磨破乳脱水控制技术主要是指：原油乳状液在过滤研磨时，内部的分散液滴会与研磨剂进行相互摩擦，进而浸润研磨剂的外表面并形成表面液膜，随着表面液膜厚度达到一定范围后，便会自动聚结。研磨剂的表面性质会直接影响此项控制技术的脱水效果，主要根据原油乳状液的内部结构选择相应的研磨剂。如亲水性的研磨剂只能够运用于W/O油包水型乳状液，而亲油性的研磨剂只可运用于O/W水包油型乳状液。研磨破乳脱水控制技术具有适用性广、设备操作简单、研磨剂价格低与能耗低等特点。此控制技术常用于高含水原油的初次脱水环节，可使乳状液内的水量降低，进而达到电脱水控制技术的要求。

(4)加热脱水控制技术

加热脱水控制技术主要对原油乳状液进行加热处理，提高熔化极的溶解度，降低在界面上的吸附量，降低界面保护膜强度。当温度逐渐上升时，外相粘度也会降低，增强分子热运动，有利于促进液珠凝结。此方法在使用前需要尽可能脱离内部所存在的游离水，减少不必要的能源消耗，进而确保企业经济效益。

(5)电破乳脱水控制技术

电破乳脱水控制技术可分为裸电极法与绝缘电极法两种，所施加的电压可以是直流、交流或脉冲电压。

直流、交流裸电极脱水控制技术主要是指：在原油乳状液内通入大电流，并且保持破乳时的电场强度。在这样的状态下，大电流会产生热量进而使温度快速上升，原油乳状液粘度也会受到影响而降低，因此破乳的速度很快。但是若原油乳状液的温度出现过高现象，则会使液膜难以分离，所以存在较大的操作难度，具有一定危险性。

绝缘电极脱水控制技术只能利用交流电源，电极表面绝缘层的阻抗比容抗大很多，当处于高压状态时，原油乳状液的电阻会快速下降，进而可以加快破乳速度。

裸电极脉冲电压脱水控制技术，当脉冲电压施加在原油乳状液内，水滴会出现变形与开孔现象，形成短路。原油乳状液内形成短路需要一定时间，若形成则会引起电能泄露，进而使内部电厂持续降低。若保持通电状态不变，不仅会增加能耗，还会降低破乳效果。当脉冲电压停止后，短路现象会立即消失，所以在运用此项技术时需要设计好脉冲电压的频率，当短路消失后再次施加脉冲电压，避免出现电能泄露问题。

(6)电磁场破乳脱水控制技术

电磁场破乳脱水控制技术不需要电极设备与原油乳状液进行接触，而利用破乳容器外部的线管，通过磁场感应的方式，在破乳容器内部形成高频旋涡电场，进而实现破乳脱水处理。它主要运用电磁学原理，让W/O油包水乳状液内的离子电泳速度加快，液体碰撞机会也会得到增加，可以加快分散相的凝结速度。此项技术所需要的输入电压较低，设备操作也非常简单，具有安全可靠与能耗较低的优点。

4. 原油集输脱水工艺控制技术方案设计

此方案以两段脱水工艺为主，即初次游离水脱除与二次脉冲供电电化学脱水。现如今的老化油内蕴含较多杂质，容易吸附在电极板上，进而会破坏电场的稳定性，因此设计竖挂电极，这样不仅可以满足老化油的脱水要求，还能够运用于常规脱水操作中。在处理老化油时需要控制好温度，脱水温度一般在60℃左右，当脱完水后原油的含水量会≤0.3%，处理量则为30m[3]/h。在处理常规油时，温度一般在50℃左右，当脱完水后原油的含水量会≤0.3%，处理量则为60m[3]/h。除此之外，新建的脱水处理器可与原有的电脱水器进行合并，这样便能够同时具备常规原有脱水与老化油脱水的流程，主要设计工艺流程如图1所示。

5. 结束语

原油技术处理中的脱水控制技术非常复杂，它不仅与原油乳状液的类型有关，同时还会涉及到原油乳状液的破乳机理。因此，需要加强对原油乳状液类型、稳定性与破乳机理的研究，分析各种控制技术的适用性与要求，提高技术的运用效果，只有这样才能够设计出符合生产需求的处理工艺控制技术，进而为企业创造更好的效益。

摘要：随着我国主力油田逐渐进入高含水时期，地面处理系统所需要的能耗会越来越大，进而会影响正常生产活动。原油集输处理流程主要包括集油、脱水、稳定与储运四个阶段，其中集油能耗最大，约占总能耗的70%左右，因此加强研究原油集输处理工艺控制技术具有重要的现实意义。本文将系统分析原油乳状液的类型、稳定性与破乳机理，并提出具体的原有脱水技术以供参考。

关键词：原油集输,脱水流程,控制技术

参考文献

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