油气田地面工程第２９卷第ｌＯ期（２０１０．１０） ２９ ｄｏｉ：１０．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—６８９６．２０１０．１０．０１３ 稠油、超稠油综合脱水技术研究 战静 辽河石油职业技术学院 摘要：针对辽河油区稠油、超稠油破乳 困难的问题，在热 化学脱水的基础上，引 进超声波物理场技术提高破乳效率。通过室 内实验确定了破乳率影响因素水平、最佳工 艺参数，并在曙四联针对六区稠油进行小规 模的现场应用，取得了较好的效果，为进一 步研究稠油超稠油脱水奠定了坚实的基础。 关键词：稠油；超稠油；破乳；脱水； 超声波；工艺参数 脱水实验装置包括动态实验模拟装置（自制） 和超声波实验装置（自制）。实验药剂：所用原油 为曙四联六区稠油，破乳剂为辽河油田曙光采油厂 曙四联针对六区稠油正在使用的剂型。 １破乳脱水机理 （１）机械振动作用促使水“粒子”凝聚。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、黏合，使粒子的体积和质量均增大，最后沉降 分离。 ∞一船一 一（２）机械振动作用可使加入原油中化学破乳剂 及原油中的石蜡、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，有利于水相沉降分离。 （３）热作用降低油一水界面膜的强度和原油黏 度。一方面，边界摩擦使油水分界处温度升高， 有利于界面膜的破裂；另一方面，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 子从油中沉降分离。 ２ 数据分析 （１）超声波的声强对原油破乳脱水及沉降时间 的影响。超声声强决定水粒子凝聚速度。声强增 强，水粒子位移振幅加大，碰撞、黏合的机率增 大，从而提高水粒子凝聚速度，声强与振幅关系表 达式［】 如下 Ｊ＝２丌。Ｊ０ ｃ厂。Ｖ ×１０一 （１） 基金论文：辽河石油勘探局资助项目（２００９—５５） 式中 为声强（Ｗ／ｃｍ ）；ｐ为水密度（ｇ／ ｃｍ。）；ｆ为声速（ｃｍ／ｓ）；ｆ为频率（Ｈｚ）；Ｖ 为振 幅（ｃｍ）。 通常若要水“粒子”凝聚，声强必须有一个临 阈值，超过此值时才能使水粒子凝聚，加速水“粒 子”沉降分离。实验数据见表１。 表１ 超声波的声强对原油脱水效果的影响 声强／ 脱水率／ ｗ・ｃｍ ２ １ ｈ ２ ｈ ３ ｈ ４ ｈ １０ ｈ Ｊ１ １５．２ ２０．０ ２９．２ ３７．４ ４０．２ ，２ ｌ６．９ ２２．０ ３０．５ ３８．９ ４２．２ ＩＲ ２４．７ ２９．８ ３８．５ ４６．１ ４９．２ Ｉｄ ３０．５ ３９．３ ４６．６ ５０．４ ５５．７ １‘ ３５．２ ５６．８ ７６．２ ８０．５ ８１．２ Ｉ６ ３８．６ ５９．５ ７８．９ ８１．３ ８２．０ Ｉ７ ３９．９ ６２．７ ８Ｏ．３ ８２．４ ８３．７ Ｉ８ ４０．１ ５９．１ ７５．２ ７７．８ ７８．７ Ｉ９ ３９．３ ５８．３ ７４．３ ７６．７ ７７．５ 注：原油含水３４．２ ，超声辐照１０ ｒａｉｎ，未加破乳剂 从声强与原油脱水率之间的关系可看出，随着 声强的增强，原油脱水率也随之变化。声强小于 时，起不到破乳；声强在Ｊ ～ 时，原油脱水 率随着声强的增强而增加；当声强值大于 时， 可能使原油产生空化作用。声强越强，搅拌越快，瓴 蛾 ， 吼 苫吾 。 ， 凝聚后的水“粒子”被重新分散，产生新的乳化， 并且随着声强的进一步增强，这种乳化趋势增大， 使得原油破乳脱水率降低。实验证明，破乳脱水的 声强应在工。～Ｊ 之间，最佳声强为 、 、Ｊ 。 当原油破乳脱水的沉降时间达到１０ ｈ后，脱水率 随沉降时间变化不大，故确定沉降时问为ｌＯ、２０、 ３０ ｈ。 （２）超声辐照时间对原油破乳脱水的影响。在 超声波辐照作用下，小的水“粒子”相互碰撞、黏 合变成相对大的水“粒子”，相对大的水“粒子” 又开始新的碰撞、黏合，直到水“粒子”的直径足 够大以至不随超声波振动为止，这需一个时间 过程。 从上面的实验结果得出，在一定超声声强的作 用下，不同的辐照时间，原油的破乳脱水效果不 同；在上面所选定的时间里，１５、２０、２５ ｍｉｎ原 油破乳脱水效果较好。按照超声波辐照时间对原油 。。 化 ３０ 油气田地面工程第２９卷第１Ｏ期（２０１０．１０） 破乳脱水的影响数据可做出辐照时问与原油脱水率 表４原油声化学动态破乳脱水最佳实验参数 关系曲线（见图１）。 舌；∞ 鲫如如鲫加 ０ —◆Ｉ １ ｈ —｝２ｈ —１卜３ｈ 、＼ 槲 乓一４ｈ — 翟 ｌ０ ｈ —．－２０ ｈ — ３０ ｈ 一３８ ｈ ５ ｌＯ １５ ２０ ２５ ３０ 辐射时间／ｍｉｎ 图ｉ辐照时间与原油脱水率关系 从图ｌ可以看出，随着超声辐照时间的延长， 原油脱水率逐步提高，并趋于稳定。从脱水率和脱 水速度来考虑，辐照时问１５～２５ ｍｉｎ较为合理， 最佳辐照时间为１５、２０、２５ ｍｉｎ。 （３）原油破乳脱水的影响因素分析。利用超声 波原油破乳脱水装置，采用正交实验法 （选用 Ｌ。３ 正交实验表）研究了破乳剂的浓度、超声波的 声强、超声波辐照时问、原油沉降时间４种因素对 原油破乳脱水的综合影响。低频超声波对破乳剂的 分子结构及化学性质没有影响，故选用现场正在使 用的破乳剂。 通过上述的摸索实验，可确定影响声化学破乳 脱水水平因素（见表２）。 表２声化学破乳脱水水平因素 根据上面的水平因素，利用Ｉ 。３ 正交实验表 设计实验方案，并对实验结果进行各个水平因素的 水平效应及极差分析，经过进一步的验证，确定了 最佳的实验参数（见表３）。 表３ 原油声化学静态破乳脱水最佳实验参数 注：原油含水３４．０ ，沉降温度为８８ ｃ （４）室内动态模拟原油声化学破乳脱水综合实 验。为了进一步验证室内确定的最佳工艺参数，采 用动态模拟装置中沉降罐来替代超声波实验装置中 的水槽和试样容器，组成一套声化学破乳脱水的动 态模拟装置。利用此装置对室内静态声化学破乳脱 水最佳实验参数进行了验证（见表４）。 ３ 现场试验情况 （１）现场试验。根据室内研究结果，于２００８ 年在辽河油田曙光采油厂第四联合处理站对六区稠 油进行了超声波一热～化学综合沉降脱水试验。室 内实验结果与现场试验结果基本一致。现场试验结 果见表５。 表５现场试验结果 ｅｇ草Ｎ／Ｎ ＮＩ 脱 ４ ５８５ ３３．４现场 １００ Ｉ７ ２０ ８９ １．４６ ９７．０ ４ ３２１ ３２．６现场 １００ Ｉ ７ ２Ｏ ９０ １．４０ ９７．１ ４ ２８５ ３４．０现场 １Ｏ０ Ｉ７ ２０ ９０ １．４３ ９７．２ （２）结果分析。现场试验结果与室内动态超声 模拟装置的实验结果存在一定差别，即净化油含水 率相差０．０５ 。分析可能主要由以下几方面原因 造成：①现场中的油质不稳定，因曙四联六区的稠 油为稠油和超稠油按一定比例混合的油，不同时期 混合比例不同；②超声装置加放的位置不同。 在现场中超声装置放到混相器后化学沉降罐 前，由于油在管线中流动存留的时间较短（大约在 １０ ｍｉｎ左右），最终造成超声辐照时间过短，没有 完全发挥超声作用，从而使现场试验的净化油含水 高出室内结果０．０５ ，但仍能满足现场要求。 ４ 结语 （１）现场试验证明，在原油破乳中引入超声波 场切实可行，与现有的热化学沉降脱水工艺相比， 其具有脱水速度快、脱水耗时少的特点。整个脱水 过程的耗时由原来的３８ ｈ缩减到２０ ｈ之内，脱水装 置效率高，节约能源；同时降低了化学药剂加量。 （２）超声波物理场具有工作稳定，容易控制和 能耗较低的特点。 （３）利用该技术对含水３１ ～３５ 的辽河油 区曙光采油厂曙四联六区油水混合液进行沉降破乳 脱水处理后，净化油含水率低于１．５ ，达到了成 品原油的外输标准。 参考文献 ［１］虞建业，袁萍，等．超声波原油破乳脱水的声场参数实验研究 ［Ｊ］．应用声学，２００１，２０（３）：２７—３０， Ｅ２］关颖男，施大德．实验设计方法入门ＥＭ］．北京：冶金出版社，
