稠油脱水中掺稀比的优化实验*

2014-03-22

油气田地面工程 2014年11期

稠油脱水中掺稀比的优化实验*

郭长会1；2何利民1辛迎春2

1中国石油大学（华东）；2中国石化石油工程设计有限公司

掺稀油降黏脱水是提高稠油脱水效率、降低脱水能耗的重要方法。为了进行掺稀比的优化，采用实验分析的方法，对稠油脱水中掺稀油的比例与脱水效果之间的关系进行了研究。结果表明：混合原油含水降低，稠油的当量含水不一定降低；存在稠油当量含水最优掺稀比。掺稀油工艺参数优化时，应以稠油当量含水作为优化指标。

稠油；稀油；脱水；沉降；掺稀

目前稠油开采越来越受到重视。重质稠油采用热化学沉降脱水工艺时，存在温度高、沉降时间长、原油剩余含水量高等问题。掺稀油降黏脱水是提高稠油脱水效率、降低脱水能耗的重要方法。这一方法的优越性为大量的工程应用所证实[1-8]。

但是，大多数研究和应用仅限于掺稀有利于脱水，没有对掺稀油工艺参数的优化方法进行研究。邢富林指出，掺稀量大，液量增加，对脱水效果的改善作用不大。付大强提出，掺稀油量增加，混合液脱水时间缩短，并且对最优的掺稀比进行了估算。

为了进行掺稀比的优化，采用实验分析的方法，对稠油脱水中掺稀油的比例与脱水效果之间的关系进行了研究，提出了最优掺稀比的分析评价方法与指标。

1 室内实验

（1）实验仪器。恒温水浴、100mL具塞比色管、旋转黏度计。

（2）实验方法。执行SY/T5281—2000标准。采用室内瓶试进行评价，取100mL新鲜原油倒入100mL具塞比色管中，加入质量分数为0.1%的破乳剂，在实验温度下恒温15min后，左右手各摇100次，置于恒温水浴中，恒温静置，记录不同时间出水量，观察油水界面、脱出水色和黏壁状况。

（3）原油性质。以胜利油田坨826和坨82混合后的重质稠油和坨一稀油为研究对象，稠油密度为0.972g/cm3（20℃），黏度为4136mPa·s（80℃）；稀油密度为0.918g/cm3（20℃），黏度为46.36mPa·s（80℃）。

（4）实验结果。在80℃和破乳剂加药量为200mg/L（按纯油量计）的条件下，对不同掺稀比条件下的原油进行沉降脱水模拟实验，实验结果如图1所示。

图1 掺稀沉降实验结果

2 实验结果分析

从实验结果可以看出，随着掺稀比的增加，脱水效果改善，混合原油的含水降低。

但是图1中的沉降时间没有考虑设备容积条件。在实际生产过程中，设备的容积一定，掺稀油增加，总液量增加，停留时间减少。因此在进行不同掺稀比效果的优化时，应对实际沉降时间下的脱水效果进行比较。

实际沉降时间随掺稀比的不同而不同，因此以某一掺稀比时的沉降时间作为参照点，计算其他掺稀比时对应的沉降时间。对于图1，当含水为30%、掺稀比为0.8的来液的停留时间分别为20、25和30h时，通过计算可以获得这三个时间点上各掺稀比条件所对应的停留时间，如表1所示。

表1 不同掺稀比的停留时间

对于图1所示沉降曲线，按照不同掺稀比时的停留时间，得到三个时间点上不同掺稀比条件下的混合原油含水情况，如图2所示。从图2可以看出，三个沉降时间点上，随着掺稀比的增加，处理后混合原油的含水降低，但是掺稀比较高时，混合原油含水降低的幅度较小；并且随着沉降时间的延长，含水随掺稀比降低的幅度逐渐减小。

图2 在容积一定条件下不同掺稀比混合原油含水

当掺稀原油含水低于混合原油脱水后的含水时，稀油对混合原油含水具有稀释作用，混合后原油的含水降低。稀释作用降低含水可以在输送中进行，在脱水阶段则会增加热能和动能的消耗。因此，有意义的掺稀脱水效果应该是除去稀释作用以后的效果。

稀油含水按照掺稀脱水前后不变考虑，将掺稀脱水后的混合原油含水，按照稠油和掺稀原油的比例，折算到稠油和稀油当中，则可以计算出稠油含水，将该含水作为稠油当量含水

式中ηh为掺稀处理中稠油当量含水（%）；ηt为掺稀油处理后混合原油含水（%）；ηl为掺稀原油含水（%）；α为掺稀比（稀油∶稠油），无量纲。

稠油当量含水为掺稀原油稀释作用之外，稠油含水情况，可以反映掺稀脱水过程中稠油含水量的变化。

掺稀原油含水为0.5%，按照式（1）可以得到稠油的当量含水曲线，如图3所示。由稠油当量含水与掺稀比的关系曲线可以看出，最优的掺稀比为1.0左右，在最优掺稀比之内，随着掺稀比的增加稠油当量含水降低；超过最优值后，掺稀比增加稠油的当量含水也会增加。

图3 稠油当量含水与掺稀比的关系

这一最优掺稀比说明，即便混合原油含水降低，稠油的当量含水也不一定降低。如果混合原油含水降低的幅度小于稀释效果产生的降低含水的作用，那么混合原油所携带水量反而增加，并且表现为混合原油含水降低，而稠油当量含水增加。稠油脱水的掺稀量并非越多越好，而且不能用混合原油含水衡量掺稀脱水的效果，如果达到最优掺稀比之后脱水效果仍然达不到要求的指标，则只能够采用增加药剂量、提高脱水温度、延长停留时间等方法来降低原油含水。