王 晶

（中海油（天津）油田化工有限公司，天津 300452）

从热力学观点看，原油乳状液属于不稳定的体系，破乳是必然的结果，只是时间和方式的问题［1］。根据Stokes 定律，对于W/O 型原油乳状液，增大油水密度差和水滴半径或减小原油的黏度均有利于水滴的沉降［2］。现常用的原油脱水方法有：热处理、化学处理（加入破乳剂）、施加电场、混合、震动、微波、超声、离心、过滤以及加入微生物等［3-8］，其中热处理、化学处理、施加电场为海上油田最常用且有效的方法。李志国等［9］研究了温度升高对原油脱气脱水效果的改善作用，但并未明确原油脱水效果的改善是由于温度升高还是脱气效果改善引起的。韦雪贵等［10］发现聚硅氧烷类消泡剂对原油脱水有一定的辅助作用，但未阐明消泡剂对原油脱水效果影响的原因。

渤海某油田原油，50℃下的密度为0.951 g/cm3，硫、蜡、沥青质、胶质含量分别为0.410%、2.24%、8.25%、20.02%，属于典型的稠油油田。该油田日处理产液2.9×104m3、日处理原油5300 m3、日处理天然气1.4×105m3。原油处理设备依次为：1级游离水分离器，操作温度68℃，操作压力0.65 MPa；2 级游离水分离器，操作温度78℃，操作压力0.55 MPa；电脱水器，操作温度83℃，操作压力0.45 MPa。由于原油黏度高使天然气脱除困难，最终导致进入电脱水器的原油含气量较高，影响原油在电脱水器中的脱水效果。因此，针对该油田开展了天然气对原油脱水效果的影响研究，分析了天然气对原油脱水效果的影响机理，最终通过在2 级分离器入口及电脱水器入口加注消泡剂，改善了原油的脱水效果。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

水溶性改性聚醚型破乳剂、有机硅型消泡剂BHX-03（10%改性硅油+90%航空煤油），中海油（天津）油田化工有限公司。

Phenom Pro电子显微镜，复纳科学仪器（上海）有限公司；872Af罗宾逊离心机，转速1500 r/min，根据现场经验设置离心时间为8 min，美国Robinson公司；Brookfield DV-Ⅲ黏度计，美国Brookfield 公司；Nalgene 20L 分液器，美国Nalgene 公司；室内模拟电脱水器装置，运行电压12 kV，上海蓝滨石化设备有限责任公司；原油天然气混合实验装置（见图1）主要包括：压缩天然气瓶，设计压力5.0 MPa，容量50 L；原油气体混合罐，设计压力2.0 MPa，直径300 mm，高度600 mm；布气管孔径0.5 mm；顶部排气阀，设计压力2.0 MPa；取样口距原油气体混合罐底部300 mm。

图1 原油天然气混合实验装置示意图

1.2 实验方法

（1）乳化原油含水值及黏度的测定

分别取油田现场1级分离器入口、2级分离器入口、电脱水器入口原油，用分液器去除底部游离水，然后将剩余原油摇晃均匀，根据国家标准GB/T 6533—2012《原油中水和沉淀物的测定离心法》测定原油含水值。在68、78、83℃下，用黏度计分别测定去除游离水的1级分离器入口原油、2级分离器入口原油及电脱水器入口原油的黏度。

（2）天然气对原油中水滴粒径的影响

①将压缩天然气瓶接入油田现场天然气系统，装取压缩天然气，取样温度约28℃，气体压力1.5 MPa。将压缩天然气瓶接入原油天然气混合实验装置。②分别取油田现场已加注破乳剂的1级分离器入口、2 级分离器入口、电脱水器入口原油，用分液器去除底部游离水，将剩余原油摇晃均匀。将35 L原油样品转移至原油气体混合罐中。分别参照1级分离器68℃、2级分离器78℃、电脱水器83℃，将原油气体混合罐设定到指定温度。③当原油气体混合罐温度加热至指定温度后，通过节流阀调节天然气流量，同时分别参照1 级分离器压力0.65 MPa、2级分离器压力0.55 MPa、电脱水器压力0.45 MPa，通过控制排气阀，将原油气体混合罐压力控制在指定压力。④在指定的天然气流量、温度下，向原油中通入天然气，每隔5 min在取样口取样，用电子显微镜观察原油中水滴的状态。原油在各级设备中的停留时间约为15 min，因此实验通气时间为15 min。

（3）天然气对乳化原油脱水的影响

在上述（2）的实验过程中，当原油中水滴粒径达到稳定后，用100 mL离心管从原油天然气混合实验装置取样点处取80 mL 原油样品，放置在指定温度的水浴中，记录原油的静置脱水数据；用量筒从气体混合罐底部取样阀处取样，测量混合罐中脱出水的体积。

（4）模拟电脱水器脱水实验

将通入天然气15 min 后的电脱水器入口原油置于室内模拟电脱水器中，考察原油在模拟装置中的脱水效果。

（5）消泡剂现场加注试验

在油田现场分别开展在用消泡剂BHX-03 在2级分离器入口、电脱水器入口的加注试验，记录现场原油脱水数据。

2 结果与讨论

2.1 原油含水值与黏度

去除游离水后的1级分离器入口、2级分离器入口、电脱水器入口原油含水值分别为35%、27%和20%。去除游离水的1级分离器入口原油在68℃下的黏度为419 mPa·s；2级分离器入口原油在78℃下的黏度为276 mPa·s；电脱水器入口原油在83℃下的黏度为187 mPa·s。

2.2 天然气对原油中水滴粒径的影响

由表1 可见，针对去除游离水的1 级分离器入口原油，当天然气流量为1数3 L/min 时，天然气的通入对乳化原油中水滴粒径的影响较小。

表1 天然气对1级分离器入口原油中水滴粒径的影响

由表2、表3 可见，针对去除游离水的2 级分离器入口原油及电脱水器入口原油，当天然气流量为1数3 L/min时，天然气的通入均可增大乳化原油中水滴的粒径。当天然气流量为1、2 L/min时，水滴粒径随通气时间的延长而增大，当通气时间为10 min时，水滴粒径基本达到平衡；当天然气流量为3 L/min、通气时间为5 min时，水滴粒径达到平衡，不再随通气时间的延长而增大。对于2级分离器入口及电脱水器入口原油，天然气流量为1、2 L/min时水滴粒径达到平衡时的数值大于天然气流量为3 L/min时水滴粒径达到平衡时的数值。

表2 天然气对2级分离器入口原油中水滴粒径的影响

表3 天然气对电脱水器入口原油中水滴粒径的影响

2.3 天然气对乳化原油脱水的影响

当天然气流量为0数3 L/min、通入时间为15 min 时，针对1 级分离器入口原油、2 级分离器入口原油及电脱水器入口原油，原油天然气混合装置底部取样阀处均没有明水排出。原油天然气混合实验装置取样点原油样品在指定温度的水浴中静置不同时间的脱水量见图2数图4。

由图2 可见，针对去除游离水的1 级分离器入口原油，天然气的通入对其静态脱水速度基本无影响。由图3、图4 可见，针对去除游离水的2 级分离器入口及电脱水器入口原油，天然气的通入能加快乳化原油的静态脱水速度。当天然气流量为1、2 L/min时，天然气对原油脱水速度的促进作用较好；当天然气流量为3 L/min时，天然气对原油脱水速度的促进作用有所降低。

图2 68℃下天然气流量对1级分离器入口原油脱水效果的影响

图3 78℃下天然气流量对2级分离器入口原油脱水效果的影响

图4 83℃下天然气流量对电脱水器入口原油脱水效果的影响

2.4 模拟电脱水器脱水

将通入15 min 天然气后的电脱水器入口原油置于模拟电脱水器装置中，原油脱水效果见图5。针对电脱水器入口原油，天然气的通入可改善其在模拟电脱水器中的脱水效果。当天然气流量为1、2 L/min时，天然气对原油脱水速度的促进作用最佳；当天然气流量为3 L/min时，天然气对原油脱水速度的促进作用有所降低。在整个实验过程中，模拟电脱水器运行稳定，电流基本稳定在0 A。

图5 83℃下在模拟电脱水器中天然气流量对电脱水器入口原油脱水效果的影响

2.5 消泡剂对原油脱水效果的影响

在油田现场，分别在2级分离器入口、电脱水器入口加注消泡剂BHX-03。由前文室内实验结果（图2）可见，天然气对1级分离器入口原油静态脱水速度的影响较小，因此未开展消泡剂在该入口的加注试验。由表4 可见，在2 级分离器和电脱水器入口加注BHX-03 后，脱水与脱气效果随着消泡剂BHX-03 加注浓度的升高而改善。当BHX-03 加注量为20 mg/L 时，脱水与脱气效果最佳。消泡剂加注前后，电脱水器运行稳定，电流基本稳定在0 A。

表4 消泡剂的加注对原油脱水脱气效果的影响

2.6 天然气对原油脱水效果的影响分析

乳化原油的脱水速度和其黏度及分散相水滴的粒径密切相关。在其黏度不变的条件下，天然气通过一定孔径的布气管后，以一定的流量与乳化原油混合后，由于天然气气泡的上浮，加剧了分散在原油中水滴的运动，增加了水滴之间聚并为大水滴的概率，最终整体上提高了分散水滴的粒径，从而使乳化水滴更易从原油中脱出。

当含水值、黏度一定时，乳化原油中水滴分散粒径有一最佳范围，当达到该最佳范围后，通入天然气对乳化水滴的粒径不再产生影响。当天然气流量达到一定值后，天然气的通入反而有减小水滴粒径的作用。原因可能为，较大流量的天然气会破坏较大粒径的水滴，使其变为更小粒径的水滴，从而使乳化原油脱水速度变慢。不同含水值、不同黏度下，同一种原油的水滴最大可允许粒径范围不同。说明原油含水值、黏度对分散相水滴的最大允许粒径范围均有影响。

渤海某油田2级分离器入口及电脱水器入口由于消泡剂的加入，促进了天然气从原油中的析出，在其析出过程中，促进了天然气气泡与乳化水滴的碰撞，从而增大了乳化水滴的粒径，最终改善了现场原油的脱水效果。

3 结论

当乳化原油含水值、黏度一定时，分散相水滴的粒径有一最大允许范围。由于天然气的上浮，增加了水滴之间的碰撞，使水滴更易发生聚并。一定流量的天然气可以增加分散水滴的粒径，从而使水滴更易沉降、脱出。但当天然气流量过大时，已形成的较大粒径的水滴受到破坏，水滴粒径降低，对水滴的沉降、脱出起到负面影响。油田现场可尝试提高消泡剂的加注浓度或在某级分离器前补加消泡剂，改善原油的脱气效果从而达到改善原油脱水效果的目的。