LF7-2海上平台电脱水器评价与研究

辛显康 施振东 田胜春(中海油深圳分公司LF7-2油田 深圳 518067)

LF7-2海上平台选择电脱水器作为原油处理工艺的最后环节，其性能不仅关系到原油处理的质量以及海上平台的节能降耗，而且决定了生产流程的安全平稳以及平台原油生产的经济效益[1]，因此有必要对LF7-2海上平台电脱水器进行评价与研究，为LF7-2油田的顺利投产提供一定的理论参考以及技术支持。

一、电脱水器原理

原油电脱水器的工作原理为：油水乳状液在高压直流或交流电场中，由于电场对含水液滴的作用，使油包水的液滴外相界面变薄，削弱外相膜的强度，同时促进水滴碰撞，经过破乳、聚结、沉降达到油水分离效果[2]。据此电脱水器脱水过程可分为三个步骤：先是水滴的聚结，然后是水滴的沉降，最后是水滴在油水界面并入水相。其中聚结是电脱水过程中最重要的，水滴在电场中的聚结主要有电泳聚结、偶极聚结及振荡聚结3种方式[3-4]。

二、电脱水器类型以及优缺点

按照电场方式的不同，可将电脱水器大致分为4类[5]。

1.交流电脱水器

常规交流电脱水器如图1所示，内部水平布置二层电极板，上层接地，下层电极板外接电源，水层位于容器底部并与地相连，因此下层电极板与水层、上下层电极板之间便形成了交流电场，乳化原油从电脱分离器底部进入电场进行脱水[6-7]。

交流电脱水器具有电路简单、无需整流设备的优点，电流频繁变换，带电颗粒移动受抑制，使得电解反应可逆，不会对设备造成严重腐蚀，因此适合处理含水率较高的原油。但由于交流电场的电压随时间以正弦规律变化，因此只有部分时间内的电压对脱水有利，处理量及效率均较低。水滴在交流电脱水器中主要的聚结方式为偶极聚结及振荡聚结，水滴沿着电场方向容易形成水链，造成电场短路，导致操作不稳定。

2.直流电脱水器

相对于其他类型的电脱水器，直流电脱水器的应用并不十分广泛，它主要利用高压直流电场，使乳化油中的水滴发生电泳聚结及偶极聚结，从而实现脱水的目的。直流电脱水器效果较好，处理后的原油含水率低。但设备与带电流体间形成的回路会对设备造成电化学腐蚀，因此只能用于处理含水率较低的原油。

3.交直流电脱水器

常规交直流电脱水器及电场示意图分别见图2、图3，工作原理为乳化油由电脱水器底部进入，先通过交流电场，利用振荡聚结和偶极聚结脱去大部分水，然后再进入直流电场进行脱水。

交直流电脱水器中2种电场同时存在，发挥各自的脱水优势，大大提高了脱水质量，不仅扩大了乳化液中含水量的可处理范围，而且交流电场的存在，也大大降低了对罐体的电化学腐蚀。但是当工艺流程不稳定时，直流电场便会失去作用，成为了它的不足之处。

图2 常规交直流电脱水器[6]

图3 交直流电场示意图[7]

4.高频脉冲电脱水器

高频脉冲电脱水器是在常规电脱水器的基础上发展起来的，区别就在于高频脉冲电脱水器的电压较常规电脱水在输出波形上叠加了一个高频脉冲信号，设计出了一种新的电场形式——高频脉冲电场（见图4）[4]。

高频脉冲电脱水器通过改变电场脉冲幅度、宽度及频率，可有效提高脱水效率，降低电能消耗，避免电击穿现象的发生，相对于其它形式的电场，具有明显的优势。另外，针对不同类型的乳化液可调节电场的参数，使其达到最佳脱水效果。

图4 脉冲电源脱水波形与传统电源脱水波形对比图

三、LF7-2海上平台电脱水器评价

根据LF7-2油田ODP（Overall Development Plan）报告，LF7-2油田地面原油密度0.829～0.850g/cm3，地面原油粘度0.747～0.774m Pa.s，原油性质好，具有轻质、低粘度、流动性好等特点，再考虑到平台空间限制、开始投产时钻完井液影响、工艺流程不稳定等情况，LF7-2海上平台选择了适应能力以及处理效率均较好的脉冲高速电脱水器，其具体设备参数见表1。脉冲高速电脱水器采用脉冲电源并配合双电场电脱水技术，可以达到较好的脱水效果，处理更加难以加工的原油。其脉冲电源波形图如图5所示，双电场技术实现是在电脱水器内布置三层电极，中间一层接高压，另外两层接地，形成双电场。

从整个原油处理工艺（见图6）来看，原油经过生产分离器油水分离后，原油中含水会降到一个比较低的水平，然后进入脱气罐进行脱气后再进入脉冲高速电脱水器进行最后的脱水处理，脉冲高速电脱水器在脱水方面的优势，能够保证其满足LF7-2海上平台原油处理的要求。

表1 LF7-2海上平台电脱水器设备参数

图5 LF7-2脉冲高速电脱水器电源波形图

图6 LF7-2原油处理工艺流程

四、影响电脱水器性能的因素以及解决方法[8-10]

1.温度。原油乳状液粘度随温度升高而下降，其稳定性也随之降低，有利于脱水，因此对于LF7-2海上平台而言，在电脱水器使用过程中，可利用电加热器适当提高电脱水器来液温度，以达到较好的脱水效果。

2.压力。压力过低，原油中的溶解气体析出，容易造成电脱水器运行不稳定；压力过高，又不利于油水分离，因此电脱水器的压力一般控制在厂家给定的操作压力范围内，有时需要根据具体的工作情况来调整，寻求更为理想的压力值。

3.PH值。油井酸化后，返排液沉降分离得到含酸原油，其电导率过高超过电脱水器的安全工作电导率，便会引起电脱水器跳闸，影响电脱水器的正常工作，此时可添加相适应的油溶性碱性添加剂进行中和，降低原油电导率；若原油乳状液PH值较高呈弱碱性，可能会影响到一些化学药剂（比如破乳剂）的效果，此时可找寻相适应的油溶性酸性添加剂进行中和。

4.加药比。破乳剂的作用是使原油乳化液破乳，降低油水界面张力，促使油水分离。但破乳剂的用量并非越多越好，用量过少，起不到破乳效果；破乳剂用量过大：一是经济成本高；二是作为一种添加剂导致脱后原油以及污水中的杂质含量增多，不利于原油加工及油田生产。因此对破乳剂的用量要进行严格控制，合理调整加药比，保证其较好的处理效果。

5.油水界面。由于油水过渡带的电导率比较高，油水界面升高，有可能导致电脱水器内部电极“短路”，造成电脱水器跳闸、电场波动现象。因此应严格控制油水界面高度。

6.原油开采环节。原油开采的各个阶段都会或多或少地影响着原油处理系统的稳定。新井投产时，产出液携带着大量的钻井液和地层杂质，其中可能包含大量导电性离子，致使电脱水器跳闸，影响其正常工作；井下酸化、压裂、防砂等频繁作业，使产出的原油乳化液性质更加顽固，也使原油脱水难度也越来越大，最终导致电脱水器电场垮塌[8]。因此对于原油开采的各个环节都要引起足够的重视，预先做好准备，根据现场实际情况采取优化原油处理工艺参数、添加化学药剂、调整油水界面高度等手段，获得最佳的处理效果。

[1]贾鹏林.新型鼠笼式原油电脱水器在海洋油田的应用研究[J].石油化工设备技术,2005,26(5):5-8.

[2]昝亚儒,柏海燕,王运波.橇装式原油电脱水器设计[J].石油化工设备,2009,38(6):38-40.

[3]马健伟.电脱水器垮电场原因分析及解决措施[D]:[硕士学术论文].大庆:大庆石油学院,2005.

[4]曹书强.基于DSP的高频脉冲原油电脱水供电装置的设计[D]:[硕士学术论文].哈尔滨:哈尔滨理工大学,2009.

[5]肖蕴,赵军凯,许涛,刘树文,王宏智.原油电脱水器技术进展[J].石油化工设备,2009,38(6):50-53.

[6]吉庆林,高鹏,陈自刚,武青.海上油田电脱分离器结构设计研究[J].过滤与分离,2013,23(2):29-33.

[7]陈家庆,李汉勇,常俊英,王辉.原油电脱水(脱盐)的电场设计及关键技术[J].石油机械,2007,35(1):53-58.

[8]刘彦斌.电脱水器性能影响因素分析及处理办法[J].集输处理,2013,32(10):78-79.

[9]洪小平.浅谈电脱水器不稳定运行原因及改善措施[J].科技创新导报,2009,8:40.

[10]项玉芝.酸化返出液中分离出的原油脱水时电脱水器跳闸原因及对策[J].油田化学,2003,20(4):342-344.