超声波破乳脱水技术在塔河油田的应用

杨 伟 付秀勇

1.中国石化西北油田分公司塔河采油一厂 ，新疆 轮台 841600；

2.中国石化西北油田分公司采油气工程管理处，新疆 乌鲁木齐 830011

0 前言

塔河油田主力油藏为奥陶系碳酸盐岩型稠油藏[1]，其中75%的开发井需经酸压措施后才能投产，因此含酸稠油产量较大，仅2010年含酸稠油处理量就达18.4×104t[2]。由于酸化原油构成复杂，有水包油、油包水、多层包覆等情况，有极强的油水界面张力，原油中含有较高的胶质、沥青质以及固体颗粒，且措施作业后返排液中含有一定量残余助剂，致使含水原油形成比较稳定的稠化乳状液，常规的化学破乳、多级沉降等方法难以实现脱水达标。

由于塔河油田酸化稠油杂质多、乳化严重、处理困难、对联合站影响大，需采用简易流程集中单独处理。但采用常规的破乳剂+加热+三级沉降脱水的脱水工艺难以满足酸化油处理要求，严重影响正常生产。2012年，通过在原酸化油流程上增设超声波辅助脱水新工艺后，脱水效率大幅提升，效果理想。

1 超声波作用机理

超声波是指振动频率大于20 kHz以上，其每秒振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限（20 kHz），人们将这种听不见的声波叫做超声波[3]。工业中常用的超声波频率为 20 ～2 000 kHz。其中，20～100 kHz之间的超声波在工业中最为常用，又称为功率超声。与普通声波相比，超声波具有方向性好、能量大、穿透能力强等特点，超声波技术在固体和液体中应用较广。

超声波原油破乳脱水主要是利用超声波的机械振动作用和热作用[4]。机械振动作用促使水粒子凝聚，当超声波作用于原油时，造成悬浮的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，使其体积和重量增大，最后沉降分离；机械振动作用可使原油中的石蜡、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。热作用可降低油水界面膜强度和原油黏度，边界摩擦使油水分界处温度升高，有利于界面膜的破裂；原油吸收部分声能转化成热能，可降低原油的黏度，有利于水粒子的油水重力沉降分离。

2 国内应用概况

20世纪50、60年代，国外就开始了超声波辅助破乳的研究。80年代，美国Tekoix公司已分别在美国的8家工厂进行工业化试验，且取得良好的应用效果。日本三菱重工、美国Exxonmobil研究工程公司等也开展了相关研究。国内此项研究开始于90年代[5]，起步较晚。齐鲁石化研究院于2001年开展超声波脱水试验研究，并于2003年在齐鲁石化原油脱盐脱水装置试验成功。此后，中国石化的胜利石化总厂、洛阳石化、扬子石化、长岭石化，中国石油的庆阳石化、长庆石化，延长油田的榆林 炼油厂、延安炼油厂 、永坪炼油厂，大庆油田、胜利油田、辽河油田、长庆油田等，陆续开展了超声波破乳脱水技术的现场应用，均取得了显著成效，现已逐年扩大规模和应用范围。

3 方案及应用效果

3.1 原处理流程及存在问题

塔河油田有5座含酸油临时处理装置，每座装置处理液量约为200～400 m3/d，主要采用热化学三级沉降脱水工艺流程，其流程示意见图1。

由于含酸油构成复杂，破乳脱水存在以下问题：

a）加药浓度高。正常情况下，稠油联合站破乳剂的加药浓度低于200×10-6，而含酸油加药浓度需要达1 000×10-6，且脱水效果仍不是很理想，处理后的含酸油含水率常常超过5%。

b）沉降脱水时间长。需先在含酸油流程一二三级沉降罐沉降2 d，再在净化油罐沉降2 d，最后再拉至联合站酸油罐沉降数天，脱水速度慢、时间长。

c）重复处理量大。由于脱水效果差，处理后的含酸油沉降脱水后仍有乳化层，不仅脱出的水含油量高，而且在每次沉降罐取样化验含水前，需再将罐底的30 cm乳化油压回流程 (重复处理约占15% ～ 20%)，大幅增加流程的处理负荷。

d）系统稳定性差。受含酸油性质（黏度、密度、尤其是含酸量）波动影响，造成含酸油流程处理后的原油含水波动较大，经常出现含水不达标、系统紊乱等情况。

3.2 超声波脱水流程改造及效果

为解决含酸油处理难的问题，2012年引进了超声波破乳脱水技术，在图1流程的三级沉降罐与净化油罐之间增设了一套50 m3超声波作用罐，并配套了相应配电、自控、提升泵等辅助成橇装置。将超声波破乳脱水技术投运后77d（2012年12月27日-2013年3月13日）的运行数据与投运前的运行数据进行统计对比，得出该装置投运后效果如下：

a）脱水合格率大幅度提高。投运期间，净化油罐中部油样的含水合格率由74.3%升至93.3%，净化油罐底部油样的含水合格率由51.4%升至86.0%，均满足合格率大于85%的试验目标。

b）系统稳定性大幅提高。投运期间，该流程日均处理液量209 m3/d，最高处理液量达486 m3/d，未出现因处理能力不足造成系统紊乱的现象，系统稳定性好。

c）脱水平均沉降时间大幅缩短。脱水沉降时间由投运前的24～48 h，缩短至投运后的7～12 h（平均低于9 h）。

d）净化油罐沉降后的乳化层变薄。超声波破乳脱水技术投用前，为使含酸油含水5%以下，需排出净化油罐底部20～30 cm的乳化液进行重复处理；超声波破乳脱水技术投用后，净化油罐底部仅需排液0～13 cm即可达0.5%的含水率，乳化层消失或减薄，降低了重复处理量。

e）净化油罐的脱水水质明显好转。超声波破乳脱水技术投运后，净化油罐沉降后的脱出水表现为白水多黑水少，且脱出的黑水和乳化油量较投运前明显减少，脱水水质明显好转。

4 结论及建议

通过现场试验，超声波破乳脱水技术对塔河油田难以处理的含酸油破乳脱水具有显著效果，主要表现在脱水效果好、运行稳定性高、脱水速度快、原油乳化层减少、脱出水的水质好等方面，各项处理指标较该技术投运前全面好转，达到了预期试验效果。

通过试验发现，受现场条件简陋等因素限制，临时处理流程仍存在两方面不足，在建设正规流程时建议进行相应优化：一是流程处理温度偏低（超声波作用罐仅有55℃左右），难以满足稠油处理65～75℃的最佳脱水温度要求，对超声波脱水的效果有一定影响；二是破乳剂加药浓度仍然偏高，一直保持在1 000×10-6未变，需对破乳剂选型、加药量、运行参数等进一步优化，以降低运行成本。

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[3]冯 若.超声手册[M].南京:南京大学出版社,1999.Feng Ruo. Ultrasonic Manual[M]. Nanjing:Nanjing University Press, 1999.

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