流花油田电脱水器乳化层形成的原因及措施

余红坤

摘 要：FPSO两个生产系列（Train #1、Train #2）共有两台电脱水器V-1340、V-1440，采用并联的方式工作。流花EDD比较容易形成乳化层，这可能与原油性质及地层出来的泥沙有关，电脱乳化层黏度大（一些泥沙同样停留在乳化层不能下沉到水里），需定期排放到闭排系统，是污油舱废油的主要来源。另外，生产工况不好时，EDD底部存在黏土和原油形成的絮状物，随着船体的晃动悬浮在生产水中，导致出口水很脏，无法外排或回注生产分离器处理，只能泄放到污油污水舱。因此，开展流花油田电脱水器乳化层控制技术研究显得尤为重要。

关键词：流花油田；电脱水器；乳化层控制技术；研究

中图分类号：X741 文献标志码：A

1 乳化层形成的本质

原因乳状液是一种稳定性不太大的分散体系，如果将两个互不相溶的液体放在一起并用力搅拌，它们便会形成乳状液。但是若将其静置一会，就发现不相溶的液体迅速分成两层液相。可见两个互不相溶的液相形成乳状液是不稳定的。但是如果在它们之中混入一些表面活性剂，就会得到较为稳定的乳状液。在电场中的乳状液主要是靠界面膜及电效应来维持其稳定性的，其中，界面膜主要是由一些天然的表面活性剂吸附在油水界面上而形成的，它可以阻止两个液滴通过碰撞而聚结。而在电场中乳状液的电效应主要与电场的性质有关。

电脱中的原油乳状液破乳脱水过程中，通过添加破乳剂等一些化学试剂来破坏其界面膜使其破乳聚结。而少量未破乳的新鲜乳状液将聚集在油、水层之间，并吸收乳状液中的固体杂质形成中间层。中间层可在一段时间后达到稳定。随着时间的增加，原油中的部分水分、固体杂质、未溶解于水相的盐类及原油的重质组分逐渐下沉，而下沉的组分与部分上浮的轻质油组分一样，当运动至油水界面上时并未发生聚结和混合，而是富集在了中间乳化层内。中间层乳状液是一种多相多重乳状液，同时含有油包水乳状液和水包油乳状液，含有水、油、胶质、沥青质、机械杂质、腐蚀产物和盐类等，组成复杂。中间乳化层一旦形成，即成为分离油相和水相的分界层，相当于给乳状液中油、水的正常流动增加了一道屏障，从而使油滴不能上浮与其他油相聚结，水滴不能下沉与其他水相聚。

通過分析乳化层的组成，得到了乳化层形成的本质原因是原油组成中的胶质、沥青质、蜡晶为天然的表面活性物质，降低表面张力，使得形成稳定的乳状液；溶液中的固体颗粒（机械杂质，黏土的悬浮颗粒），无机盐以及酸类的存在，促进了油水界面乳化层的稳定。

2 提高脱水效率的措施

针对乳化层产生的原因，首先考虑电脱水器的影响，电脱水器的影响因素很多，温度、压力、含水率、注水量、混合强度、电场强度、油水界面位置、停留时间、不同电场以及电极形式。在本次研究中，重点研究了温度、压力以及电场强度的影响，通过仿真计算，若从控制乳化层的厚度、提高脱水效率的角度，建议温度不高于230℉；综合考虑温度对破乳与蒸汽加热器结垢的影响，推荐的温度范围为195℉～200℉。

但温度与压力是匹配的，根据前面生产水所得到的生产分离器的最佳操作压力为43psig～46psig，那么与之对应的电脱水器的操作压力大致为20psig～28psig。推荐的温度范围为195℉～200℉时，其对应的最小压力范围为19psig～22psig。根据分离器限制的电脱水器的压力为20psig～28psig，该推荐的压力可以适应推荐的温度范围。由于脱水效率在达到电分散前还有个降低的过程，呈现S型分布，建议的操作电压为25kV～33kV。

从电脱水器的结构上，主要是针对布液管的开孔方式，为了让固体颗粒从油水界面转入油相，降低乳化物的稳定性，将开孔方式改为了有120°夹角的，带从内层壁面为22mm减缩至外孔壁面20mm的圆孔。

3 电脱水器的高效运行

3.1 不同温度压力条件下中间层的厚度（mm）

在计算温度范围内，温度由180℉升温至250℉，随着温度的升高，促进了油水的分离，减小了乳化层的产生，中间乳化层厚度降低。因为温度升高加剧了液滴的布朗运动，使液滴碰撞频率增加，加剧了液滴的聚合速度；使得界面膜黏度变小，强度变低，易于破裂；内相颗粒体积膨胀，使界面膜变薄，机械强度降低；降低了原油的黏度，使水滴易于沉降。温度超过230℉时，乳化层的厚度幅度变小，再升温至250℉～270℉时，乳化层厚度基本上没有变化，这可能是温度过高，油与水的密度差、黏度差逐渐减小，不利于油水分离所致。

从仿真结果来看，要控制乳化层的厚度，升高温度是一种控制措施，建议的温度控制不超过230℉，因为超过230℉以后，温度增大，耗能增加，乳化层变化不明显。温度从180℉升高至230℉时，含水率下降比较明显，到温度继续升高至250℉时，含水率变化不大，温度继续升高至270℉，含水率基本不变，这说明随着温度的升高，油水密度差、黏度差越来越小，不利于分离。根据含水率随温度的变化关系，建议加热温度不超过230℉。

但是，对于电脱水器而言，要实现对油水的加热，则需通过管束式蒸汽加热器来实现。通过之前对蒸汽加热器的计算，可以看出，随着温度的升高，管束式蒸汽加热器中结垢的趋势增加。因此，在考虑提高温度来提高破乳效率以及控制中间乳化层生成的同时，还需要考虑温度升高对换热管中结垢的影响。根据油品的性质，随着温度从180℉增加至230℉的过程中，破乳效率增加，中间乳化层生成减少；但通过对蒸汽换热管结垢量的计算，温度从180F增加至230℉的过程中，结垢量逐渐增大。因此，为避免因为温度过高，造成蒸汽换热管的堵塞，则建议的温度范围为195℉～200℉。

3.2 蒸汽加热器中换热管的结垢量

相对于温度的影响，压力的影响明显不大，而压力的影响主要是要保证在温度范围内，水不气化，例如，在温度为270℉，压力为18psig～28psig时，水中的油相气化，则压力影响水的沉降。

根据《原油脱水设计规范》（SY/T0045—1999）中规定，操作压力应根据原油中轻馏分的含量和以及电脱温度而定，一般其操作压力应比原油在脱水温度下水的饱和蒸汽压大0.1～0.35MPa，通常高0.15MPa，虽然电脱水器的操作压力对电脱水过程的诸因素没有直接影响，但电脱水器的操作压力不能太低，否则出现大量气体后影响脱水效果。

根据前面生产水所得到的生产分离器的最佳操作压力为43psig～46psig，那么与之对应的电脱水器的操作压力大致为20psig～28psig。根据前面计算后，推荐的温度范围为195℉～200℉，则与该温度匹配的最小压力范围为19psig～22psig。根据分离器限制的电脱水器的压力为20psig～28psig，则在该压力范围内，也能适应推荐的温度范围（195℉～200℉）。

3.3 电脱水器的最优结构参数

影响电脱水结构的，最主要的是看布液管的结构。现有电脱水装置的进油分布器在罐体下部采用4根6"的钢管，钢管两侧按照一定的距离开有φ20孔，开孔位置在分布管的两侧水平方向。

现在的电脱水沉降罐中开孔方向斜向上方，呈120°夾角，这样可以增大颗粒与油水界面的夹角，那是否有方法，可以增大乳化减弱区域，从而使得固体颗粒在形成乳化层的时候，减少固体颗粒的作用。根据此原理对现有的布液管开孔进行更改，也是呈120°夹角，从内部开始倾斜开孔，内部圆孔开孔22mm，减缩至管外突出1mm的距离，截面为直径20mm的圆。

3.4 破乳剂筛选的理论分析

各大油田根据自身油品的性质，选择合适的破乳剂与破乳方式，不同油田根据原油的性质，提出的不同的措施。绥中油田、辽河油田、胜利孤岛油田、大庆头台油田优化了脱水工艺条件，选择合适的破乳剂，其中胜利孤岛油田产生乳化的原因以及油品的性质与流花的相仿，酸值、胶质、沥青质含量较高，其处理方式（AE型破乳剂与醋酸复配）；榆林油田由于注水带酸性影响破乳，吉林油田的乳状液热稳定性与机械稳定性强，在这种情况下选择了采用两段破乳脱水工艺，即一段脱水破除油包水乳状液并改善水质；二段破坏乳状胶团。

因此，目前流花是两台电脱水器并联使用，若改为串联使用，则要根据前后一级脱水与二级脱水的目的选择不同类型的破乳剂，并考虑破乳剂的配伍性，若直接由并联改为串联，处理量增大，油水沉降时间变短，反而影响到破乳的效果。克拉玛依油田，引入的是其他的破乳方式，用离心+破乳剂的方式。克拉玛依油田的这种做法，也值得借鉴，借鉴之处在于，可以引入新的破乳理念来进行原油破乳。

结语

本文分析了一些新型的破乳技术，其中，超声波是一种在媒质中传播的弹性机械波，具有机械振动、空化及热作用。超声波破乳主要依靠超声波的机械振动和热作用。从经济、环保、高效的角度，建议油田引入超声波破乳技术，从而可以大大减少乳化层的形成。

参考文献

[1]张鸿仁.油田原油脱水[M].北京：石油工业出版社，1990.

[2]吉庆林，高鹏，陈自刚，等.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.