渤海油田油水离心分离效果评价及影响因素

王宇飞，赵顺超，陈华兴，方 涛，庞 铭，方 舟

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300450）

目前，渤海油田含水率大于85%的高含水井已占到在生产井数的40.5%，大量的产出水会产生大量的处理和操作费用，且目前很多平台水处理设备已达到了负荷极限[1]。利用井下油水分离技术，将分离出来的富含油产液通过电泵举升到地面，而分离出的低含油污水能注入到同井的目标层段，可以减少不必要的产水量，减轻平台水处理流程负荷，为提液增产措施预留空间[2-3]。成功地应用井下油水分离技术不仅需要对这项技术的工艺细节、油藏特性有成熟的把控，还需要对产出液本身的油品性质及油水分离特性有深刻的认识[4]。本文选取渤海油田代表性的4组油样，利用高速离心机分别实验模拟离心时间、离心转速及添加破乳剂情况下不同油样在井下油水分离装置中的油水分离特性，利用浊度仪评判油水分离效果，并进行了岩心驱替实验，对油水分离出来的分离水进行了岩心伤害实验。

1 实验原理分析

井下油水分离装置多采用锥式或管式旋流器，地层产液进入旋流器产生旋流，由于油、水存在密度差，所受离心力不同，实现油水分离[6]。本次研究采用高速离心机模拟采出液在井下油水分离的过程。采出液在井下油水分离装置的旋流器中加速度范围在1 000~3 000 G之间，高速离心机的转速最高为12 000 rpm，实验离心机离心半径为10 cm，根据公式（1）计算，离心机内液体加速度范围在1 000 ~16 000 G之间。通过调整离心机转速，模拟采出液在井下油水分离装置不同工况的分离情况。

式中：n为转速，rpm；r为旋转半径，cm；G为重力加速度，9.8 m/s2。

2 实验结果及分析

2.1 实验方法和步骤

实验用采出液选取岐口17-2-P32、埕北B11、绥中36-1-C5、锦州9-3-E3-4这四口井中含水率大于90%的高含水采出液，其原油黏度、密度等物性有一定差距，可以很好地代表渤海油田适用于油水分离工艺技术的采出液特征，原油物性参数见表1。此实验需用到恒温水浴、高速离心机、含油分析仪、浊度仪、岩心驱替装置，实验岩心采用人造岩心。

实验分为两个部分：油水分离实验和分离水驱替实验。油水分离实验探究不同油品性质的采出液在不同离心时间、不同离心转速及添加破乳剂时对最终分离效果的影响。分离水驱替实验研究经过油水分离后的分离水对岩心的伤害程度[5]。

表1 原油样品物性

油水分离实验步骤为：

（1）洗净100 mL离心管若干待用，取井口采出液待用。

（2）自然沉降分离情况观测：将采出液分别倒入100 mL离心管中，每样次100 mL，于60 ℃实验条件下静置30 min观察未加药条件下的油水分离情况；平行开展相同条件下的一组样品，加入40 ppm破乳剂进行第二组对比实验。

（3）离心条件下分离情况观测：将采出液分别倒入离心管中，于60 ℃实验条件下离心3 min（ 转 速 3 000 rpm、6 000 rpm、9 000 rpm、12 000 rpm）观察油水样；平行准备另一组样品，样品中分别加入40 ppm破乳剂，在相同条件下进行第二组对比实验。

（4）实验后样品进行宏观对比，并测试浊度。分离水驱替实验实验步骤为：

（1）岩心洗油，烘干，测试渗透率和孔隙度，岩心抽空饱和模拟地层水24 h以上。

（2）将模拟地层水以0.75 mL/min流速驱替岩心并测试初始渗透率。

（3）将现场取回未过滤产出水撇除上部浮油，于储层温度下离心3 min后驱替岩心，实验水样中加入40 ppm破乳剂进行第二组对比实验。

2.2 离心时间对分离效果的影响

对比重力分离情况下，不同分离时间及加药对分离效果的影响：取岐口17-2-P32井采出液置于两个烧杯中，一个烧杯中加破乳剂40 ppm，另一个烧杯不加药。60 ℃水浴30 min后，分别取下层分离清液于离心瓶。离心机以3 000 rpm的转速，分别分离1.5 min/5 min后加入正己烷（图1），可以看出加入破乳剂的样品较不加破乳剂的清澈。观察发现离心1.5 min与离心5 min处理后的样品没有显著区别，判断离心时间对最终的油水分离效果没有较大影响，破乳剂对油水分离有促进作 用。

图1 离心分离3 000 rpm，实验时间1.5 min（左图）和5 min（右图），左侧未加破乳剂，右侧添加破乳剂

2.3 离心转速对分离效果的影响

对比不同转速对分离效果的影响，取埕北-B11、岐口17-2-P32、锦州9-3-E3-4、绥中36-1-C5采出液置于烧杯中，60 ℃水浴30min后，分别取下层分离清液于离心瓶（图2）。可以看出埕北-B11井采出液浑浊，而锦州9-3-E3-4井采出液及绥中36-1-C5井采出液较为清澈。

图2 自左向右分别为埕北-B11、岐口17-2-P32、锦州9-3-E3-4、绥中36-1-C5井采出液

利用高速离心机对采出液进行离心分离，研究采出液在不同转速条件下的分离特性。取采出液下层清液于离心管中，转速设置为3 000 rpm、6 000 rpm和9 000 rpm，离心后的状态见图3。和实验前对比，离心分离效果明显，且转速越大，分离效果越好。

图3 自左向右分别为埕北-B11、岐口17-2-P32、锦州9-3-E3-4、绥中36-1-C5井采出液离心实验后状态，转速从左到右为3 000 rpm、6 000 rpm和9 000 rpm

选取离心后离心瓶中下层清液，利用浊度仪测量浊度，结果见表2。可以看出转速与浊度呈负相关关系，转速越高浊度越小。初始溶液浊度越高，离心分离后浊度越高。结果表明，绥中36-1-C5和锦州9-3-E3-4浊度最低，分离效果最好，分离后溶液几乎为澄清状。岐口17-2-P32分离效果较好，埕北-B11分离效果较差。图4为转速与浊度的关系曲线，从曲线可以看出，转速的提升对分离效果的增强存在着边际效应。实验表明，当转速为6 000 rpm（约4 000 G）时，锦州9-3-E3-4、绥中36-1-C5井采出液浊度存在着拐点，当离心转速超过6 000 rpm后，转速的提升对分离效果没有明显的促进作用。

表2 不同转速离心后液体浊度（NTU）

图4 转速与浊度关系（NTU）

2.4 破乳剂对分离效果的影响

研究破乳剂对分离效果的影响，取岐口17-2-P32、埕北-B11、绥中36-1-C5、锦州9-3-E3-4采出液分别于烧杯中水浴加热60 ℃，取下层采出液于离心管中，加40 ppm破乳剂，水浴加热60 ℃30 min。将水浴后的离心管置于离心机中，分别设定3 000 rpm、6 000 rpm、9 000 rpm，离心时间3 min。

图5为采出液加入破乳剂和未加破乳剂实验后的照片对比，可以明显看出加入破乳剂对油水分离的效果。利用浊度仪，分别测量各采出液实验后的浊度，结果见表3、表4。

图5 依次为埕北-B11、岐口17-2-P32、锦州9-3-E3-4、绥中36-1-C5井采出液添加破乳剂40 ppm及未添加破乳剂离心后状态

表3 离心实验后采出液浊度（加破乳剂40 ppm）

表4 离心实验后采出液浊度（未加破乳剂）

2.5 分离水岩心驱替实验

首先根据地层水矿化度配置模拟地层水，岩心抽空饱和模拟地层水24 h，将模拟地层水以0.75 mL/min流速驱替岩心。然后将岐口17-2-P32井采出液撇除上部浮油，于储层温度下以3 000 rpm离心3 min后驱替岩心，实验水样中加入40 ppm破乳剂进行第二组对比实验。

图6为驱替过程中，注入倍数与渗透率变化的关系。从驱替结果可以看出，加入破乳剂的第二组最终渗透率与驱替模拟地层水稳定时的渗透率相差不大，而未加破乳剂的第一组最终渗透率与驱替模拟地层水稳定时的渗透率相比，下降幅度较大。由此可知，加入破乳剂有利于减轻注入的流体对地层的伤害。

图6 注入倍数和渗透率变化关系

3 结论

（1）通过离心时间对分离效果影响实验发现，采出液离心时间1.5 min与离心5 min没有显著区别，说明离心时间的长短对最终的分离效果没有显著影响。

（2）离心转速对分离效果有显著影响，转速越大，油水分离效果越好。但转速的提升对分离效果的增强存在着边际效应。实验表明，锦州9-3-E3-4、绥中36-1-C5井的最佳分离转速为6 000 rpm（约4 000 G），当离心转速超过6 000 rpm后，转速的提升对分离效果没有明显的促进作用。

（3）实验表明，添加破乳剂可显著提升油水分离效果，但添加破乳剂时需注意破乳剂的用量及与采出液的配伍性，不当地使用破乳剂会导致沉淀产生。分离水驱替实验表明，添加适量破乳剂有利于减轻注入水对地层的伤害。