三元复合驱和水驱原油的电脱水特性评价

2021-09-23李金玲黄作男王建华洪小平蒋容

油气田地面工程 2021年9期

李金玲黄作男王建华洪小平蒋容

1大庆油田有限责任公司第四采油厂

2中国石油集团渤海钻探工程有限公司管具与井控技术服务分公司

随着三元复合驱技术的推广应用，采出液的组成成分更加复杂，油水界面膜更加稳定，表观黏度更大、导电性更强，油珠之间聚集阻力更大，这些理化特性变化，造成采出液乳化严重，破乳脱水困难[1-3]。

脱水工艺是油气集输系统的重要环节[4-5]。电脱水器因其具有高效、预处理空间大、对周围环境影响小等多方面优势[6-8]，被广泛应用于各油田地面系统的脱水工艺系统。当采出液杂质较多、稳定性强时，容易在电脱环节产生“垮电场”现象[9-10]，导致设备脱水率降低，严重时甚至会损坏电脱水器，给油田企业带来一定的经济损失。因此，有必要对不同驱替条件下的含水油开展电脱水特性研究，为油田地面脱水工艺流程、设备的设计与改进提供指导，以提高油田企业经济效益。

大庆油田某联合站接收某强碱三元复合驱区块的采出液，同时，该联合站还处理该区域的水驱采出液。在流程上，该联合站具备复合驱三元采出液和水驱采出液单独处理和混合处理的能力。在该联合站分别运行了水驱-三元驱分开处理流程和水驱-三元驱混合处理流程，由于所取三元复合驱含水油、水驱-三元驱混合含水油、水驱含水油样均来自于实际生产流程中的游离水脱除器脱后的含水油，因此相比于以往研究所用的室内模拟配制采出液，本实验得到的结果更能代表实际生产情况。油样取出后，采用原油智能脱水试验仪，对不同油样分别进行了室内电脱水实验，分析总结了不同驱替条件下W/O 型乳状液的电脱水特性以及破乳剂对W/O型乳状液电脱水特性的影响。

1 实验仪器、样品及方法

实验采用DTS-3原油智能脱水试验仪。

实验样品分为三种：三元复合驱含水油，取自分开处理流程运行时4#游离水脱除器沉降后的油出口；水驱-三元驱混合含水油，取自混合处理流程运行时4#游离水脱除器沉降后的油出口；水驱含水油，取自分开处理流程运行时1#水驱游离水脱除器的油出口。以上样品通过自然沉降，分离油水，并将其混合成含水率为10%的混合液。样品驱油剂含量及pH值见表1，原油物性见表2。

表1 样品驱油剂含量及pH值Tab.1 Content of oil displacement agent and pH value of the sample

表2 原油物性Tab.2 Physical properties of crude oil

将上述三种样品分别放入DTS-3原油智能脱水试验仪，电脱水温度分别设置为45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃，电脱水时间设置为1 h，缓慢调整电压至5 100 V 左右（为防止仪器损坏，当电流达到25 mA时暂停升高电压，待电流下降后继续提高电压），每分钟记录一次脱水电压、脱水电流，最后取出电脱水后原油测试其含水率。将三元复合驱含水油、水驱-三元驱含水油分别放入电脱水试验仪，并分别加入FJ-43破乳剂（质量浓度为350 mg/L），然后重复上述电脱步骤并测试电脱水后原油含水率。

2 实验结果及分析

对电脱水后原油含水率测试结果进行统计，得到不同样品电脱水1 h后的含水率（表3）。根据上述室内电脱水模拟实验数据，绘制各温度下不同含水油脱水电压-时间曲线及各温度下不同含水油脱水电流-时间曲线（图1～图8）。

表3 各温度下不同含水油电脱后原油含水率Tab.3 Water cut of different water-bearing oil after being dehydrated by electricity at different temperatures

图1 45 ℃时不同含水油脱水电压-时间曲线Fig.1 Curves of dehydration voltage and time of different waterbearing oil at 45 ℃

图2 45 ℃时不同含水油脱水电流-时间曲线Fig.2 Curves of dehydration current and time of different waterbearing oil at 45 ℃

图3 50 ℃时不同含水油脱水电压-时间曲线Fig.3 Curves of dehydration voltage and time of different waterbearing oil at 50 ℃

图4 50 ℃时不同含水油脱水电流-时间曲线Fig.4 Curves of dehydration current and time of different waterbearing oil at 50 ℃

图5 55 ℃时不同含水油脱水电压-时间曲线Fig.5 Curves of dehydration voltage and time of different waterbearing oil at 55 ℃

图6 55 ℃时不同含水油脱水电流-时间曲线Fig.6 Curves of dehydration current and time of different waterbearing oil at 55 ℃

图7 60 ℃时不同含水油脱水电压-时间曲线Fig.7 Curves of dehydration voltage and time of different waterbearing oil at 60 ℃

图8 60 ℃时不同含水油脱水电流-时间曲线Fig.8 Curves of dehydration current and time of different waterbearing oil at 60 ℃

从图1～图8中可以看出，三元驱含水油电脱水难度最大，且远大于混合油和水驱含水油的脱水难度。

无论处于何种电脱水温度，三元复合驱含水油的脱水电压始终较低，维持在300～350 V，无法建立起有效的脱水电场，且脱水电流始终较高，维持在23～25 mA。结合表3可知，此时电脱水后原油含水率皆不达标。水驱-三元驱混合油的脱水电压缓慢升至5 100 V 左右，脱水电流初期较高，然后逐渐稳定在3～5 mA。水驱油样品的脱水电压快速上升至5 100 V 左右，脱水电流先升高后下降，最后可逐渐维持在2～3 mA，此时电流较低且稳定，表明有效电场已经建立。三元复合驱含水油脱水电流比混合油和水驱油样脱水电流高5～10 倍，且电压一直处于低水平，无法建立稳定有效的脱水电场，这表明三元驱含水油脱水难度远远高于其余两种含水油，这种现象与现场生产运行情况相符。

结合表3并对比图2、图4、图6可以发现，适当控制脱水温度可有效提高混合原油的脱水效果。

对于水驱油，随着温度由45 ℃升高至55 ℃，建立稳定电场所需的时间变化不大；当温度升至60 ℃时，建立稳定电场所需时间减少。对于混合油，当温度小于55 ℃时，随着温度升高，建立稳定电场的时间随之减少，同时脱水率随之变大；温度达到60 ℃时，电场稳定时间延长，且脱水电流略为升高，因此55 ℃为综合效果最佳温度。而对于三元驱含水油，温度从45 ℃提升到60 ℃时，脱水电压不升高，脱水电流不下降，且脱水1 h 含水率不达标。

绘制50 ℃、55 ℃温度条件下不同含水油无破乳剂、添加FJ-43 破乳剂时的脱水电压-时间曲线和脱水电流-时间曲线（图9～图12）。

图9 50 ℃时不同含水油脱水电压-时间曲线（加剂/不加剂）Fig.9 Curves of dehydration voltage and time of different waterbearing oil at 50 ℃(with/without agent)

图10 50 ℃时不同含水油脱水电流-时间曲线（加剂/不加剂）Fig.10 Curves of dehydration current and time of different waterbearing oil at 50℃(with/without agent)

图11 55 ℃时不同含水油脱水电压-时间曲线（加剂/不加剂）Fig.11 Curves of dehydration voltage and time of different waterbearing oil at 55 ℃(with/without agent)

由图9～图12 中的曲线可以看出，对于混合油，添加破乳剂后其脱水电压、脱水电流无明显变化，建立稳定电场所需时间几乎不变，50 ℃下无破乳剂时所需时间为31 min，加破乳剂时所需时间为30 min。

图12 55 ℃时不同含水油脱水电流-时间曲线（加剂/不加剂）Fig.12 Curves of dehydration current and time of different waterbearing oil at 55 ℃(with/without agent)

对于纯三元复合驱含水油，加破乳剂效果明显，电压20 min 左右即可升至5 100 V 左右，脱水电流急剧下降，最后维持在2 mA～3 mA，电场建立时间要快于混合油。此外，结合图2、图4、图6、图8可以得出，55 ℃是最适宜于三元复合驱含水油脱水的温度。因此破乳剂对三元驱脱水电场稳定效果作用明显，温度升高有利于破乳剂发挥效果。