聚驱采出液超声波破乳脱水技术研究

彭飞（大庆油田有限责任公司第五采油厂）

引言

某区块聚驱采用二级布站流程，即采出液流经集油管网进入计量间后，直接压至杏十三-I脱水站三相分离器处理，一段与水驱采出液分、二段合的工艺流程。

某联合站聚驱来液分工业区和试验区，而试验区后期要改为水驱，本试验研究方向是超声波破乳技术能否适应含聚原油的破乳脱水问题，所以选择在工业区进行试验。目前，工业区含聚浓度为180.25mg/L，来液量5454～8911t/d（按8000t/d计算），来液温度33℃左右，来液含水约98%，经三相分离器分离后油含水为70%～80%。采出液进三相分离器之前未加药，造成出油含水高，使脱前加热炉能耗增加。

工业区将逐渐提高高分子聚合物的注入量，采出液含聚浓度在未来几年内将达到500～600mg/L，有的井甚至高达800～1000mg/L，进而出现一系列问题：采出液含聚浓度提高，黏度变大，流动性变差；采出液含聚浓度提高，使得原油采出液在脱水过程中油水分离不彻底，出油含水率和出水含油率都超标；对破乳剂提出更高的要求。超声波破乳技术改变单纯的化学破乳方式，其采用物理方式对原油采出液进行脱水处理，为含聚采出液的脱水开辟了一条新的技术途径。

1 超声波破乳脱水技术原理

理论推导与实验证明超声波破乳的声强需要在空化阈值之下，利用超声波的位移效应和热作用[1-2]：

1）机械振动作用促使水中“粒子”聚集。当超声波通过有悬浮油“粒子”的原油采出液介质时，造成悬浮油“粒子”与水介质一起振动。水中的油滴将不断向波节处移动、聚集并相互碰撞、融合，使粒子的体积和质量增大，生成直径较大的油滴，大油滴在浮力作用下上浮汇集，与水分离。

2）机械振动作用增加天然乳化剂的溶解度，可使油田蜡基原油中的石蜡、胶质、沥青等天然乳化剂分散均匀，降低油水界面膜的机械强度，有利于水相沉降分离。

3）热作用降低油水界面膜的强度和聚驱原油黏度。一方面边界摩擦使油水分界处的温度升高，有利于界面膜的破裂；另一方面原油吸收部分声能转化成的热能，可降低原油的黏度，有利于原油采出液中的油“粒子”的油水的重力沉降分离。

2 室内实验研究认识

1）超声波具有破乳作用，可降低乳化程度。

2）超声波具有脱水作用，可降低出油含水率。采出液含聚浓度在400mg/L以下、不加热及不加破乳剂时，原油在现有工艺情况下，经超声处理后一段脱水可达到出油含水小于或等于20%的效果；采出液含聚浓度在400～600mg/L，不加热及不加破乳剂时，原油在现有工艺情况下经超声处理后一段脱水可达到出油含水小于或等于30%的效果。

3）通过超声波作用，破乳脱水效果等效温升约5℃。

4）含聚浓度650～800mg/L时，超声波+破乳剂联合作用可降低出油含水率。当含聚浓度超过650 mg/L时，需要增加破乳剂来保证脱水效果。根据含聚浓度不同，添加5×10-6～12×10-6破乳剂，可不加热，通过超声波破乳、破乳剂的联合作用，达到处理后出油含水小于或等于30%的效果。

3 现场试验研究认识

三相分离器+超声波装置组合脱水效果优于三相分离器单独脱水效果。试验期间，采出液在33～40℃范围内进站，含聚浓度在224～384.7mg/L区间变化，在不加药、不加热的情况下进行了空白试验与超声波破乳脱水装置对比试验（表1）。

表1 三相分离器空白试验与超声波破乳脱水装置对比试验数据汇总

从表1可以看出，超声波破乳装置可以改善三相分离器的脱水效率，降低三相分离器后的出油含水、出水含油指标；界面高度和超声波输出功率的变化，都影响到三相分离器后的出油含水、出水含油指标降低幅度。

4 经济效益

某联合站工业区目前产液量按平均8000t/d计算，超声波破乳代替破乳剂，加药浓度2.5×10-6，年节省破乳剂7.3t，年节省费用25.2万元。

超声波破乳平均降低出油含水率13.68个百分点，可减少加热炉温升污水82.08t/d，年节气79092m3，年节约费用4.35万元。

超声波破乳脱水平均降低出水含油84.26mg/L，年可回收原油227.5t，年获得经济效益47.79万元。

超声波破乳装置基建费用88.3万元，按10年计算每年折旧成本是8.83万元；耗电功率7kW，年耗电61320kWh，年运行费用3.9万元。综上计算，年收益64.61万元。

5 小结

1）采出液含聚浓度在400mg/L以下，不加热及不加破乳剂时，原油经超声处理一段脱水后可达到出油含水小于或等于20%的效果。

2）采出含聚浓度在400～600mg/L，不加热及不加破乳剂时，原油经超声处理一段脱水后可达到出油含水小于或等于30%的效果。

3）采出液含聚浓度在600～800mg/L，不加热，注入适量破乳剂量5～12mg/L的情况下，原油经超声处理一段脱水后可达到出油含水小于或等于30%的效果。

4）现场试验表明，界面高度减小可降低出油含水率，增大出水含油量；超声波输出功率增加可降低出油含水率和出水含油量。超声波对聚驱油井采出液具有一定的破乳脱水作用，可降低出油含水率幅度平均13.68个百分点，可降低出水含油幅度平均84.26mg/L。

[1]韩萍芳.超声波污油破乳脱水的研究.南京工业大学学报,2003(5):72-75.

[2]孙宝江,乔文孝,付静.三次采油中水包油乳状液的超声波破乳.石油学报,2000(6):97-101.