含压裂液的原油乳状液电脱水参数研究

贺凤云，李伊兰，梁 霄，吕雅楠，董 静

（东北石油大学，黑龙江 大庆 163318）



含压裂液的原油乳状液电脱水参数研究

贺凤云，李伊兰，梁 霄，吕雅楠，董 静

（东北石油大学，黑龙江 大庆 163318）

针对含压裂液原油进入联合站对“五合一”的电脱效果产生很大影响的问题，通过观测电脱水油水分离界面特性，得出电脱温度，利用原油智能脱水试验仪和水分测定仪开展不同压裂液含量下电脱水曲线测试实验，得到了不同时间下电场强度、电流、含水率之间的关系曲线，同时分析了压裂液含量对电脱的影响规律，确定了室内电脱水最佳运行参数，为龙一联站内脱水方案参数的确定提供了可靠的理论基础。

压裂液；电脱水；油水分离；运行参数

近年来随着油田开展大规模的压裂作业，压裂返排液直接进入生产流程，产出液乳化严重、脱水困难，对油气水处理流程产生较大影响，甚至会导致外输原油含水超标，注水水质不合格。含压裂液的原油乳状液急需找到行之有效的电脱水参数，对于保证油田正常生产、提高油品质量、确保联合站平稳运行和提高经济效益具有重大意义［1-4］。本文旨在观测油水分离特性，并研究不同压裂液含量下电脱时电流、电场强度、含水率与电脱时间之间的关系，最后综合考虑上述因素找出最佳电脱参数。

1　实验部分

1.1实验材料

压裂液取龙一联压裂井返排液；原油为龙一联压裂井井口取油；破乳剂为PS-639-06（中融公司）。

1.2实验装置

利用破乳剂电脱水性能试验仪观测电脱水油水分离特性；利用DTS-3原油智能脱水试验仪进行室内电脱水模拟实验；利用水分测定仪采用蒸馏法分析含水率。

2　实验方案

室内模拟配置含水率为20%的乳状液，温度分别控制为55 和60 ℃，破乳剂浓度为15×10-6，由于当压裂液含量超过 5%时，脱水极为困难，故在实际生产中一般控制压裂井数量，使压裂液含量不大于 5%，本次室内实验中取压裂液含量分别为3%、5%进行分析。在利用破乳剂电脱水性能试验仪电脱时，记录不同时刻的电脱水出水量与过渡层刻度，确定最佳的电脱温度；然后利用DTS-3原油智能脱水试验仪进行室内电脱水模拟实验，并使用水分测定仪分析含水率，记录不同时间下电流、电场强度、含水率，综合考虑上述因素确定最佳电场强度和电脱时间。

3　最佳电脱温度的确定

利用破乳剂电脱水性能试验仪对压裂液含量为3%和5%的乳状液分别在55 、60 ℃进行电脱实验，不同时刻的电脱水出水量与过渡层结果如表1所示。

表1　含水率为20%，压裂液占3%及5%分离特性对比Table 1 Comparison of separation characteristics of crude oil with fracturing fluid of 3% and 5%， water content of 20%

其中部分时间油水界面图如图1-图2所示。

图1　55 ℃（左三）、60 ℃（右三）压裂液3%油水分离界面Fig.1 Oil water separating interface of crude oil with fracturing fluid of 3% at 55 ℃ and 60 ℃

图2　55 ℃（左三）、60 ℃（右三）压裂液5%油水分离界面Fig.2 Oil water separating interface of crude oil with fracturing fluid of 5% at 55℃ and 60 ℃

根据以上不同温度下，压裂液含量分别为 3% 和 5%的原油乳状液电脱油水分离特性实验可以看出，60 ℃时出水速度快，水较清，挂壁量少，55℃时，水色呈淡黄色。压裂液含量越高，同一温度下，出水越少；同一脱水时间，温度高时过渡层小，油水界面清晰，絮状物少。因此，在进行室内电脱水最佳运行参数的实验中，将电脱温度确定为60℃。

4　最佳电场强度、电脱时间的确定

利用 DTS-3原油智能脱水试验仪及水分测定仪进行实验，其电场强度、电流、电脱时间和含水率之间的关系如图3-图5曲线所示。

图3　电场强度与电脱时间的关系曲线Fig.3 Relationship between electric field intensity and electric dehydration time

由图3可知，电场强度随电脱时间的增加逐渐增加，最后趋于稳定，低场强段中乳状液大水滴合并，因为水滴间作用力与水滴半径平方成正比，而高场强段可以保证小水滴合并，因此电场强度越高，脱水效果越好，故压裂液含量为3%，5%时的最佳电场强度取峰值，分别为1 380和1 460 V/cm。压裂液含量越高，电场强度峰值越高。

图4　电流与电脱时间的关系曲线Fig.4 Relationship between electric current and electric dehydration time

图4可以看出，通电后电流迅速上升，很快达到最大值，即表明此时已有水滴合并沉降，但水滴还未进入水相，当乳状液中压裂液所占比例较大时，电流在高峰值段持续时间较长，主要由于含压裂液乳状液粘度大，水滴沉降阻力大。一定时间后电流迅速减小［5］，即原油含水降低，出水速度较快，压裂液含量越少，出水速度越快，相同脱水时间内，脱水率越高。

图5　含水率与电脱时间的关系曲线Fig.5 Relationship between rate of water content and electric dehydration time

图5表明含水率随电脱时间的增加越来越低，开始电脱时，含水率降低较快，主要是由于大水滴容易合并、沉降，电脱后期，含水率下降较慢，说明乳状液中的小水滴很难脱出，即使电压升高，场强增加，还会有一些水滴留在原油中。结合图6、图7得到压裂液含量为3%，5%时的最佳电脱时间分别为40和60 min。

根据不同压裂液含量、不同温度的室内电脱实验，确定最佳电脱参数如表2所示。

表2　不同压裂液含量、不同温度下最佳电脱参数Table 2 The optimal electric dehydration parameters of different fracturing fluid content and temperature

5　结 论

（1）根据以上电脱油水分离特性实验可以得出，温度为60较55℃时出水速度更快，且水较清，挂壁量少，油水界面更清晰。将最佳电脱温度确定为60 ℃。

（2）对比压裂液含量分别占3%、5%时的室内电脱效果实验不同参数之间的关系曲线可得出，压裂液含量越少，相同脱水时间内，脱水率越高，电场强度峰值越低；电脱前期含水率降低较快，后期含水率下降较慢；

（3）最佳电脱参数确定为：3%压裂液含量下原油乳状液脱水电场强度为1 380 V/cm、电脱时间40 min；5%压裂液含量下原油乳状液脱水电场强度为1 460 V/cm、电脱时间60 min。

［1］ 马跃，黄晓东，唐晓旭，王忠树，王彦青. 渤海油田油井酸化返排液对原油脱水的影响［J］. 油气田地面工程，2015，11：61-62.

［2］ TAYLOR S E. Investigations into the electrical and coalescence behaviour of water in crude oil emulsions in high voltage gradients［J］.Colloids Sur，1988，29（1）：29-51.

［3］ 卫秀芬. 压裂酸化措施返排液处理技术方法探讨［J］. 油田化学，2007，04：384-388.

［4］ 高玺莹. 油田剩余压裂液处理工艺研究［D］.大庆石油学院，2010.

［5］ 王金龙，赵永军，胡玉涛. 原油乳状液静态电脱水电流曲线的分析［J］. 油气田地面工程，1998，02：20-21+78.

Study on Electric Dehydration Parameters of Crude Oil Emulsion Containing Fracturing Fluid

HE Feng-yun，LI Yi-lan，LIANG Xiao，LV Ya-nan，DONG Jing
（Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China）

Crude oil containing fracturing fluid into the joint station has a great impact on the effect of electric dehydration in the “Five-in-One”. In this paper, by observing the oil-water separation interface features of electric dehydration, the temperature of electric dehydration was determined. Test experiments of the curve of electric dehydration of crude oil with different content fracturing fluid were carried out by using intelligent crude oil dehydration test instrument and moisture meter, the relation curves of electric field intensity, current and water cut in different time were obtained, meanwhile, effect of fracturing fluid content on the electric dehydration was analyzed, and the optimum operating parameters of the indoor electric dehydration were determined, which could provide a reliable theoretical basis for determination of the parameters of dewatering scheme in Longyi station.

fracturing fluid; electric dehydration; oil water separation; operation parameters

李伊兰（1990-），女，在读研究生，研究方向：储运系统优化与节能降耗技术。E-mail：339091569@qq.com。

TE 357

A

1671-0460（2016）05-0908-03

2016-03-22

贺凤云（1965-），女，黑龙江大庆人，教授，博士研究生，1988年毕业于大庆石油学院石油工程专业，1996年获该学院油气田开发工程硕士学位，2008年获得博士学位，现从事油气集输及采出液处理方面的研究，1461322868@qq.com。