破乳剂在原油脱水过程中的影响因素

张彦鑫(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

水在油田开发过程中一直伴生原油的开采而产出，尤其是在油田开发的中后期，油井含水不断升高，产水量逐渐增多[1]。原油含水不仅增加了储存、输送、炼制过程中设备的负荷，也增加了升温时的燃料消耗，同时，因产出水中含盐等引起设备和管道的结垢及腐蚀。因此，原油脱水就成为油田开发过程中一个不可缺少的环节。原油脱水是指应用物理或化学方法将以游离状态或乳化液状态伴随在原油中的水分除去，使其所含水分达到规定标准的过程。脱水方法需根据原油性质、含水率及乳化程度等，由试验和技术经济比较来确定。

1 乳化液形成及危害

乳化是一种液体以极微小液滴均匀地分散在互不相溶的另一种液体中的作用。乳化是液-液界面现象，两种不相溶的液体，如油与水，在容器中分成两层，密度小的油在上层，密度大的水在下层。若加入适当的表面活性剂在强烈的搅拌下，油被分散在水中，形成乳状液，该过程叫乳化。

在原油开采过程中，原油从井底到地面的流动过程中存在各种扰动，尤其是流经节流阀门、弯头、三通时搅动加剧，在乳化剂的作用下，部分水与油形成稳定的乳状液。乳化液密度小于水，大于油，处于油水界面之间；乳化液既不溶于水，也不溶于油，且性质稳定，难以被分解。因为其黏度大、流动性差，容易导致设备和管线堵塞，进而使流程瘫痪；同时对设备造成危害，增加设备检查频次，耗时耗力；也影响原油稳定性，随着原油输送到下游，增加了处理成本。靠常规的脱水方法是无法将乳化液中的水分离出来的，造成原油脱水效果下降。

2 破乳剂作用机理

破乳剂也是一种表面活性剂，具有亲水端和憎水端，当破乳剂加到原油中后就很快聚集于油水界面上，亲水部分朝向水相，憎水部分朝向油相，并且其亲水能力远远超过乳化剂的能力。化学破乳剂能引起乳化剂变得脆弱并降低它膨胀的能力，破乳剂破乳作用的关键是取代吸附在油水界面上的天然乳化剂，降低界面膜的弹性和粘性，从而降低其强度，加速液滴的聚结。当加热时，使被包裹的水膨胀，打破了易碎的乳化膜，使乳状液解体。化学破乳剂不仅使界面膜变得脆弱，而且也引起界面膜充分收缩而产生破碎作用[2]。

3 影响因素室内实验

含水化验实验方案：从油田生产管汇进行原油取样，取样后放入烧杯进行水浴加热，向离心管中加入50 mL石油醚，将充分摇匀的油样加入离心管中至100 mL，再加入破乳剂，盖上离心管盖帽，上下颠倒，确保油样与药剂的充分混合，将离心管放入离心机进行离心及加热，在2 500 r/min下离心分离10 min，待离心机完全停止转动后，取出离心管，将离心管与视线水平读取水层体积，记录结果。

3.1 温度影响实验

取油样均分成6等份，放入加入等量石油醚的离心管中，再分别加入等浓度破乳剂，盖上离心管帽，进行相同程度上下颠倒，确保油样与药剂充分混合后，放入离心机分别设置20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃温度进行加热，离心时间均为10 min。对比不同温度下原油的脱水效果，如表1所示。

表1 不同温度下的脱水效果

由表1可知，在20 ℃、30 ℃、40 ℃下几乎没有水脱出，在50 ℃、60 ℃、70 ℃温度下开始有水出现；随着温度升高脱水量也增加，70 ℃时效果最好。由此可知，高温利于原油的脱水，低温不利于原油的脱水[3]。最佳温度需要结合流程的实际情况和原油物性而定。

3.2 反应时间影响实验

取油样均分成3等份，放入加入等量石油醚的离心管中，再加入等浓度破乳剂，盖上离心管帽，上下颠倒，确保油样与药剂充分混合后，放入离心机，加热温度均设置为70 ℃，离心时间分别为1 min、3 min、5 min，对比脱水的效果，如表2所示。

表2 不同反应时间下的脱水效果

由表2可知，随着反应时间的增加，脱水效果也逐渐增强。即流程中的原油需要足够长的反应时间才能在重力和药剂等作用下充分地脱水。

3.3 搅拌程度影响实验

取油样均分成3等份，放入加入等量石油醚的离心管中，再加入等浓度破乳剂，盖上离心管帽，进行不同程度的上下颠倒，放入离心机，加热温度均设置为70 ℃，离心时间为10 min,观察样品脱水情况，如表3所示。

表3 不同搅拌度下的脱水效果

由如表3可知，轻度摇晃脱水效果不明显，适量摇晃后脱水效果较好，过度摇晃后，水和原油又形成了新的乳化液，水未能脱出。即控制好原油流态对于原油脱水至关重要，激烈的油流搅拌易形成新的乳化液，不利于原油脱水。

3.4 药剂浓度影响实验

取油样均分成3等份，放入加入等量石油醚的离心管中，分别加入5 mg/L、20 mg/L、50 mg/L浓度的破乳剂。盖上离心管帽，进行相同程度的上下颠倒后，放入离心机，加热温度均设置为70 ℃，离心时间为10 min,观察样品脱水情况，如表4所示。

表4 不同药剂浓度下的脱水效果

由如表4可知，适量的破乳剂有利于乳化液的处理，但是过量的破乳剂从某种程度而言成为另一种乳化剂，形成新的乳化体系。

3.5 不同药剂影响实验

取油样均分成2等份，放入加入等量石油醚的离心管中，再加入等浓度破乳剂，一份再加入清水剂，盖上离心管帽，进行相同程度的上下颠倒后，放入离心机，加热温度均设置为70 ℃，离心时间为10 min,观察样品脱水情况如表5所示。

表5 不同药剂浓度下的脱水效果

由如表5可知，只加入破乳剂的油样脱水效果良好，油水分层明显，脱水量多；同时加入破乳剂及清水剂的油样脱水效果下降，油水分层不明显，脱水量少。即不同类型的药剂对破乳剂的脱水效果会造成负面影响。

4 结论

根据实验结果，破乳剂在原油脱水过程中其作用发挥受多种因素影响，要让药剂充分发挥作用，在现场的流程管理中，应做到以下5个方面：

(1)原油有合适的温度，即确保原油加热器加热效果良好，温度设定合理，定期对加热器进行清洗，避免加热器结垢造成加热效果下降；

(2)确保药剂有充分的作用时间，即药剂注入点尽量选在流程上游，流程控制平缓；

(3)流程控制平稳，避免液位压力波动起伏太大，流程中可设置段塞流捕集器减小段塞流对流程的冲击；

(4)药剂注入量做好日常标定，确保注入量满足实验推荐值，流程产液量发生变化时及时根据推荐浓度调整下药量；

(5)因原油处理过程中不只加入破乳剂一种类型的药剂，在加入药剂前需对不同药剂的相互影响做好实验配伍性研究，实际加入过程中对相互有影响的药剂在注入点的选择上做好分离，避免药剂相互作用影响药剂作用的发挥。