廖天昊，蔣宏業(yè)

（西南石油大學(xué)，四川 成都 610500）

近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用與關(guān)注，由于開(kāi)采方式的多樣性，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)采出液越發(fā)穩(wěn)定，不易脫水，采用單一的化學(xué)破乳方法，很難達(dá)到脫水要求[1,2]，然而電脫水卻在一定條件能到很好的脫水效果，為此研究電脫水方法，明確其影響因素具有十分重要的意義[3]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

（1）實(shí)驗(yàn)試劑

本次實(shí)驗(yàn)所需油樣為某油田火驅(qū)匯管原油，采出液綜合含水率在75%左右，其中上層穩(wěn)定乳狀液含水率為25%，60 ℃下，采出液表觀粘400 mPa·s，經(jīng)電脫儀器所得脫水原油密度為891 kg/m3（20℃），并利用脫水原油和礦化水，按照一定的制備原則進(jìn)行室內(nèi)模擬乳狀液的制備。

（2）實(shí)驗(yàn)儀器

本次試驗(yàn)所需儀器主要包括：恒溫水浴裝置；RW20攪拌器；稱(chēng)重天平；DPY-2C破乳劑及電脫鹽性能測(cè)試儀；100 mL燒杯；VT550粘度儀；密閉電脫水儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）模擬乳狀液制備

經(jīng)測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)采出液上層穩(wěn)定乳狀液含水率為25%，為此室內(nèi)根據(jù)密閉電脫儀獲取脫水原油以及礦化水，并按油水混合比例為1∶3一次性混合至150 mL燒杯中，油水總量為100 mL。根據(jù)制備乳狀液與現(xiàn)場(chǎng)乳狀液表觀粘度的相似性，即反演法[4]來(lái)確定乳狀液的制備條件，經(jīng)試驗(yàn)確定乳狀液的制備條件為，攪拌速率1 000 r/min，攪拌時(shí)間18 min，制備溫度為50 ℃。

（2）模擬乳狀液電脫水規(guī)律測(cè)定[5]

① 將制備好的模擬乳狀液裝入帶有電極的蘿卜瓶中，分別加入破乳劑60×10-6，并置于振蕩器中進(jìn)行充分震蕩，時(shí)間為1 min，目的使破乳劑均勻分布在乳狀液內(nèi)；

② 將高壓電源按鈕旋至0刻度，并把上述蘿卜瓶置于電脫鹽性能測(cè)試儀的恒溫槽內(nèi)，蓋上箱式電極板，使蘿卜瓶電極蓋與箱式電極板緊密相連，以便電壓能最大限度的加至蘿卜瓶中的O/W型乳狀液；

③ 慢慢旋轉(zhuǎn)電壓按鈕，并注意觀察電流變化情況，確保電流不超過(guò)最大設(shè)定值；

④ 觀察在不同電壓類(lèi)型以及電壓值下乳狀液的脫水狀況。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

2.1 電場(chǎng)類(lèi)型對(duì)乳狀液脫水的影響

2.1.1 交流電場(chǎng)對(duì)乳狀液脫水的影響

制備模擬乳狀液5份，各加電壓分別為0、500 、1 000、1 500以及2 000 V，破乳溫度為50 ℃（下同）分別觀察不同電壓下乳狀液脫水率隨時(shí)間的變化情況，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 交流電場(chǎng)作用下電壓對(duì)乳狀液脫水影響特性影響Fig.1 The influence of voltage on emulsion dehydration under alternating electric field

由圖1可知，在交流電場(chǎng)的作用下，電壓改變對(duì)乳狀液的脫水影響很大，隨著電壓的增加，乳狀液脫水率呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，但當(dāng)電壓增至一定值時(shí)，乳狀液脫水率改變并不明顯，對(duì)于該種乳狀液，當(dāng)電壓增至1 500 V時(shí)，相比于1 000 V而言脫水效果增大的并不明顯，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，建議現(xiàn)場(chǎng)不必采用過(guò)高的破乳電壓，電壓維持在1 000～1 500 V之間即可得到很好的脫水效果。此外通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，我們可以看到，脫水過(guò)程中電流的變化主要經(jīng)歷如下階段：電流穩(wěn)定階段；電流振蕩階段以及電流增大階段三個(gè)階段，其中第三個(gè)階段說(shuō)明乳狀液達(dá)到破乳高峰期。

在交流電場(chǎng)的作用下，乳狀液分散相液滴產(chǎn)生一定的偶極聚結(jié)，即相鄰兩液滴之間將產(chǎn)生相反的電荷，并在空間中按一定規(guī)律排列，各分散水滴在電場(chǎng)力的作用下逐漸變形并拉長(zhǎng)，形成一定的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，并在電場(chǎng)力的作用下，各水滴之間相互吸引，不斷沖破油水界面膜，促使水滴聚并，此外由于交流電場(chǎng)的作用，分散相水滴不斷發(fā)生振蕩，增加了水滴之間聚并的概率，促進(jìn)了乳狀液的脫水。

2.1.2 直流電場(chǎng)對(duì)乳狀液脫水的影響

制備模擬乳狀液5份，各加直流電壓分別為0、500、1 000以及1500 V，破乳溫度50 ℃，分別觀察不同電壓下乳狀液的脫水率隨時(shí)間的變化情況，具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 直流電場(chǎng)作用下電壓對(duì)乳狀液脫水影響特性影響Fig.2 The influence of voltage on emulsion dehydration under direct-current electric field

圖3 直流電場(chǎng)與交流電場(chǎng)脫水效果對(duì)比Fig.3 The effect contrast on emulsion dehydration between direct-current and alternating electric field

由圖2可知，當(dāng)乳狀液加直流電壓時(shí)，乳狀液的脫水效果有明顯的改觀，且同樣隨著電壓的增加，脫水率呈增大趨勢(shì)。出現(xiàn)上述現(xiàn)象原因在于電場(chǎng)力的存在使得分散相水滴之間產(chǎn)生一定的電泳作用，加速了油水界面之間的排液過(guò)程，促進(jìn)了液膜的破裂，進(jìn)而提高了水滴聚并速率，利于乳狀液的破乳。

如圖3所示，相比于交流電場(chǎng)而言，同樣電壓作用下，脫水效果不及交流電場(chǎng)，出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因可以從臨界電壓角度加以解釋?zhuān)绷麟妶?chǎng)作用下臨界電壓為[6]：

式中：σ0—油水界面張力。

由交流電場(chǎng)以及直流電場(chǎng)臨界壓力對(duì)比可知，交流電場(chǎng)作用下，油水界面膜達(dá)到臨界狀態(tài)，開(kāi)始破滅所需的電壓要小于直流電場(chǎng)。所以在同樣電壓下，交流電場(chǎng)的破乳效果較好。

2.2 含水率對(duì)乳狀液脫水的影響

一般而言，出于安全性考慮，現(xiàn)場(chǎng)電脫水器中的乳狀液含水量一般不能超過(guò)30%，以防止含水過(guò)高而發(fā)生電擊穿現(xiàn)象，因此現(xiàn)場(chǎng)通常采用二段脫水流程，以保證進(jìn)入二段電脫裝置的含水率不超過(guò)30%，為此研究含水率對(duì)電脫的影響規(guī)律，本次實(shí)驗(yàn)所用乳狀液，均采用相同的制備條件（1 000 r/min，18 min），以配制出不同含水率的乳狀液。并分別在1 000 V的電壓下進(jìn)行脫水實(shí)驗(yàn)，具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 含水率對(duì)乳狀液脫水的影響規(guī)律Fig.4 The influence of water-containing rate on emulsion dehydration

由圖4可知，隨著乳狀液含水率的增加，最終脫水率逐漸變大，這是因?yàn)槿闋钜旱暮蚀髸r(shí)，分散相水滴之間的距離較小，水滴之間的聚并更加的容易，而含水較小時(shí)分散相水滴之間距離較大，水滴碰撞幾率較小，不易聚并，不利于乳狀液的破乳[7,8]，因此在實(shí)際的生產(chǎn)中，不應(yīng)苛刻要求一段凈化油的含水率，本文建議在20%～25%左右為宜。

3 結(jié)束語(yǔ)

電脫水是目前聯(lián)合站常用的脫水手段，交流電場(chǎng)的作用效果要好于直流電場(chǎng)，并且隨著電壓的升高兩種電場(chǎng)類(lèi)型脫水效果均明顯提高，但過(guò)高的提高電壓值，脫水效果收益不大，因此在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中不應(yīng)過(guò)高的增加電壓。此外隨著含水率的減少，乳狀液電脫效果逐漸變差，建議現(xiàn)場(chǎng)中進(jìn)入電脫水裝置的乳狀液含水率在20%～25%為宜。

［1］夏立新,張路.原油乳狀液穩(wěn)定性和破乳研究進(jìn)展[J].化學(xué)研究與應(yīng)用,2002,14(6):623-627.

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［5］趙忠山.三元復(fù)合驅(qū)采出液脫水設(shè)備研究[D].山東:中國(guó)石油大學(xué)(華東)碩士學(xué)位論文,2008.

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［7］趙忠山,劉增,王景芳.三元復(fù)合驅(qū)采出液電脫水特性[J].油氣田地面工程,2013,32(11):54-54.

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