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原油脱水方法

在油田开采初期，原油中的水主要以W/O型乳状液存在，随着油田的进一步开采，我国大部分油田已经进入高含水期，油井采出液也由原来的以（W/O）型乳状液为主变为以水包油（O/W）型乳状液为主。因此，关于脱水方法的研究，也从针对W/O型乳状液的破乳问题逐渐过渡到O/W型乳状液破乳问题的研究。我们主要讨论W/O型乳状液的破乳方法及破乳剂，也适当介绍O/W型乳状液破乳问题。
　　破乳过程通常分为三步：凝聚（Coagulation），聚结（Coalescene）和沉降（Sedimentation）。这一过程，即水珠在相互碰撞接触中合并增大，自原油中沉降分离出来。在第一步凝聚（或絮凝）过程中，分散相的液珠聚集成团，但各液珠仍然存在。这些珠团常常是可逆的，按自分层观点，这些珠团像一个液滴，倘若珠团与介质间的密度差是足够大的，则此过程能使分层加速。若乳状液是足够浓的，它的粘度就显著增加。第二步—聚结，在这一过程中，这些珠团合并成一个大滴。这一过程是不可逆的，导致液珠数目减少和最后原油乳状液的完全破坏。由此看出，聚结是脱水过程的关键，聚结和沉降分离构成了原油的脱水过程。
　　在由凝聚所产生的聚集体中，乳状液的液珠之间可以有相当的距离，光学技术已经证明，这种间距的数量级要大于100Å，虽然厚度随着电解质浓度增加而降低，但是间距降低并不像双电层理论所预示的那样快，这表明除静电斥力和范德华引力外，还有别的力在起作用。
　　研究人员根据聚结速度得出结论：即使在浓乳状液中，其液珠被100Å或更大厚度的连续膜所隔开，液膜的厚度仍取决于水相的组分，而不取决于水量。
　　多年来，国内外已研究了多种原油脱水技术，满足各种原油不同含水程度的脱水要求。
　　1、沉降分离
　　沉降分离是原油乳状液脱水最基础的过程。沉降分离的依据是：原油与水不互溶，密度有差异，且有时是不稳定的乳状液，甚至是经过电法和化学方法处理过的。
　　Stocks定律深刻地描述了沉降分离的基本规律，该定律的数学表达式为：
　　由上式可以看出，沉降速度与原油中水珠半径的平方成正比、与水油密度差成正比、与原油的粘度成反比。然而，从乳状液理论的角度加以分析，不难看出该公式并未包含原油乳状液稳定性的概念，也没有体现出乳化剂的严重影响。因此，根据这一公式计算出的水滴沉降速度，必然大于实际沉降速度。相反，对于破乳后的水珠而言，由于沉降过程中会出现水珠相互碰撞聚结增大的现象，计算结果很可能会远远小于实际沉降速度。因此，定性地利用该公式作原油脱水难易程度的衡量是可以的，定量地直接计算脱水效果则会带来较大的误差。
　　为了提高油水分离速度，人们以该公式为指导，发现和创造了一系列有效的方法和措施。
　　（1）增大水珠粒径的方法
　　①添加化学破乳剂，降低乳状液的稳定性，以进一步实现破乳；
　　②采用高压电场处理W/O型乳状液；利用电磁场对乳状液进行交变振荡破乳；
　　③利用亲水憎油固体材料使乳状液的水珠在其表面润湿聚结。
　　（2）增大水、油密度差的方法
　　①向原油乳状液中掺入轻质油，降低原油的密度；
　　②选择合适温度，使油水密度向着有利于增大密度差的方向变化；
　　③在油气分离过程中降低压力，使原油中少量的气泡膨胀，密度降低；向水中添加无毒无害物质，加大水相密度。
　　（3）降低原油粘度的方法
　　①掺入低粘轻质油稀释原油；
　　②加热以降低原油乳状液的粘度。
　　（4）提高油水分离速度的方法
　　采用离心机进行离心分离。
　　2、电脱水法
　　电脱水法的基本原理是利用水是导体，油是绝缘体这一物理特性，将W/O型原油乳状液置于电场中，乳状液中的水滴在电场作用下发生变形、聚结而形成大水滴从油中分离出来。
　　用于电破乳的高强度电场有交流电、直流电、交–直流电和脉冲供电等数种。在交流电场中，乳状液中的水珠发生振荡聚结和偶极聚结；在直流电场中，除发生偶极聚结外，电泳聚结起主导作用；在交–直流二重电场中，上述数种聚结都存在；脉冲供电是电极间断送电，除促使振荡聚结和偶极聚结外，目的在于避免电场中电流的大幅度增长，可平稳操作和节约电能，
　　2.1偶极聚结
　　置于电场中的W/O型乳状液的水珠，由于电场的诱导而产生偶极极化，正负电荷分别处于水珠的两端，如图7–7所示。因为置于电场中的所有水珠，都受到此种诱导而发生偶极极化，相邻两个水珠的靠近一端，恰好成为异性，相互吸引，其结果使两个水珠合并为一体。由于外加电场是连续的，这种过程的发生呈“链锁反应”。当水珠颗粒增大到其重力足以克服乳状液的稳定性时，水珠即自原油中沉降分离出来。
　　2.2振荡聚结
　　交变电场对W/O型乳状液水珠的另一个作用是引导其作周期性的振荡，其结果是水珠由球形被拉长为椭球形，界面膜增大变薄，乳化稳定性降低，振荡时相邻水珠相碰，合并增大自原油中沉降分离出来。
　　由室内透明电脱水器中看到的现象是：在电场的作用下，水珠都处于极其活泼的跳跃状态，且一个个成为菱形，然后合并成大滴沉降至脱水器的底部。另外，交变的磁场振荡也有破乳脱水作用。
　　2.3电泳聚结
　　乳状液的液珠一般都带有电荷，在直流电场的作用下，会发生电泳。在电泳过程中，一部分颗粒大的水珠会因带电多而速度快，速度的大小不等会使大小不同的水珠发生相对运动，碰撞、合并增大，当增大到一定程度后即从原油中沉降分出。其他未发生碰撞或碰撞、合并后还不够大的水珠，会一直电泳到相反符号的电极表面，在电极表面相互聚集（接触而未合并）或聚结在一起，然后从原油中分出。乳状液在直流电场中的这种电泳过程，会使水珠聚结，所以又称其为“电泳聚结”。
　　由于在直流电场中所有大大小小的水珠都会发生电泳，或迟或早都会到达电极表面，而交流电作用于乳状液时，大水珠会优先脱出，剩余的小水珠往往失去合并对象，无法聚结增大，结果很难脱出，所以直流电脱水的净化油质量一般比交流电脱水的质量好。
　　在某些场合，微小水珠是带着乳化膜在电极表面聚集的，而膜本身又是原油的一部分，所以直流电脱水得到的污水含油量比交流电脱水得到的污水含油量大得多。
　　3、润湿聚结脱水法
　　润湿聚结脱水法又称聚结床脱水法，这是一种在热化学沉降脱水法基础上发展起来的脱水方法，即在加热、投入破乳剂的同时，使乳状液从一种强亲水物质（如脱脂木材、陶瓷、特制金属环、玻璃球等）的缝隙间流过。当乳状液（W/O）中的水滴与这种强亲水物质碰撞时，水滴极易将这些物质润湿，并吸附在其表面，水滴相互聚结，由小水滴聚结成大水滴（也叫粗粒化），最后沉降脱离出来，要实现润湿聚结以达到两相分层的目的，选择合适的润湿介质是关键。
　　显然，润湿聚结法脱水仅对稳定性差的W/O型乳状液的水珠或游离水起作用。应用必
　　须先向乳状液中添加化学破乳剂，且多用于把高含水原油处理为低含水原油的过程中。国内辽河油田使用此法将原油含水从25%降为12%（体积分数据报道，国外油田采用特殊材质制成板，倾斜排列在脱水器中。这种板材对水滴有极强的吸附作用，当乳状液流经板的夹缝时，水滴聚结在板的表面上，不断泻流下去，效果极佳，可代替电脱水。经过一次聚结床脱水后，原油含水指标可达合格。
　　同样道理当采用亲油憎水型固体材料处理O/W型乳状液时，水中的油珠也会通过固体材料表面合并入油膜，使油膜增厚，向上漂浮，成乳滴，脱落，成为大滴，自固体材料上层漂浮到油相（层），达列油水分离的目的。
　　4、化学破乳法
　　化学破乳是原油乳状液脱水中普遍采用的一种破乳手段。它是向原油乳状液中添加化学助剂，破坏其乳化状态，使油、水分离成层。这类化学助剂称为破乳剂，一般是表面活性剂或含有两亲结构的超高分子表面活性剂。
　　在油田，原油脱水工艺主要使用电化学法和热化学法。电化学法用少量破乳剂在高压电场中进行脱水，其特点是速度快、效果好；热化学法需要选择使用高效破乳剂。当然，选用哪种方法适宜，取决于经济核算。一般说来，用化学法处理容易脱水的原油乳状液，用电场处理不很稳定的乳状液，用电化学法处理顽固的乳状液。