原油脱水技术总结.pdf

原油脱水技术总结 在油田上为 了保持油层压力 实现油井长期高产稳产 采用早期注水的开采方法 随着注水量 的增加 原 油含水不断上升 为 了确保原油外运 的质量 必须进行原油脱水 处理 石油化 工部7 4 年在大庆召开 了 原 油脱水专业会议 各油田对历年来原 油脱水实践进行了总结 归纳如下 一 原油脱水原理 原 油含 水从各油田来看都是形成一种稳定的 油包水 型 的乳状液 其中原油为连 续相 水为 分散相 水以极小的颗粒很稳定地均匀分散在原油中 因此原油要形成 油 包水 型乳状液必须具备两个 因素 一是 水滴均匀分散 当原 油和地层水在井筒内随 着压力降低 天然气不断从 油中析出 增大了油水 的搅拌 促使水颗粒分散 当油 气 水 混合物再通 过 油咀时 又经过一个高压韦流 进一步使水颗粒高度分散 在集输过 程中经油 气搅拌和泵的搅拌又进一步将水颗粒均匀分散 这些因素是造成乳化的外因 二是稳定性 毛 主席教导我 们外因是变 化的 条件 内因是 变 化的根据 外因通过内因而 起作用 水颗粒被高度分散后 在原 油中有一 些天然物质 它能集聚于水 颗粒的油水界 面上而生 成一种牢固油膜 阻碍了水颗粒的合并 一种是微细 分散的固体物质 如晶态 石腊 岩屑 这种固体物质能吸附于油水界面上 一种是胶质 沥青质 这是一种亲油 性的微胶束 它能与酚基 梭基等这样一类极性基团结合在一 起 当这类胶束达 到油水 界面时 它们 的竣基 酚基朝向水相而胶束朝向油相 聚集于油水界面 上构成稳定的 界 面膜 一 种是环烷酸 它与碱性的地层水相接触 生成环烷酸 皂 这种水溶性的环烷酸 盐也能聚集于油水界面上构成稳定界面膜 这些天然物质也叫乳化剂 因此 原油中乳化 剂的存在是形成乳状液 的另一个因素 也算为内因 毛主席又教导我们 每一物 质的运动 形式 所具有的特殊的本质 为它 自己的特殊的 矛盾所规 定 当我们理解了原 油 油包水 型乳状液的特殊本质以后 对原油脱水也 就容易理解了 目前原油脱水主要采用加热沉降脱水 化学脱水和 电脱水三种方法 这 三种方 法实质上都是要破坏水颗粒外面 的那层界面膜 的稳定性 使均匀分散的水颗粒很 快地能合并成大水滴 靠原油和水的 比重差 从 原油中沉降下来 原油 被加热以后 不仅原 油 的粘度降低了 并且由于水和原油膨胀系数不 一样 比 重差相 应也加大了 这就减小了原 油对已合并水滴 的悬 浮力 使水颗粒增强了它的运动 能量 通过加热后水颗粒界面 膜 上的有机物质 如胶质 晶态石蜡等能随温度升高而溶 解度加 大 削弱了界面膜的弧度 有利于水颗粒的碰撞聚集合并成大水滴 化学脱 水即在原油中加 入一种破 乳 剂 也是一种 表面 活性剂 具有 亲 水端和憎水端 的特点 当破乳剂加到原 油 中之后 就很快聚 集在油 水界面上 由于破 乳 剂分子的取 向 即是 亲水部分朝向水相 憎水部分朝向油相 并巨其亲水能力又远 远 超过了乳化剂 的亲水 能力 这 样稳定乳状液 界面的乳化剂破 坏了取 向 又重新生成油 泊内咬状分散的 胶束 但新形 成的界面膜 由于亲水能力大于憎水 能力 故其 油膜是 很 薄弱 的 这就有利 于水颗 粒之 间的合并 电 脱水是 在电 场作用下靠电的作用将原油中水颗粒的界面 膜破坏或 削弱 强迫水颗 粒合并 水颗 粒是极性分子 在电场作用下 正负电荷向两端 集聚而形 成 一端带正电 荷 一端带负电荷的偶极子 这 样一方 面两端 都要 被吸引 到与带 电价 相反的电极上去 使水 颗 粒拉伸成 长椭 圆形 另一方 面对 邻近带不同电荷的两 个水颗粒增加了吸弓 力 所 以对 削弱和破坏 油水 界面膜 加速水颗 粒合并 均是 有效的 二 原油脱水工艺 我国各油田的 原油脱水是在转油站或油库 内进行的经过反复试 验 和生产实践 普 遍采 用了电化学脱 水 的工艺 对原油含水超过30 以上的高含水 原油又采用了管 道热化 学和电化学 两段 脱水 工艺 原油脱水工艺流程 1 对原 油含水在 3 0 以下的原汕采用电化学 脱水其 流程如图1所示 二口鞠 扭己 1 23 厂 肚鉴 甄 厂卜 L 气烈件 一二土 亏水 1一污油罐 2一脱水泵 3一加热炉 4一 电脱水器 5一净化油击 态 G 一 加药罐 计 量站 或接转站来的含水原 油进 污油罐油罐1 用脱水 泵2将含 水 原油抽出同时在泵 前 加入一定量 的破 乳剂溶 液 通过 脱水泵使 破乳剂溶液与含水原 油充 分混合经过加 热炉 3 加 热进入电脱 水 4迸行电 脱水 电脱水器顶部出合 格净 化原油进净化油罐5 底部 放 出污 水进 污水处 理站 工 艺条件 对 原油粘度 在2 5厘拖以下 5oo 的含 水原汕进 电脱器的 温度控制在 50 6 0T 而 对高粘度的含 水原 油进 电脱水器 的温度控 制 在 7 一 吕 厂 破乳 剂用量 在 1 0 30毫 克 升 破乳剂配制溶液浓度在1 0 3 C 2 对含水在 5 0 以下的高含水 原油采用了两 段 脱水 大庆和胜利油田均已采用 第一段采 用管道 热 化学脱水 可将 高含 水原油 中的水脱 出7 0 然后再进 行第二段电 化 学 脱水 这套流程与计量站或接转站到脱 水站集输流程相结合 其流程如图川奸示 图 2 1一污油罐 2一输油泵 3一 加热炉 卜加药旅 卜沉降雄 卜脱水 泵 7一加热炉 卜电脱水器 9一净化油雄 井排来的高含水原油 经分离器油气分离 进入污油雏1用输油泵2将高含水原油抽 出 同时在泵前加破乳剂溶液 通过输油泵使破乳剂溶液与高含水原油充分混合 经过 加热炉 3加热后输到脱水站 在输油过程中又是一个充分混合的过程进脱水站沉降雄5中 进行沉降 可将高含水原油中7 0 的水沉降出来 然后不需再加破乳剂 用脱水泵6将含 水原油经加热炉7加热进电脱水器8进行电化学脱水 顶部出合格净化油进净化油罐 9 底部放出污水进污水处理站 工艺条件 从计量站或接转站输送到脱水站 原油在管道内流动应为紊流状态 以 保证破乳剂与原油充分混合而在管道内得到破乳 进脱水站沉降罐 5 的进罐温度 仍然 以原油的粘度而定 低于 2 5厘拖 5 0 以下的含水原油进罐温度控制在4 5 5 0 而 对高粘度的含水原油进罐温度控制在6 0 7 0t 在沉降罐内停留的时间应保证在 1 2 小时 电化学脱水的工艺条件仍不变 破乳剂的用量也仍在1 0 3 0毫克 升 3 对高含盐原油采用两段电脱水流程 如五七油田原 油含盐量很高 原油中不仅 含有饱和盐水 而且含有微粒固体盐 因此第一段脱水即使将原油含水脱至痕迹 原油 含盐仍在3 0 0 5 0 0毫克 升 故必须进行两段脱盐脱水 如图3所示 图 3 i 5一 四合一 脱水器 2 6一油皓 3一脱水泵 4一循环泵 7一翰油泵 卜缓冲罐 从计量站和井排来油与破乳剂溶液充分混合进入 四合一 1脱盐 脱水 经一段 脱水后的原油进入油罐 2 再用脱水泵 3 抽出 此时热水和破乳剂溶液同时进泵 与原 油充分 混合 进入两段 四 合一 5 进行两段脱盐 一段 四合一 出来的污水经污水 处理站处理进行回注 两段 四合一 脱出污水与热水共同掺入一段 四合一 进口 这套装置脱盐可由1000 0毫克 升降到100 毫克 升以下 净化油含水可达到0 5 以下 工艺条件 一 二段脱水温度均在 6 0 7 0 掺水量在1 0 左右 破 乳 剂 采 用 BP一69和204 0用药量为20 5 0毫克 升 电脱水器 1 电脱水器的结构类型 电脱水器结构对原油脱水效果影响很 大 目前我国各油田采 用了以下 几种类型 1 立式电脱水器 这是在油田上最早采用 的一种类型 规格 电极悬挂均为平挂 又称极盘式电脱水器 电极层数由四层到十二 30 0 0 X 54 54 电极距 由最小 功 甲 为层 的10 0毫米到3 0 0毫米 目前仅个别脱水站还使用 2 卧式电脱水器 图四 是各油田广泛采用的一种主要特点是可以恨据不 同长 度来定电脱水器的处理量 所以处理量可以加得很大 一般直径均为3米 长度由 8 米 到1 4米 个别还采用2 4米 电极悬挂均为平 挂 电极层数和 电极距离根据各油田原油性 质不同而定 图 4 队式脱水器结构示意图 1一放污水口 2一脱水器壳体 3一进油分配管 4一含水油进口 5一电极 6一净化 油出口 了一吊杆 8一聚四氟绝缘吊板 9一绝缘棒 2 主要电器设备 在立式电脱水器上用了二台 5 千伏安单相升压变压器由22 0伏升压到 1 6 5 千伏 由 于二台变压器是反相连接 加到两个电极之 间的 电压 就成了3 3千伏 同时为 了防止 电 脱水器在操作过程中电流过大 又在每台变压器前各连一台电抗器 卧 式 电脱水器由于 处理量比立式电脱水器大 故采用 了四台 5 千伏安的变压器和四台电抗器 胜利 油田将 二台单相变压器合在一起 并将容量加大到 5 0千 伏安 因此它在卧式电脱水器上 只采 用 了一台5 0千伏安的升压变压器 由于它的容量大 变压器本身阻抗也大 取消了电抗 器 这种类型 的变压器在大港和辽河油田得到推广 目前经生产实践证明高压直 流电脱水其效果优于高压交流 电脱水 因此在每台升压 变压器 后面 又增加了硅堆整流 为了使电脱水器平稳操作 调节及时和便于启动 一些油田与兄弟厂协作试制成功 了可控硅无级调压装置 这套装置已在各油田推广 并且可以取消电抗器 因此目前电 器设备由升压变压器 可控硅和硅堆整流三个设备组成 破乳荆 破乳剂本身就是一种表面 活性剂 按离子 的类型 分类有阴离子型 阳离子型和非离 子型 大庆油田首先将非离子型表面活性剂OP 聚氯乙烯环基酚 E L平平加 聚氯乙 烯蓖麻油 作破乳剂用 于电 脱水上 主要解决 电脱水器 中出来的 污水 带油 当时起到 一定的作用将污水含油降到 0 5 以下 并且还能平稳电场 但是随着原油含水的不断 升高和原油乳化程度的加大 O P这一类表面活性剂又起不到消除污水带油的作用 因 此 大庆油田在济南化学研究所的大力协助下 试制成功了非离子型表面 活性剂SP 16 9 聚 氧丙烯聚氧乙烯聚氧丙烯脂肪醇 和Y2 7 0 聚氧乙烯聚氧丙烯乙二醇 这二种破乳剂 用于电脱水效果良好 可使污水带油降到0 1 以下 经常可以放出清水 在管道热化学 和电化学两段脱水中开始也 是采用S P 16 9 作破乳剂 进罐温度控 制在 4 5 5 0 沉降时间 1 2 小时 用药量在1 0毫克 升 第一段管道化学脱水就可将原 油含水内4 0 降到1 0 左右 同时大庆油田又对SP 16 9 破乳剂用 于管道化学脱水作了 提高沉降温度 5 5 6 0 提 高用药量 3 0毫克 升 的试验 可将3 0 的含水降到 4 左右 通过这一试验 启发很大 能不能研制一种高效破乳剂就用管道化学脱水使 净化油降到 0 5 以下 取消电脱水 因此大庆设计研究院研制成功了一种非离子型表 面活性剂AP2 2 1 聚氧丙烯聚氧乙烯聚氧丙烯醇乙烯醇胺 用 于管道 化学脱水进罐沉 降温度5 5t 沉降时间2小时 用药量3 0毫克 升可将3 0 的含水降到0 7 虽然这一 试验离净化 油达到 0 5 以下 还有一定距离 但坚定了信心 说明采用高效破乳剂进 行管道化 扭 笋脱水 一定可一 次脱到 5 以下 取消电脱水 1 破乳剂结构 非离子型表面活性剂 SP16 9 和新试制成功的A P22 1 都属 于聚氧乙烯 聚氧丙烯嵌段 共聚物 用聚氧乙烯作亲水基团 用聚氧丙烯作僧水基团 在聚合时 用一元醇 二元 醇 多元醇和胺类作引发剂 靠活泼氢聚合环氧乙烷和环氧丙烷 SP16 9 用高级醇或脂 肪醇作引发剂先聚环氧丙烷 再聚环氧乙烷和环氧丙烷的三段共聚物其结构为 RO CH 3 CH zO m CH ZCH20 CH 3 CHCH ZO PH脂肪醇 ROH是一个单羚基的 一元醇 就利用单羚基上 的 活泼氢进 行聚合 聚合时需用KOH作催化剂 用量为整个 聚合量 的0 5 重量百分比 聚合温度应控制在1 3 0一140 聚合压力3一4公斤 厘米 其反应式为 ROH mCH 3 CH一CH KOH 1 3 0 1 婆0 R O CH 3 CHCH ZO H o CH 3 CHCH ZO 这一部分称聚氧丙烯 它有一特性 当分子量低于8 0 0时是一个亲水 基团 当分子量超过8 00以上是一个僧水基团 故在脂肪醇上接一个分子量远远超过80 0 的聚氧丙烯就更加了脂肪醇僧水端的亲油能力 接着用同样原 理 聚环氧乙烷 其反应 式 KOH K试U且 七H七且 ZU t nH nU且z一七且2二二 育二岔 R O CH 3CH CH 之0 m UH ZC H 20 nH 止 U 14 U U 0 CH ZCHZO 称聚氧乙烯其特点是分子量愈大亲水能力愈强 故这一反应在憎水基团 后面接了一个亲水基团 然后再聚合环氧丙烷 这又接了一个僧水基团 故成了两端亲 油中间亲水的 三段共聚物其反应式 RO CH 3CH CH ZO CH ZCHZO H PCH sCHICHZ o KOH 一 知 13 0 14 0 RO CH 3CH CH ZO m CH ZCHZO CH 3CH CH ZO H AP2 2 1用醇乙烯醇胺作引发剂 它是五乙烯六胺以上的混合物 杂 它同样靠胺基上的活泼氢来进行聚合 为了说明方便起见 乙烯六胺其结构式为 HHHHH NCH ZCHZN CH z CH ZN CH ZCH N CH ZCHZN CH CH Z H A P22 1 的结构式比较复 用五乙烯六胺为例 五 H H 呵 当环氧丙烷与它进行聚合时 HHHHH NCH 2CH2N CH 2 CH 2N GH 2CH 2N CH 2CH 2N CH2 CH H H N SCH3CH 一CH 八 H U KOH 一一一 弓卜 1 3 0 14 0o G HOCH ZCH CH 3 CH NeH Z z 一 CHCH ZO H CH 3 CHCH ZOH CH ZN C H ZCHZN CHZCHZN CH CH 3 CHCH ZO CHNCH CH oCH CH ZO H CHN HOCH ZCH CHCH 3CH CH ZOH CH CHCH ZOH 再往下聚合与SP 16 9 相同 胜利和大港油田采用 20 7 2040 和西德 4411 这一类破乳剂属于二段共聚物 它 们的引发剂均采用丙二醇 然后聚合环氧丙烷和环氧乙烷 如20 7 的结构式为 CH 3 CHO CH 3 CHCH 20 二 CH ZCHZO H 1 CH 20 CH 3 CHCH ZO CH 3CHZO H 2 破乳剂的质量指标 由于破乳剂的质量与原油脱水的效果关系很大 以前仅对SP16 9 破乳剂 由大庆油田 和西安石油化工厂合订了一个质量指标的暂行规定 这为今后制订各种破乳剂和质量指 标打下基础 其质量指标为 径值 不大 于6 0 色度 弋0 0 以下 凝固点 2 5 4 0 相应对目前试制成功的AP 22 1 也参照SP16 9订出了质量指标 其质量指标为 经值 不大于5 0 色度 鳃0 0以下 凝固点 2 0 4 0 为 了便于溶解和减轻脱水工人 的劳动强度 大庆设计院与一些石油化工 厂共同试验 成功了破乳剂加溶剂 溶剂目前主要采用甲醇 有的化工厂采用乙醇 通过试验证明加 了溶剂以后并不减低破乳剂的破乳效能 相反有所提高 用量不需要增加 但必须在加 溶剂前对破乳剂严格控制这三项指标 合格以后方能加溶剂 三 对原油脱水几点认识 通过生产实践和科学实验 中初步认识影响原油脱水的因素是 1 原油比重和粘度的影响 水滴从油中分出要靠油水比 重差 水的比重变化不大 而原油比重范围变化较大 从 8 1 0 原油 比重越小 油水比重差越大 分离越容易 相反就越困难 粘度表示原油的内摩擦力 粘度越高内摩擦力越大 但水滴要从原油中沉降下来必 须克服原油的内摩擦力 因此粘度越大 油水分离越困难 我 国各油田原油比贡 粘度数据如下 一 门 U一 O自 0 1OUOU一八 曰 恤 i一 单 项 目 位 大庆玉门南充 延 长 冷湖 牛 重 一 粘度 口 2 3 9 0 86980 8679 0 83 9 4 0 8371 0 8042 19 2 3 12 34 94 1 46 98 50 0 从表中可以看出 冷湖和延长原油比 重和粘度都很小 故这两个油田的原油在集输 和储运过程中在油罐内自动将水分出 不需建脱水装置 大庆 玉门 克拉玛依原油属 于一个类型 它们就需要建原油脱水装置 进行原油脱水 而胜佗 孤岛比重差小 粘 度大原油脱水很困难 2 原油化学组成的影响 石蜡是电的不良导体 石蜡基原油具有好的 电气绝缘性能 在电脱水过程中容易建 立起高强度的 电场 耗电量低 脱水效果好 胶质 沥青质为 油 包水 型乳状液的乳化剂 因 而胶质沥青基原油的乳化稳定性 高 导电性强 不易维持高的电场 在电脱水过程中耗电量大 变压器容量相 对 要大 些 如胜沱 孤岛原油采用同一脱水装置变压 器容量需较大庆 大 3 5 倍 原油中的环烷酸值高 则须根据地层水中多价金属离子的种类而定 若地层中钙离 子多则原油脱水比较困难 若地层水中钠 钾离子多则原油脱水比较容易 因为钙离子 与原油中的环烷酸形成环烷酸钙盐 这是一种良好的 油包水 型乳状液的乳化剂 能 加深原油乳化 3 油田开采中乳化程度的影响 对地层能量高 油气比大 自喷能力强 的油田 油 气 水高速通 过 油嘴 使水颗粒 喷得很细 乳化严重 原油 脱水困难 而低能量采用抽油机开采的 原油 相对脱水要容 易些 如辽河油田的原油 从 比重和粘度来看与大庆油田的原油相差不大 可是 原油脱 水就困难得多 一方面由于辽河油田的原油 为沥青基原 油 此外更主要的是 辽河 油田地 层能量高油气比大而造成的 又如玉门油田 原油性质与大庆油田差不多 但脱水比大 庆容易得多 这也是 由于地层能量低 借抽油机开采 使原油脱水比较容易 对注水强化开采的油田 虽然油嘴节流也很严重 但注入水矿化度低 不易形成顽 固乳化液 经过脱水还能起到脱盐作用 含盐量低的原油 脱出的水由于缺乏盐的凝聚 作用 往往带油严重 大庆 油田就是如此 这就需要加表面活性剂来减少污水中含油 量 对原油 电脱水的几点认 识 1 采用直流电脱水其效果优于交流电脱水 如同一台电脱水器 处理同样含水原 油 其它 工艺条件也均不变 送交流 电时处理量为11 0米 小时 净化油含水达到 6 2 高于 5 的要求 而送直流电时 处理量达到了 12 0 米 3 小时而净化油含水为 0 3 以下 2 采用直流电脱水 电极层数不宜太多 通 过实践让电极尽数控制在 3 4 层比 较合宜 这为今后简化和定型电脱水器打下基础 3 对含水高的原油 在电脱水器的油水界面和下层电极之间必须建立一个稳定的 辅助电场 这个电场强度要比一般的高电场小 4 5 倍 原油一进 电脱水器首先进入辅 助电场 由于电场强度比较低 容易送上电 含水原油 又能在辅助电场中把大部分 的水 脱掉 再进入高电场对平稳电场是有利的 同时在电脱水过程中 在水面上能产生 一层 污油 这种污油层含水量高 导电性能强 油水界面到下层电极的 距离应通过实践选 定 并要注意严格控制 如直接进入高电场 容易引起跳闸 为了使污油在辅助电场 内 则能得到破乳而不致于越积越多 造成电场波动或污油随水排出 4 不同的原油 不同 的含水 不同的性质和不 同的乳化程度等 必须有相 应的电 场强度 才能提高脱水器的处理能力 保证净化油质量 以往对相应的电场强度是固定 电压靠电极距来调节 如大庆油田当原油含水在3 0 以下时 电极距为30 0 20 0 和 1 80 毫米 当原油含水升到4 0 以后 这一 电场强度就不适合了 处理量下降到 5 5米 小 时 并经常维持不了 正常生产 将电极距 改为 350 3 0 百和22 0 毫米 使原油脱水处理 量 达到了12 0米 小时 净化油含水为0 3 以下 但是固定电压靠调节电极距来适应各种原油的 电场强度 这种办法不理想 一遇到 一种新的原油就需要用很多时间去调节电极距 电脱水器也无法定型 如果固定电极距 靠调节电压来调节相适应 的电场强度 充分发挥可控硅无级调压 的作用 这就能使电脱 水器 升压变压器 可控硅和硅堆整流都定型下来 既能做到配套供应 又能做到各油 田 各种性质原油都能适应 从 生产实践来看 要进一步总结试验是完全可以达到的 破 乳剂的选用 1 采用非离子型表面 活性剂其破乳效果优于阴离子型表面活性剂 大庆油田一开 始采用烷基磺酸钠 氧化石蜡钠皂 H