第4章 原油净化

1、1第四章第四章 原油净化原油净化 Chapter 4Chapter 4 PurificationPurification of Crudeof Crudeu 原油乳状液原油乳状液u 原油热化学脱水原油热化学脱水u 原油电脱水原油电脱水u 破乳剂的优选破乳剂的优选u 原油脱水工艺流程原油脱水工艺流程u 原油集输系统除砂工艺原油集输系统除砂工艺主要内容主要内容2u了解原油乳状液的性质和形成条件；了解原油乳状液的性质和形成条件；u掌握热化学脱水和电脱水原理、工艺特点及应掌握热化学脱水和电脱水原理、工艺特点及应用要求；用要求；u掌握集输除砂工艺；掌握集输除砂工艺；u能正确选用原油脱水方法。能正确选用原

2、油脱水方法。基本要求基本要求第四章第四章 原油净化原油净化3第一节第一节 概述概述 AbstractAbstract原油中的主要杂质；原油中的主要杂质；原油净化的必要性；原油净化的必要性；原油脱水方法。原油脱水方法。4一、原油中的主要杂质一、原油中的主要杂质v水；水；v盐类，如氯化物（氯化钾、氯化钠、氯化镁、氯化盐类，如氯化物（氯化钾、氯化钠、氯化镁、氯化钙）、硫酸盐、碳酸盐等；钙）、硫酸盐、碳酸盐等；v泥沙等固体杂质。泥沙等固体杂质。第一节第一节 概述概述 AbstractAbstract5二、原油净化的必要性二、原油净化的必要性u 原油中含水、含盐、含泥砂等杂质会给原油的集输、原油中含水、

3、含盐、含泥砂等杂质会给原油的集输、处理处理和炼制带来很多问题，主要是：和炼制带来很多问题，主要是：l增大了流量，降低了设备和管路的有效利用率增大了流量，降低了设备和管路的有效利用率; ;l增加了动力消耗和燃料消耗增加了动力消耗和燃料消耗; ;l引起金属管路和设备的结垢与腐蚀；引起金属管路和设备的结垢与腐蚀；l原油中泥砂等固体杂质会使泵、管路和其它设备产生激原油中泥砂等固体杂质会使泵、管路和其它设备产生激烈的机械磨损烈的机械磨损; ;l影响炼制工作的正常进行。影响炼制工作的正常进行。u 由于上述原因，必须在油田上及时地对含水、含盐、含机由于上述原因，必须在油田上及时地对含水、含盐、含机械杂质的原

4、油进行净化处理，使之成为合格的商品原油出矿。械杂质的原油进行净化处理，使之成为合格的商品原油出矿。第一节第一节 概述概述 AbstractAbstract6污水污水水质水质出路出路l常规水处理技术常规水处理技术l含聚水处理技术含聚水处理技术l高腐蚀性污水处理技术高腐蚀性污水处理技术 l低渗透油田采出水精细低渗透油田采出水精细过滤技术过滤技术 l稠油采出水处理后回用稠油采出水处理后回用锅炉技术锅炉技术 l采出水达标外排技术采出水达标外排技术l水质稳定技术水质稳定技术第一节第一节 概述概述 AbstractAbstract7三、原油脱水方法三、原油脱水方法沉降脱水；沉降脱水；热化学脱水；热化学脱水

5、；原油电脱水；原油电脱水；润湿聚结破乳脱水。润湿聚结破乳脱水。第一节第一节 概述概述 AbstractAbstract8 斯托克斯（斯托克斯（StokesStokes）定律描述了沉降分离的基）定律描述了沉降分离的基本规律：本规律：oow2w8 . 1)(du 沉降速度与原油中水滴直径的平方成正比；与水、沉降速度与原油中水滴直径的平方成正比；与水、油密度差成正比；与原油的粘度成反比。油密度差成正比；与原油的粘度成反比。第一节第一节 概述概述 AbstractAbstract9第一节第一节 概述概述 Abstract 以该公式为指导，人们研究出如下提高油水以该公式为指导，人们研究出如下提高油水分离

6、效率的方法：分离效率的方法： （1 1）增大水滴直径的方法。）增大水滴直径的方法。如：如：添加化学破乳剂，降低乳状液的稳定性；添加化学破乳剂，降低乳状液的稳定性；采用高压电场处理油包水型（采用高压电场处理油包水型（W/OW/O）乳状液；）乳状液；利用电磁场对利用电磁场对W/OW/O型乳状液进行交变振荡破乳；型乳状液进行交变振荡破乳；利用亲水憎油固体材料使利用亲水憎油固体材料使W/OW/O型乳状液的水滴在型乳状液的水滴在其表面润湿。其表面润湿。10 （2 2）扩大水、油密度差的方法。）扩大水、油密度差的方法。如选择合适的温度，如选择合适的温度，使油、水密度差增大；在油气分离过程中，降低压使油、水

7、密度差增大；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。力，使原油中少量的气泡膨胀，密度降低。 （3 3）降低原油粘度的方法。）降低原油粘度的方法。如采用加热的方法，以如采用加热的方法，以降低原油粘度；降低原油粘度； （4 4）采用旋流分离器，提高油水分离速度。）采用旋流分离器，提高油水分离速度。 第一节第一节 概述概述 AbstractAbstractoow2w8 . 1)(du11 热化学脱水是在一定条件下向原油乳状液中热化学脱水是在一定条件下向原油乳状液中添加化学添加化学破乳剂，使其到达原油乳状液的油水界破乳剂，使其到达原油乳状液的油水界面上，降低界面张力，破坏油水的乳

8、化状态，破面上，降低界面张力，破坏油水的乳化状态，破乳后的水珠相互聚结并沉降分离。乳后的水珠相互聚结并沉降分离。热化学脱水是热化学脱水是目前各油田广泛采用原油脱水方法之一。目前各油田广泛采用原油脱水方法之一。 第一节第一节 概述概述 AbstractAbstract12 原油电脱水是利用原油电脱水是利用高强度电场作用于原油乳状高强度电场作用于原油乳状液，使乳状液的水珠聚结。通过聚结，原油中的水液，使乳状液的水珠聚结。通过聚结，原油中的水珠相互合并，粒径增大，从原油中沉降分离出来。珠相互合并，粒径增大，从原油中沉降分离出来。电脱水法一般适用低含水量的原油脱水。电脱水法一般适用低含水量的原油脱水。

9、 用于电脱水的电源有交流电、直流电、交直流用于电脱水的电源有交流电、直流电、交直流电和脉冲供电等。电和脉冲供电等。 第一节第一节 概述概述 AbstractAbstract13原油电脱水的基本原理原油电脱水的基本原理 原油乳化液在原油乳化液在高压电场高压电场作用下作用下, ,乳化液中两端带有不乳化液中两端带有不同极性电荷的水珠在电场力的作用下被拉长变形发生偶同极性电荷的水珠在电场力的作用下被拉长变形发生偶极聚结、电泳聚结、极聚结、电泳聚结、振荡聚结而振荡聚结而相互碰撞合并，粒径变相互碰撞合并，粒径变大，并最终通过重力作用从原油中分离出来。大，并最终通过重力作用从原油中分离出来。第一节第一节 概

10、述概述 Abstract14v在交流电场中主要是使乳状液的水珠振荡聚结和偶极聚结在交流电场中主要是使乳状液的水珠振荡聚结和偶极聚结；v在直流电场中，除发生偶极聚结外，电泳聚结起主导作用在直流电场中，除发生偶极聚结外，电泳聚结起主导作用；v在交直流二重电场中，上述数种聚结都存在；在交直流二重电场中，上述数种聚结都存在；v脉冲供电是向电极间断送电，除促使振荡聚结和偶极聚结脉冲供电是向电极间断送电，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。和节约电能。 第一节第一节 概述概述 Abstract15第一节第一

11、节 概述概述 Abstract16 润湿聚结破乳脱水主要是润湿聚结破乳脱水主要是采用一种不易为油采用一种不易为油所润湿而极易为水所润湿的固体材料，利用这种所润湿而极易为水所润湿的固体材料，利用这种材料的特性使原油中的水珠在固体材料表面上聚材料的特性使原油中的水珠在固体材料表面上聚结，达到破乳目的。结，达到破乳目的。 润湿聚结仅对稳定差的润湿聚结仅对稳定差的W/OW/O型乳状液的水珠或型乳状液的水珠或游离水起作用。游离水起作用。第一节第一节 概述概述 AbstractAbstract17 与热化学破乳和电法破乳的能力相比较，润湿聚结能与热化学破乳和电法破乳的能力相比较，润湿聚结能力较弱，故一般仅

12、让其起辅助作用，即将其力较弱，故一般仅让其起辅助作用，即将其与化学破乳、与化学破乳、电破乳结合在一起使用。电破乳结合在一起使用。 例如：作为高含水原油两段脱水的第一段，将化学破例如：作为高含水原油两段脱水的第一段，将化学破乳剂预先加入含水原油之中，经管道流动或节流搅拌后乳剂预先加入含水原油之中，经管道流动或节流搅拌后再进入聚结材料填充的设备进行聚结脱水，使高含水原再进入聚结材料填充的设备进行聚结脱水，使高含水原油变为低含水原油，然后再进行电脱水，使含水率进一油变为低含水原油，然后再进行电脱水，使含水率进一步达到净化油质量标准。步达到净化油质量标准。第一节第一节 概述概述 Abstract18含

13、聚含聚采出水处理技术采出水处理技术 聚结沉降（聚结沉降（OPSOPS）+ +磁分离（磁分离（CoMagCoMag）处理含聚污水技术）处理含聚污水技术 聚结沉降（聚结沉降（OPSOPS）+ +磁分离（磁分离（CoMagCoMag）处理含聚污水技术在胜利油田进行中试取）处理含聚污水技术在胜利油田进行中试取得成功。在孤五试验期间进水平均含油得成功。在孤五试验期间进水平均含油380mg/L380mg/L，经，经OPSOPS处理后含油降到处理后含油降到58mg/L58mg/L，去，去除率为除率为84.784.7，再经，再经CoMagCoMag处理后含油降至处理后含油降至5mg/L5mg/L、悬浮物降至、

14、悬浮物降至6.5mg/L6.5mg/L，OPSOPS加加CoMagCoMag磁分离技术在含聚水处理试验中也取得初步成果，引出了除油与除悬浮物有磁分离技术在含聚水处理试验中也取得初步成果，引出了除油与除悬浮物有机结合的新工艺，目前正在机结合的新工艺，目前正在坨一站进行坨一站进行5000m3/d5000m3/d扩大性工业试验扩大性工业试验。磁粉磁粉聚合铝聚合铝 聚合物聚合物混合罐混合罐来水来水污泥处理污泥处理澄清罐澄清罐循环循环第一节第一节 概述概述 Abstract19 近年来，出现原油声波、超声波和微波破乳脱水新近年来，出现原油声波、超声波和微波破乳脱水新技术，并正在商业化。技术，并正在商业化

15、。 与传统的热化学、电脱水相比：与传统的热化学、电脱水相比：u声波可加速水珠聚结，提高原油脱水效率；声波可加速水珠聚结，提高原油脱水效率；u超声波可降低能耗和减少破乳剂用量；超声波可降低能耗和减少破乳剂用量；u微波在降低乳状液稳定性的同时，还可加热乳状液，进一微波在降低乳状液稳定性的同时，还可加热乳状液，进一步促进水滴的聚结，在解决我国东部老油田因三次采油等步促进水滴的聚结，在解决我国东部老油田因三次采油等引起的原油性质复杂的深度脱水问题方面具有很好的应用引起的原油性质复杂的深度脱水问题方面具有很好的应用前景。前景。 第一节第一节 概述概述 Abstract20 2020世纪世纪9090年代末

16、，由加拿大艾伯塔研究委员会研究开发年代末，由加拿大艾伯塔研究委员会研究开发了利用声波对原油进行破乳和脱气的专利技术。了利用声波对原油进行破乳和脱气的专利技术。 该技术利用安装在高含水油井下游管径小于该技术利用安装在高含水油井下游管径小于100mm100mm的生产的生产管线上，按预定频率向原油释放高频声波以降低表面张力，管线上，按预定频率向原油释放高频声波以降低表面张力，使油水更易分离。使油水更易分离。v在对一口高固体含量的稠油井进行的试验表明，声波法可将在对一口高固体含量的稠油井进行的试验表明，声波法可将原油含水最低降至原油含水最低降至1.0%1.0%，耗电和操作费用低，节省药剂投加，耗电和操

17、作费用低，节省药剂投加量量50%50%，年创效益约，年创效益约125125万美元。万美元。 声波破乳和脱气专利技术声波破乳和脱气专利技术第一节第一节 概述概述 AbstractAbstract21u 微波破乳技术（微波破乳技术（MSTMST）是使用专利微波发生器降低）是使用专利微波发生器降低原油乳状液稳定性，乳状液中的水首先吸收施加的能量原油乳状液稳定性，乳状液中的水首先吸收施加的能量而被加热，促进了乳状液分子运动使液滴界面破裂和水而被加热，促进了乳状液分子运动使液滴界面破裂和水滴聚结。处理后乳状液可在离心式分离器或沉降罐内加滴聚结。处理后乳状液可在离心式分离器或沉降罐内加速沉降分离成油、水和

18、固体颗粒。速沉降分离成油、水和固体颗粒。 微波破乳技术（微波破乳技术（MSTMST）第一节第一节 概述概述 AbstractAbstract22乳状液进料吸收的能量使其温度上升约乳状液进料吸收的能量使其温度上升约1010，一般出口，一般出口温度不超过温度不超过9393，无需进一步加热。，无需进一步加热。MSTMST具有能降低含水率和药剂成本、污泥量少、提高油产具有能降低含水率和药剂成本、污泥量少、提高油产量等特点，适用于油田矿场、储运设施和石油船运等场量等特点，适用于油田矿场、储运设施和石油船运等场合。合。MSTMST装置可以安装在装置可以安装在3 m3 m12m12m的橇块上或的橇块上或l4

19、.5 ml4.5 m2.4m2.4m的的拖车上，装置处理能力为拖车上，装置处理能力为128128640m3/d640m3/d，并可通过组合，并可通过组合增大处理能力。增大处理能力。 微波破乳技术（微波破乳技术（MSTMST）第一节第一节 概述概述 AbstractAbstract23 每种脱水方法都有各自的特点和适用条件。每种脱水方法都有各自的特点和适用条件。因此，选用什么原油脱水方法应根据因此，选用什么原油脱水方法应根据油水性质、油水性质、含水率、天然乳化剂类型、乳状液分散度和稳定含水率、天然乳化剂类型、乳状液分散度和稳定性等因素，通过试验和技术经济比较确定。性等因素，通过试验和技术经济比较

20、确定。 在油田生产实践中，经常是综合应用上述脱在油田生产实践中，经常是综合应用上述脱水方法以求得较好的脱水效果。水方法以求得较好的脱水效果。 第一节第一节 概述概述 AbstractAbstract24第二节第二节 原油乳状液原油乳状液 Crude emulsion 原油乳状液的类型；原油乳状液的类型；原油乳状液的形成过程原油乳状液的形成过程减轻原油乳化程度的措施减轻原油乳化程度的措施原油乳状液的性质原油乳状液的性质25一、原油乳状液的类型一、原油乳状液的类型乳状液是一个多相体系，其中至少有一种乳状液是一个多相体系，其中至少有一种液体以极小的微滴分散于另一种液体中，这种液体以极小的微滴分散于另

21、一种液体中，这种分散物系称为乳状液。分散物系称为乳状液。乳状液具有一定的稳定性，即它的存在状乳状液具有一定的稳定性，即它的存在状态不会在一瞬间自发破坏（分离成层）的性质。态不会在一瞬间自发破坏（分离成层）的性质。 第二节第二节 原油乳状液原油乳状液26 一种是水以极微小的颗粒分散于原油中，称为一种是水以极微小的颗粒分散于原油中，称为：“油油包水包水”型乳状液型乳状液，用符号，用符号W/ OW/ O表示，水是内相或称分散相，表示，水是内相或称分散相，油是外相或称分散介质，因外相液体是相互连接的，故又油是外相或称分散介质，因外相液体是相互连接的，故又称连续相；称连续相； 另一种是油以极微小颗粒分散

22、于水中，称为另一种是油以极微小颗粒分散于水中，称为；“水包水包油油”型乳状液型乳状液，用符号，用符号O/WO/W表示，此时油是内相，水是外相。表示，此时油是内相，水是外相。 原油乳状液的两种类型原油乳状液的两种类型第二节第二节 原油乳状液原油乳状液27 油水乳状液的类型可用油水乳状液的类型可用染色法、冲淡法、电染色法、冲淡法、电导法和显微镜观察等方法确定。导法和显微镜观察等方法确定。染色法染色法 是在乳状液中加入少量只溶于油、不溶于是在乳状液中加入少量只溶于油、不溶于水的染料，轻轻摇动，若整个乳状液呈现染料的水的染料，轻轻摇动，若整个乳状液呈现染料的颜色，则说明连续相为油，即为颜色，则说明连续

23、相为油，即为W/OW/O型，若只有型，若只有分散的液滴呈染料的颜色，则说明分散相为油，分散的液滴呈染料的颜色，则说明分散相为油，即为即为O/WO/W型。型。染色法用于鉴别常为黑色的原油乳染色法用于鉴别常为黑色的原油乳状液有一定困难。状液有一定困难。第二节第二节 原油乳状液原油乳状液28冲淡法冲淡法 根据乳状液易为连续相液体所冲淡的特点来确定现状液根据乳状液易为连续相液体所冲淡的特点来确定现状液的类别。鉴别方法是将两滴乳状液分开放在玻璃板上，取的类别。鉴别方法是将两滴乳状液分开放在玻璃板上，取形成此乳状液的两种液体形成此乳状液的两种液体油和水，分别滴在两滴乳状液油和水，分别滴在两滴乳状液中，轻轻

24、搅拌，易于和乳状液搀和者则为连续相介质。中，轻轻搅拌，易于和乳状液搀和者则为连续相介质。电导法电导法 利用油和水的电导不同来判别乳状液类型，原油导电能利用油和水的电导不同来判别乳状液类型，原油导电能力很差，因此测定电导即可确定乳状液连续相为何种液体力很差，因此测定电导即可确定乳状液连续相为何种液体所构成。所构成。 此外，利用原油和水透光性的差别，在显微镜下也容易此外，利用原油和水透光性的差别，在显微镜下也容易确定乳状液内相介质的类型。确定乳状液内相介质的类型。第二节第二节 原油乳状液原油乳状液29二、原油乳状液的形成过程二、原油乳状液的形成过程1 1形成稳定乳状液的必要条件形成稳定乳状液的必要

25、条件2 2原油乳状液的形成原油乳状液的形成 3 3原油乳化程度的变化原油乳化程度的变化 第二节第二节 原油乳状液原油乳状液301 1形成稳定乳状液的必要条件形成稳定乳状液的必要条件u 系统中必须存在两种以上互不相溶（或微量相系统中必须存在两种以上互不相溶（或微量相溶）的液体；溶）的液体；u 要有强烈的搅动，使一种液体破碎成微小的液要有强烈的搅动，使一种液体破碎成微小的液滴分散于另一种液体中；滴分散于另一种液体中；u 要有乳化剂存在，使微小液滴能稳定地存在于要有乳化剂存在，使微小液滴能稳定地存在于另一种液体中。另一种液体中。第二节第二节 原油乳状液原油乳状液312 2原油乳状液的形成原油乳状液的

26、形成 原油的乳化剂对形成原油稳定乳状液有十分重要的作用，原油的乳化剂对形成原油稳定乳状液有十分重要的作用，原油的天然乳化剂由下列四种类型的物质所组成：原油的天然乳化剂由下列四种类型的物质所组成：（1 1）分散在油相中的固体物，主要是粘土、岩石粉、结）分散在油相中的固体物，主要是粘土、岩石粉、结晶石蜡等。其颗粒直径小于晶石蜡等。其颗粒直径小于2 2微米，且被吸附在油水界面上与微米，且被吸附在油水界面上与胶质、沥青质等形成表面膜，使乳状液稳定。胶质、沥青质等形成表面膜，使乳状液稳定。（2 2）分散在原油中的胶质、沥青质，这些物质的分子量）分散在原油中的胶质、沥青质，这些物质的分子量都比较大。一般地

27、讲，都比较大。一般地讲， 沥青质的分子量要比胶质大一些。至沥青质的分子量要比胶质大一些。至于沥青质和胶质在原油中的含量，随原油产地的不同，差异很于沥青质和胶质在原油中的含量，随原油产地的不同，差异很大。大。（3 3）溶解在原油中的物质，这类物质有环烷酸等。）溶解在原油中的物质，这类物质有环烷酸等。 第二节第二节 原油乳状液原油乳状液32 （4 4）溶解在水中的物质，如某些盐类和某些高极）溶解在水中的物质，如某些盐类和某些高极性的表面活性物质。性的表面活性物质。 以上四种就是我们通常所说的原油天然气乳化剂。以上四种就是我们通常所说的原油天然气乳化剂。 当油、气、水混合物由井底沿井筒油管举升到井当

28、油、气、水混合物由井底沿井筒油管举升到井口，经过油嘴的节流，以及集油管线、阀件、离心式油口，经过油嘴的节流，以及集油管线、阀件、离心式油泵等的强烈搅拌，使水滴充分破碎成极小的颗粒，并为泵等的强烈搅拌，使水滴充分破碎成极小的颗粒，并为原油存在的环烷酸、胶质、沥青质、石蜡、粘土和砂粒原油存在的环烷酸、胶质、沥青质、石蜡、粘土和砂粒等等“油包水油包水”型乳化剂所稳定、均匀地分散在原油中，型乳化剂所稳定、均匀地分散在原油中，从而形成稳定从而形成稳定W/OW/O型乳状液。型乳状液。 第二节第二节 原油乳状液原油乳状液33 3 3原油乳化程度的变化原油乳化程度的变化 原油乳状液形成于油层开采和原油矿场集输

29、整个过原油乳状液形成于油层开采和原油矿场集输整个过程之中，原油乳状液的乳化程度是逐渐加深的。在油井程之中，原油乳状液的乳化程度是逐渐加深的。在油井油嘴前后和集油过程原油乳化程度的变化情况如下：油嘴前后和集油过程原油乳化程度的变化情况如下： （1 1）自喷油井油嘴前后乳化程度的变化）自喷油井油嘴前后乳化程度的变化 （2 2）集油过程中乳化程度的变化）集油过程中乳化程度的变化 第二节第二节 原油乳状液原油乳状液34（1 1）自喷油井油嘴前后乳化程度的变化）自喷油井油嘴前后乳化程度的变化 当原油、地层水和伴生气自地层向油井井底流当原油、地层水和伴生气自地层向油井井底流动时，由于流速缓慢一般不会产生乳

30、状液。当沿着动时，由于流速缓慢一般不会产生乳状液。当沿着油管自井底向地面流动时，随着压力的降低，溶解油管自井底向地面流动时，随着压力的降低，溶解在原油中的伴生气不断析出，气体体积膨胀，会使在原油中的伴生气不断析出，气体体积膨胀，会使油水产生搅动。油气水混合物到达地面后，由于油油水产生搅动。油气水混合物到达地面后，由于油嘴孔径小、压降大、流速猛增，并伴有温度的下降，嘴孔径小、压降大、流速猛增，并伴有温度的下降，使原油和水的乳化程度迅速提高。使原油和水的乳化程度迅速提高。 第二节第二节 原油乳状液原油乳状液35表表4-2 4-2 某油田自喷井油嘴前后乳状液的乳化程度变化情况某油田自喷井油嘴前后乳状

31、液的乳化程度变化情况表表4-24-2表明，表明，油嘴前游离水含量多，乳化水量较少，油嘴前游离水含量多，乳化水量较少，油嘴后游离水含量降低，乳化水成倍增加，乳化水含量还油嘴后游离水含量降低，乳化水成倍增加，乳化水含量还随油嘴压降增大而增加。这表明搅拌程度对乳化程度的影随油嘴压降增大而增加。这表明搅拌程度对乳化程度的影响。响。取样位置取样位置分析次数分析次数油嘴压降油嘴压降10105 5PaPa平均含水率（平均含水率（% %）总含水总含水游离水游离水乳化水乳化水油嘴前油嘴前46462.52.53.53.562.262.244.744.717.517.5油嘴后油嘴后78782.52.53.53.56

32、0.060.022.022.038.038.0油嘴后油嘴后9 99 9101060.060.00.70.759.359.3第二节第二节 原油乳状液原油乳状液36（2 2）集油过程中乳化程度的变化）集油过程中乳化程度的变化在油井至接转站的集油过程中，原油中水珠直径是在油井至接转站的集油过程中，原油中水珠直径是在逐渐变小的。特别是在经过分离器和泵以后变化很大。在逐渐变小的。特别是在经过分离器和泵以后变化很大。取样测定结果见表取样测定结果见表4-34-3所示。所示。表表4-3 4-3 原油中水珠粒径变化情况原油中水珠粒径变化情况取样部位取样部位油井井口油井井口分离器分离器进口进口分离器分离器出口出口

33、离心泵离心泵出口出口水珠粒径，水珠粒径，mm1 12002005 525253 310103 35 5第二节第二节 原油乳状液原油乳状液37（2 2）集油过程中乳化程度的变化）集油过程中乳化程度的变化在孤岛油田南区某掺活性水降粘接转站进行过实地测定，在孤岛油田南区某掺活性水降粘接转站进行过实地测定，发现离心泵进出口试样的乳化程度差异很大，如表发现离心泵进出口试样的乳化程度差异很大，如表4-44-4所示。所示。原油与水在设备或管道中一起流动的时间越长、搅动越激原油与水在设备或管道中一起流动的时间越长、搅动越激烈，原油中所乳化的水量就越多，水珠数量稠密，粒径小，并烈，原油中所乳化的水量就越多，水珠

34、数量稠密，粒径小，并趋于均匀。这足以说明原油乳化程度是在油气开采和油气集输趋于均匀。这足以说明原油乳化程度是在油气开采和油气集输过程中逐渐形成的。过程中逐渐形成的。表表4-4 4-4 泵进出口油样对比表泵进出口油样对比表取样部位取样部位油水分层时间，油水分层时间，s s分出游离水，分出游离水，% %油相颜色油相颜色泵进口泵进口30306060黑色黑色泵出口泵出口60602020红棕色红棕色第二节第二节 原油乳状液原油乳状液38三、减轻原油乳化程度的措施三、减轻原油乳化程度的措施 1 1正确布局油田脱水装置的位置正确布局油田脱水装置的位置 2 2预先加入化学破乳剂预先加入化学破乳剂 3 3正确设

35、计和建设集油管道正确设计和建设集油管道 4 4正确选用增压设备正确选用增压设备 第二节第二节 原油乳状液原油乳状液39四、原油乳状液的性质四、原油乳状液的性质l分散度分散度l粘度粘度l密度密度l电学性质电学性质l稳定性稳定性原油乳状液的主要物理原油乳状液的主要物理化学性质有：化学性质有：第二节第二节 原油乳状液原油乳状液401.1.分散度分散度 分散相在连续相中的分散程度称为分散度。分分散相在连续相中的分散程度称为分散度。分散度用内相颗粒平均直径的倒数表示。此外，也常散度用内相颗粒平均直径的倒数表示。此外，也常用内相颗粒平均直径或内相颗粒总表面积与总体积用内相颗粒平均直径或内相颗粒总表面积与总

36、体积的比值，即比表面积表示。的比值，即比表面积表示。第二节第二节 原油乳状液原油乳状液412.2.粘度粘度影响乳状液粘度的因素很多，主要有：影响乳状液粘度的因素很多，主要有：外相粘度；外相粘度；内相的体积浓度；内相的体积浓度；温度；温度；乳状液的分散度；乳状液的分散度；乳化剂及界面膜的性质；乳化剂及界面膜的性质；内相颗粒表面带电强弱等。内相颗粒表面带电强弱等。第二节第二节 原油乳状液原油乳状液422.2.粘度粘度u原油粘度愈大，生成原油粘度愈大，生成W/OW/O型乳状液后其粘度也愈大。型乳状液后其粘度也愈大。例如：例如：5050时，大庆某油区所产原油粘度为时，大庆某油区所产原油粘度为3.09m

37、Pa3.09mPas s，当含水，当含水23.723.7时实测粘度为时实测粘度为11.43mPa11.43mPas s，而，而5050粘度为粘度为9.49 mPa9.49 mPas s的原油，含水的原油，含水24.724.7时时实测粘度为实测粘度为30 mPa30 mPas s。v乳状液粘度与温度的关系同原油类似，随温度的升高而降低。乳状液粘度与温度的关系同原油类似，随温度的升高而降低。u原油乳状液粘度随含水率的变化却呈现较为复杂的关系。原油乳状液粘度随含水率的变化却呈现较为复杂的关系。第二节第二节 原油乳状液原油乳状液图图4-14-1原油乳状液粘度与含水率的关系原油乳状液粘度与含水率的关系

38、43 如图所示如图所示: :含水率较低时，乳状液的粘度随含水率的增加而缓慢上升；含水率较低时，乳状液的粘度随含水率的增加而缓慢上升；含水率较高时，粘度迅速上升；含水率较高时，粘度迅速上升；当含水率超过某一数值（图中约为当含水率超过某一数值（图中约为65657575）时，粘度又）时，粘度又迅速下降，此时迅速下降，此时 W/OW/O型乳状液转相为型乳状液转相为O/WO/W型或型或W/O/WW/O/W型乳状液。型乳状液。此后，随含水率的进一步增加，油水混合物的粘度变化不此后，随含水率的进一步增加，油水混合物的粘度变化不大。大。第二节第二节 原油乳状液原油乳状液80粘度，Pas21.51.00.5含

39、水 率 ， %402060567433.02.02.5110057643704040505081（ 加 药 ）27（ 加 药 ）818127剪 切 速 率 ，s-1温 度 ， 曲 线1240402781443.3.密度密度 原油含水、含盐后，其密度显著增大。若已知乳状液体原油含水、含盐后，其密度显著增大。若已知乳状液体积含水率积含水率、原油和含盐水的密度分别为、原油和含盐水的密度分别为o o和和w w，则原油，则原油乳状液的密度可按下式确定。乳状液的密度可按下式确定。wowowwoo)1 (VVVV V Vo o、V Vw w分别为油和水的体积，分别为油和水的体积，m m3 3。第二节第二节

40、原油乳状液原油乳状液454.4.电学性质电学性质当水中溶有少量酸、碱、盐类时，其电导率成数十倍当水中溶有少量酸、碱、盐类时，其电导率成数十倍地增加。因此，原油乳状液的电导率除取决于其含水率和地增加。因此，原油乳状液的电导率除取决于其含水率和水颗粒的分散度外，在很大程度上决定于水中的含盐、含水颗粒的分散度外，在很大程度上决定于水中的含盐、含酸、含碱量。乳状液的电导率还随温度的增高而增大。酸、含碱量。乳状液的电导率还随温度的增高而增大。介电系数是乳状液另一项重要的电性质。原油的介电介电系数是乳状液另一项重要的电性质。原油的介电系数为系数为2 2，水的介电系数约为油的，水的介电系数约为油的4040倍

41、，即为倍，即为8080。由于原油。由于原油和水介电系数的悬殊差别，当把乳状液置于电场内时，乳和水介电系数的悬殊差别，当把乳状液置于电场内时，乳状液的内相水滴将沿电力线排列，并使乳状液的电导率激状液的内相水滴将沿电力线排列，并使乳状液的电导率激烈增加。这种性质常被用来破坏原油乳状液，脱除原油中烈增加。这种性质常被用来破坏原油乳状液，脱除原油中所含的水。所含的水。第二节第二节 原油乳状液原油乳状液465.5.稳定性和老化稳定性和老化u原油乳状液的稳定性是指：乳状液不被破原油乳状液的稳定性是指：乳状液不被破坏，抗油水分层的能力。它是原油乳状液最重坏，抗油水分层的能力。它是原油乳状液最重要的性质之一。

42、要的性质之一。u影响乳状液稳定性的主要因素有：乳状液影响乳状液稳定性的主要因素有：乳状液的分散度和原油粘度、乳化剂的类型和保护膜的分散度和原油粘度、乳化剂的类型和保护膜的性质、内相颗粒表面带电、乳状液温度和水的性质、内相颗粒表面带电、乳状液温度和水的的p pH H值等。值等。第二节第二节 原油乳状液原油乳状液47u 若油水混合物内有足够的乳化剂，并受到充分搅拌，若油水混合物内有足够的乳化剂，并受到充分搅拌，则形成内相颗粒小、分散度高的原油乳状液。水滴愈小，则形成内相颗粒小、分散度高的原油乳状液。水滴愈小，分散度愈大，布朗运动愈强烈，就能克服重力影响不下分散度愈大，布朗运动愈强烈，就能克服重力影

43、响不下沉，而保持稳定。此外，原油粘度愈大，水滴愈不易下沉，而保持稳定。此外，原油粘度愈大，水滴愈不易下沉，原油乳状液也就愈稳定。沉，原油乳状液也就愈稳定。（1 1）分散度和原油粘度）分散度和原油粘度第二节第二节 原油乳状液原油乳状液48 原油中存在的天然乳化剂大体上可分为三类：原油中存在的天然乳化剂大体上可分为三类： 第一类乳化剂是低分子有机物，如脂肪酸、环烷酸和某第一类乳化剂是低分子有机物，如脂肪酸、环烷酸和某些低分子胶质。这类物质有较强的表面活性，易在内相颗粒些低分子胶质。这类物质有较强的表面活性，易在内相颗粒界面形成界面膜。但由于分子量低，界面保护膜强度不高，界面形成界面膜。但由于分子量

44、低，界面保护膜强度不高，故乳状液的稳定性较低。故乳状液的稳定性较低。第二类是高分子有机物，如沥青、沥青质等。它们在内第二类是高分子有机物，如沥青、沥青质等。它们在内相颗粒界面形成较厚的、粘性和弹性较高的凝胶状界面膜，相颗粒界面形成较厚的、粘性和弹性较高的凝胶状界面膜，机械强度很高，使乳状液有较高的稳定性。机械强度很高，使乳状液有较高的稳定性。第三类是粘土、砂粒和高熔点石蜡等固体乳化剂。由这第三类是粘土、砂粒和高熔点石蜡等固体乳化剂。由这类乳化剂构成的界面膜的机械强度很高，因而乳状液的稳定类乳化剂构成的界面膜的机械强度很高，因而乳状液的稳定性也很高。由蜡晶粒作为固体乳化剂，因温度增高时蜡晶粒性也

45、很高。由蜡晶粒作为固体乳化剂，因温度增高时蜡晶粒的溶解而使乳状液稳定性下降。的溶解而使乳状液稳定性下降。（2 2）乳化剂的类型和保护膜的性质）乳化剂的类型和保护膜的性质第二节第二节 原油乳状液原油乳状液49 内相颗粒界面上带有极性相同的电荷是乳状液稳定的内相颗粒界面上带有极性相同的电荷是乳状液稳定的重要原因。重要原因。 乳状液内相颗粒界面上力场的不平衡，会选择性地从乳状液内相颗粒界面上力场的不平衡，会选择性地从外相介质中吸附阳离子或阴离子以降低界面张力。这样，内外相介质中吸附阳离子或阴离子以降低界面张力。这样，内相颗粒界面上稍有同种电荷，而贴近颗粒的外相介质内则带相颗粒界面上稍有同种电荷，而贴

46、近颗粒的外相介质内则带有极性相反的电荷。有极性相反的电荷。 处于内相颗粒界面上的分子电离，电离后的阳离子或处于内相颗粒界面上的分子电离，电离后的阳离子或阴离子分布到邻近颗粒的外相介质中去。阴离子分布到邻近颗粒的外相介质中去。（3 3）内相颗粒表面带电）内相颗粒表面带电第二节第二节 原油乳状液原油乳状液50 由于内相颗粒在外相介质中的布朗运动；因摩擦而带电。由于内相颗粒在外相介质中的布朗运动；因摩擦而带电。乳状液内乳状液内相颗粒界面上和其邻近的介质中带有数量相等而符号相反的电荷，构相颗粒界面上和其邻近的介质中带有数量相等而符号相反的电荷，构成双电成双电场，如图场，如图4-24-2所示。所示。（3

47、 3）内相颗粒表面带电）内相颗粒表面带电图图4-6 4-6 水滴相互作用示意图水滴相互作用示意图 （a a）水滴的双电层；（）水滴的双电层；（b b）两水滴的静电排斥）两水滴的静电排斥第二节第二节 原油乳状液原油乳状液51 显然，全部内相颗粒界面上均带有同种电荷。由于静显然，全部内相颗粒界面上均带有同种电荷。由于静电斥力，内相颗粒难于碰撞，或碰撞后又迅即分开，因而小电斥力，内相颗粒难于碰撞，或碰撞后又迅即分开，因而小颗粒难于合并成大颗粒下沉，乳状液变得稳定。颗粒难于合并成大颗粒下沉，乳状液变得稳定。 相比之下，内相颗粒界面带电对含水率低的原油乳状相比之下，内相颗粒界面带电对含水率低的原油乳状液

48、稳定性的影响更为明显。液稳定性的影响更为明显。（3 3）内相颗粒表面带电）内相颗粒表面带电第二节第二节 原油乳状液原油乳状液52 乳状波温度对其稳定性有很大影响，随温度乳状波温度对其稳定性有很大影响，随温度的增高，乳状液稳定性下降。的增高，乳状液稳定性下降。乳状液的主要乳化剂乳状液的主要乳化剂沥青质、胶质、石蜡等沥青质、胶质、石蜡等在原油中的溶解度增加；在原油中的溶解度增加；内相颗粒体积膨胀，使界面膜变薄，机械强度减内相颗粒体积膨胀，使界面膜变薄，机械强度减弱；弱；（4 4）温度）温度第二节第二节 原油乳状液原油乳状液53加剧了内相颗粒的布朗运动，增加了互相碰撞，合并成加剧了内相颗粒的布朗运动

49、，增加了互相碰撞，合并成大颗粒的机率；大颗粒的机率；油水体积膨胀系数不同，原油体积膨胀系数较大，使水油水体积膨胀系数不同，原油体积膨胀系数较大，使水和油的密度差增大，水滴易于在油相中下沉；和油的密度差增大，水滴易于在油相中下沉；降低了原油的粘度，水滴易于沉降。降低了原油的粘度，水滴易于沉降。 由上述可知，由上述可知，对原油乳状液加热，能使乳状液稳对原油乳状液加热，能使乳状液稳定性降低，有利于原油脱水。定性降低，有利于原油脱水。但加热需要消耗燃料，将但加热需要消耗燃料，将增加原油蒸发损耗。增加原油蒸发损耗。一般不希望把加热作为主要的脱水一般不希望把加热作为主要的脱水手段。在达到脱水要求的前提下，

50、应手段。在达到脱水要求的前提下，应尽可能对乳状液少尽可能对乳状液少加热或不加热。加热或不加热。（4 4）温度）温度第二节第二节 原油乳状液原油乳状液54 水的水的pHpH值对原油乳状液的稳定性存在影响。一般，值对原油乳状液的稳定性存在影响。一般，pHpH值增加，内相颗粒界面膜的弹性和机械强度降低，乳值增加，内相颗粒界面膜的弹性和机械强度降低，乳状液的稳定性变差。向乳状液中引入强碱提高水的状液的稳定性变差。向乳状液中引入强碱提高水的pHpH值，值，能促进乳状液破乳。能促进乳状液破乳。 （5 5）水的）水的pHpH值值第二节第二节 原油乳状液原油乳状液55 分散在原油中的天然乳化剂，特别是固体乳化

51、剂，分散在原油中的天然乳化剂，特别是固体乳化剂，在油水界面的吸附并构成致密的薄膜需要有一定的时间。在油水界面的吸附并构成致密的薄膜需要有一定的时间。原油乳状液随时间的推移变得逐渐稳定。乳状液的这种性原油乳状液随时间的推移变得逐渐稳定。乳状液的这种性质称为乳状液的老化。在形成乳状液的初始阶段，乳状液质称为乳状液的老化。在形成乳状液的初始阶段，乳状液的老化十分显著，随后逐渐减弱，常常在一昼夜后乳状液的老化十分显著，随后逐渐减弱，常常在一昼夜后乳状液的稳定性就很少再增加。的稳定性就很少再增加。（6 6） 乳状液的老化乳状液的老化第二节第二节 原油乳状液原油乳状液56第三节第三节 原油热化学脱水原油热

52、化学脱水T Thermochemistryhermochemistry dehydration of crude dehydration of crude化学破乳剂的破乳机理化学破乳剂的破乳机理 实现化学破乳的技术要求实现化学破乳的技术要求影响破乳脱水效果的因素影响破乳脱水效果的因素 原油破乳剂的加入原油破乳剂的加入 热化学沉降脱水器热化学沉降脱水器 57一、化学破乳剂的破乳机理一、化学破乳剂的破乳机理表面活性作用表面活性作用反相作用反相作用“润湿润湿”和和“渗透渗透”作用作用反离子作用反离子作用第三节第三节 原油热化学脱水原油热化学脱水58 破乳剂都具有高效能的表面活性物质，它们很容易吸附破

53、乳剂都具有高效能的表面活性物质，它们很容易吸附在油水界面上，降低界面膜的表面自由能，使形成在油水界面上，降低界面膜的表面自由能，使形成W/OW/O型乳型乳状液变得很不稳定，界面膜在外力作用下极易破裂，从而使状液变得很不稳定，界面膜在外力作用下极易破裂，从而使乳状液微粒内相的水突破界面膜进入外相，从而使油水分离。乳状液微粒内相的水突破界面膜进入外相，从而使油水分离。 . .表面活性作用表面活性作用第三节第三节 原油热化学脱水原油热化学脱水 原油乳状液是在原油中憎水的乳化剂作用下形成的，原油乳状液是在原油中憎水的乳化剂作用下形成的，称称W/OW/O型乳状液。采用亲水型的破乳剂可以将乳状液转化为型乳

54、状液。采用亲水型的破乳剂可以将乳状液转化为O/WO/W型乳状液，借乳化过程的转换以及水包油型乳状液的不型乳状液，借乳化过程的转换以及水包油型乳状液的不稳定性而使油水分离。稳定性而使油水分离。. .反相作用反相作用59 破乳剂可以溶解吸附在油水界面的胶质、沥青质等天然破乳剂可以溶解吸附在油水界面的胶质、沥青质等天然乳化剂，降低原油粘度，透过薄膜与水饱和，形成亲水的吸乳化剂，降低原油粘度，透过薄膜与水饱和，形成亲水的吸附层，有利于水滴碰撞时的合并，达到水滴沉降分离。附层，有利于水滴碰撞时的合并，达到水滴沉降分离。.“.“润湿润湿”和和“渗透渗透”作用作用第三节第三节 原油热化学脱水原油热化学脱水

55、由于原油乳状液中分散相的水滴表面上吸附了一部分正由于原油乳状液中分散相的水滴表面上吸附了一部分正离子，使分散相往往带正电，分散相的水滴之间互相排斥，离子，使分散相往往带正电，分散相的水滴之间互相排斥，水滴难于合并。如果在原油中加入离子型的破乳剂，它们吸水滴难于合并。如果在原油中加入离子型的破乳剂，它们吸附在水滴表面上并将正电荷中和，使水滴间的静电斥力减弱，附在水滴表面上并将正电荷中和，使水滴间的静电斥力减弱，破坏受同性电保护的界面膜，使水滴合并沉降下来。破坏受同性电保护的界面膜，使水滴合并沉降下来。 . . 反离子作用反离子作用60二、实现化学破乳的技术要求二、实现化学破乳的技术要求 1 1实

56、现化学破乳的必要条件实现化学破乳的必要条件 2 2原油脱水对破乳剂的要求原油脱水对破乳剂的要求 第三节第三节 原油热化学脱水原油热化学脱水611 1实现化学破乳的必要条件实现化学破乳的必要条件 要实现化学破乳脱水，必须具备以下条件。要实现化学破乳脱水，必须具备以下条件。（）要有对症下药的化学破乳剂（）要有对症下药的化学破乳剂 由于原油本身是一个碳氢化合物的复杂混合物，原油由于原油本身是一个碳氢化合物的复杂混合物，原油乳状液中起乳化剂作用的物质种类和特性也是复杂的，在乳状液中起乳化剂作用的物质种类和特性也是复杂的，在通常情况下又是完全未知的。什么样的化学破乳剂对某种通常情况下又是完全未知的。什么

57、样的化学破乳剂对某种原油乳状液破乳有效，目前是通过室内筛选试验和工业试原油乳状液破乳有效，目前是通过室内筛选试验和工业试验找出对症下药的化学破乳剂。验找出对症下药的化学破乳剂。第三节第三节 原油热化学脱水原油热化学脱水621 1实现化学破乳的必要条件实现化学破乳的必要条件（）要让化学破乳剂与原油乳状液充分接触混合（）要让化学破乳剂与原油乳状液充分接触混合 必须让化学破乳剂与原油乳状液进行激烈地搅拌混必须让化学破乳剂与原油乳状液进行激烈地搅拌混合，使二者充分接触。否则，接触不到化学破乳剂的原合，使二者充分接触。否则，接触不到化学破乳剂的原油乳状液滴的稳定性难于消失，更谈不上破乳脱水。激油乳状液滴

58、的稳定性难于消失，更谈不上破乳脱水。激烈搅拌还有利于破乳后的水珠相互接触合并，使其粒径烈搅拌还有利于破乳后的水珠相互接触合并，使其粒径变大迅速自原油中脱出。变大迅速自原油中脱出。第三节第三节 原油热化学脱水原油热化学脱水631 1实现化学破乳的必要条件实现化学破乳的必要条件（）破乳后应有足够沉降分离的空间和时间（）破乳后应有足够沉降分离的空间和时间 经过充分接触混合、实现了化学破乳以后，应在一经过充分接触混合、实现了化学破乳以后，应在一定容积的沉降设备中进行沉降分离，使油水依靠密度定容积的沉降设备中进行沉降分离，使油水依靠密度差分离成层。由于油水的密度差较小，分离速度较慢，差分离成层。由于油水

59、的密度差较小，分离速度较慢，故需要有足够地沉降分离的空间和时间来保证分离效故需要有足够地沉降分离的空间和时间来保证分离效果。果。 第三节第三节 原油热化学脱水原油热化学脱水64 2 2原油脱水对破乳剂的要求原油脱水对破乳剂的要求 （1 1）较强的表面活性）较强的表面活性 化学破乳剂的表面活性应比原油中天然乳化剂的活化学破乳剂的表面活性应比原油中天然乳化剂的活性大得多，有的文献认为应大性大得多，有的文献认为应大10010010001000倍，使化学破乳倍，使化学破乳剂能迅速占据油水界面，降低乳化水滴的界面张力和界面剂能迅速占据油水界面，降低乳化水滴的界面张力和界面膜的强度，破坏原油乳状液、防止进

60、一步乳化，降低粘度膜的强度，破坏原油乳状液、防止进一步乳化，降低粘度和加速油水分离的作用。和加速油水分离的作用。（2 2）良好的润湿能力）良好的润湿能力 化学破乳剂对原油中的固体乳化剂应有较好的润湿能化学破乳剂对原油中的固体乳化剂应有较好的润湿能力，以便吸附在固体粉末上，把砂、粘土等粉尘拉入水相，力，以便吸附在固体粉末上，把砂、粘土等粉尘拉入水相，把石蜡晶粒拉入油相，破坏固体粉末界面膜的作用，使油把石蜡晶粒拉入油相，破坏固体粉末界面膜的作用，使油水分离。水分离。第三节第三节 原油热化学脱水原油热化学脱水65（3 3）很高的絮凝和聚结能力）很高的絮凝和聚结能力 吸附在水滴界面上的破乳剂，应对邻近