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原油脫水方法及原理
在油田開采初期，原油中的水主要以W/O型乳狀液存在，隨著油田的進(jìn)一步開采，我國大部分油田已經(jīng)進(jìn)入高含水期，油井采出液也由原來的以（W/O）型乳狀液為主變?yōu)橐运停∣/W）型乳狀液為主。因此，關(guān)于脫水方法的研究，也從針對(duì)W/O型乳狀液的破乳問題逐漸過渡到O/W型乳狀液破乳問題的研究。我們主要討論W/O型乳狀液的破乳方法及破乳劑，也適當(dāng)介紹O/W型乳狀液破乳問題。
破乳過程通常分為三步：凝聚（Coagulation），聚結(jié)（Coalescene）和沉降（Sedimentation）。這一過程，即水珠在相互碰撞接觸中合并增大，自原油中沉降分離出來。在*步凝聚（或絮凝）過程中，分散相的液珠聚集成團(tuán)，但各液珠仍然存在。這些珠團(tuán)常常是可逆的，按自分層觀點(diǎn)，這些珠團(tuán)像一個(gè)液滴，倘若珠團(tuán)與介質(zhì)間的密度差是足夠大的，則此過程能使分層加速。若乳狀液是足夠濃的，它的粘度就顯著增加。第二步—聚結(jié)，在這一過程中，這些珠團(tuán)合并成一個(gè)大滴。這一過程是不可逆的，導(dǎo)致液珠數(shù)目減少和zui后原油乳狀液的*破壞。由此看出，聚結(jié)是脫水過程的關(guān)鍵，聚結(jié)和沉降分離構(gòu)成了原油的脫水過程。
在由凝聚所產(chǎn)生的聚集體中，乳狀液的液珠之間可以有相當(dāng)?shù)木嚯x，光學(xué)技術(shù)已經(jīng)證明，這種間距的數(shù)量級(jí)要大于100Å，雖然厚度隨著電解質(zhì)濃度增加而降低，但是間距降低并不像雙電層理論所預(yù)示的那樣快，這表明除靜電斥力和范德華引力外，還有別的力在起作用。
研究人員根據(jù)聚結(jié)速度得出結(jié)論：即使在濃乳狀液中，其液珠被100Å或更大厚度的連續(xù)膜所隔開，液膜的厚度仍取決于水相的組分，而不取決于水量。
多年來，國內(nèi)外已研究了多種原油脫水技術(shù)，滿足各種原油不同含水程度的脫水要求。
1、沉降分離
沉降分離是原油乳狀液脫水zui基礎(chǔ)的過程。沉降分離的依據(jù)是：原油與水不互溶，密度有差異，且有時(shí)是不穩(wěn)定的乳狀液，甚至是經(jīng)過電法和化學(xué)方法處理過的。
Stocks定律深刻地描述了沉降分離的基本規(guī)律，該定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
由上式可以看出，沉降速度與原油中水珠半徑的平方成正比、與水油密度差成正比、與原油的粘度成反比。然而，從乳狀液理論的角度加以分析，不難看出該公式并未包含原油乳狀液穩(wěn)定性的概念，也沒有體現(xiàn)出乳化劑的嚴(yán)重影響。因此，根據(jù)這一公式計(jì)算出的水滴沉降速度，必然大于實(shí)際沉降速度。相反，對(duì)于破乳后的水珠而言，由于沉降過程中會(huì)出現(xiàn)水珠相互碰撞聚結(jié)增大的現(xiàn)象，計(jì)算結(jié)果很可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實(shí)際沉降速度。因此，定性地利用該公式作原油脫水難易程度的衡量是可以的，定量地直接計(jì)算脫水效果則會(huì)帶來較大的誤差。
為了提高油水分離速度，人們以該公式為指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造了一系列有效的方法和措施。
?。?）增大水珠粒徑的方法
①添加化學(xué)破乳劑，降低乳狀液的穩(wěn)定性，以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)破乳；
?、诓捎酶邏弘妶鎏幚鞼/O型乳狀液；利用電磁場對(duì)乳狀液進(jìn)行交變振蕩破乳；
?、劾糜H水憎油固體材料使乳狀液的水珠在其表面潤濕聚結(jié)。
?。?）增大水、油密度差的方法
①向原油乳狀液中摻入輕質(zhì)油，降低原油的密度；
?、谶x擇合適溫度，使油水密度向著有利于增大密度差的方向變化；
?、墼谟蜌夥蛛x過程中降低壓力，使原油中少量的氣泡膨脹，密度降低；向水中添加無毒無害物質(zhì)，加大水相密度。
?。?）降低原油粘度的方法
?、贀饺氲驼齿p質(zhì)油稀釋原油；
②加熱以降低原油乳狀液的粘度。
（4）提高油水分離速度的方法
采用離心機(jī)進(jìn)行離心分離。
2、電脫水法
電脫水法的基本原理是利用水是導(dǎo)體，油是絕緣體這一物理特性，將W/O型原油乳狀液置于電場中，乳狀液中的水滴在電場作用下發(fā)生變形、聚結(jié)而形成大水滴從油中分離出來。
用于電破乳的高強(qiáng)度電場有交流電、直流電、交–直流電和脈沖供電等數(shù)種。在交流電場中，乳狀液中的水珠發(fā)生振蕩聚結(jié)和偶極聚結(jié)；在直流電場中，除發(fā)生偶極聚結(jié)外，電泳聚結(jié)起主導(dǎo)作用；在交–直流二重電場中，上述數(shù)種聚結(jié)都存在；脈沖供電是電極間斷送電，除促使振蕩聚結(jié)和偶極聚結(jié)外，目的在于避免電場中電流的大幅度增長，可平穩(wěn)操作和節(jié)約電能，
2.1偶極聚結(jié)
置于電場中的W/O型乳狀液的水珠，由于電場的誘導(dǎo)而產(chǎn)生偶極極化，正負(fù)電荷分別處于水珠的兩端，如圖7–7所示。因?yàn)橹糜陔妶鲋械乃兴?，都受到此種誘導(dǎo)而發(fā)生偶極極化，相鄰兩個(gè)水珠的靠近一端，恰好成為異性，相互吸引，其結(jié)果使兩個(gè)水珠合并為一體。由于外加電場是連續(xù)的，這種過程的發(fā)生呈“鏈鎖反應(yīng)”。當(dāng)水珠顆粒增大到其重力足以克服乳狀液的穩(wěn)定性時(shí)，水珠即自原油中沉降分離出來。
2.2振蕩聚結(jié)
交變電場對(duì)W/O型乳狀液水珠的另一個(gè)作用是引導(dǎo)其作周期性的振蕩，其結(jié)果是水珠由球形被拉長為橢球形，界面膜增大變薄，乳化穩(wěn)定性降低，振蕩時(shí)相鄰水珠相碰，合并增大自原油中沉降分離出來。
由室內(nèi)透明電脫水器中看到的現(xiàn)象是：在電場的作用下，水珠都處于極其活潑的跳躍狀態(tài)，且一個(gè)個(gè)成為菱形，然后合并成大滴沉降至脫水器的底部。另外，交變的磁場振蕩也有破乳脫水作用。
2.3電泳聚結(jié)
乳狀液的液珠一般都帶有電荷，在直流電場的作用下，會(huì)發(fā)生電泳。在電泳過程中，一部分顆粒大的水珠會(huì)因帶電多而速度快，速度的大小不等會(huì)使大小不同的水珠發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，碰撞、合并增大，當(dāng)增大到一定程度后即從原油中沉降分出。其他未發(fā)生碰撞或碰撞、合并后還不夠大的水珠，會(huì)一直電泳到相反符號(hào)的電極表面，在電極表面相互聚集（接觸而未合并）或聚結(jié)在一起，然后從原油中分出。乳狀液在直流電場中的這種電泳過程，會(huì)使水珠聚結(jié)，所以又稱其為“電泳聚結(jié)”。
由于在直流電場中所有大大小小的水珠都會(huì)發(fā)生電泳，或遲或早都會(huì)到達(dá)電極表面，而交流電作用于乳狀液時(shí)，大水珠會(huì)優(yōu)先脫出，剩余的小水珠往往失去合并對(duì)象，無法聚結(jié)增大，結(jié)果很難脫出，所以直流電脫水的凈化油質(zhì)量一般比交流電脫水的質(zhì)量好。
在某些場合，微小水珠是帶著乳化膜在電極表面聚集的，而膜本身又是原油的一部分，所以直流電脫水得到的污水含油量比交流電脫水得到的污水含油量大得多。
3、潤濕聚結(jié)脫水法
潤濕聚結(jié)脫水法又稱聚結(jié)床脫水法，這是一種在熱化學(xué)沉降脫水法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的脫水方法，即在加熱、投入破乳劑的同時(shí)，使乳狀液從一種強(qiáng)親水物質(zhì)（如脫脂木材、陶瓷、特制金屬環(huán)、玻璃球等）的縫隙間流過。當(dāng)乳狀液（W/O）中的水滴與這種強(qiáng)親水物質(zhì)碰撞時(shí)，水滴極易將這些物質(zhì)潤濕，并吸附在其表面，水滴相互聚結(jié)，由小水滴聚結(jié)成大水滴（也叫粗?；?，zui后沉降脫離出來，要實(shí)現(xiàn)潤濕聚結(jié)以達(dá)到兩相分層的目的，選擇合適的潤濕介質(zhì)是關(guān)鍵。
顯然，潤濕聚結(jié)法脫水僅對(duì)穩(wěn)定性差的W/O型乳狀液的水珠或游離水起作用。應(yīng)用必
須先向乳狀液中添加化學(xué)破乳劑，且多用于把高含水原油處理為低含水原油的過程中。國內(nèi)遼河油田使用此法將原油含水從25%降為12%（體積分?jǐn)?shù)據(jù)報(bào)道，國外油田采用特殊材質(zhì)制成板，傾斜排列在脫水器中。這種板材對(duì)水滴有*的吸附作用，當(dāng)乳狀液流經(jīng)板的夾縫時(shí)，水滴聚結(jié)在板的表面上，不斷瀉流下去，效果，可代替電脫水。經(jīng)過一次聚結(jié)床脫水后，原油含水指標(biāo)可達(dá)合格。
同樣道理，當(dāng)采用親油憎水型固體材料處理O/W型乳狀液時(shí)，水中的油珠也會(huì)通過固體材料表面合并入油膜，使油膜增厚，向上漂浮，成乳滴，脫落，成為大滴，自固體材料上層漂浮到油相（層），達(dá)列油水分離的目的。
4、化學(xué)破乳法
化學(xué)破乳是原油乳狀液脫水中普遍采用的一種破乳手段。它是向原油乳狀液中添加化學(xué)助劑，破壞其乳化狀態(tài)，使油、水分離成層。這類化學(xué)助劑稱為破乳劑，一般是表面活性劑或含有兩親結(jié)構(gòu)的超高分子表面活性劑。
在油田，原油脫水工藝主要使用電化學(xué)法和熱化學(xué)法。電化學(xué)法用少量破乳劑在高壓電場中進(jìn)行脫水，其特點(diǎn)是速度快、效果好；熱化學(xué)法需要選擇使用破乳劑。當(dāng)然，選用哪種方法適宜，取決于經(jīng)濟(jì)核算。一般說來，用化學(xué)法處理容易脫水的原油乳狀液，用電場處理不很穩(wěn)定的乳狀液，用電化學(xué)法處理頑固的乳狀液。