摘要本文分析了各種稠油脫水工藝的原理及其應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)目前普遍應(yīng)用的熱化學(xué)沉降脫水工藝，提出了以?xún)艋�油替代高含水油做為換熱介質(zhì)以改善換熱效果，節(jié)省脫水費(fèi)用的思路。
　　關(guān)鍵詞：稠油，脫水，分析，工藝
　　1.稠油性質(zhì)
　　稠油輕餾分含量少，而膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量高，且硫、氧、氮、等元素和鎳、釩等金屬元素含量也高。稠油中存在的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)為高分子表面活性物質(zhì),是天然的、高性能的油水乳化劑。在油田開(kāi)發(fā)和油氣集輸過(guò)程中,油、水、乳化劑三者共聚一體,在油井井筒、油嘴、管道、閥件和機(jī)泵中充分接觸混合(特別是在油田伴生氣的參與下,其攪拌更為激烈),瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等界面活性物質(zhì)吸附在乳化液的油水界面,形成牢固的界面膜,從而形成穩(wěn)定的W/O型乳化液,而且,膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、蠟含量越高,W/O型乳化液越穩(wěn)定。同時(shí)由于稠油的比重大,與水的密度差較小,稠油的黏度高,水滴沉降聚集速度慢。因此,稠油的脫水具有較大的技術(shù)難題。
　　2.幾種稠油脫水方法的原理及應(yīng)用分析
　　2.1熱化學(xué)脫水
　　2.1.1原理
　　熱化學(xué)沉降脫水是將含水原油加熱到一定的溫度，并在原油中加入適量的原油破乳劑。這種藥劑能夠吸附在油水界面膜上，降低油水界面膜的表面張力，從而破壞乳狀液的穩(wěn)定性，改變?nèi)闋钜旱念?lèi)型，同時(shí)利用油水的密度差，達(dá)到油水分離的目的。
　　2.1.2應(yīng)用分析
　　沉降分離是原油脫水最簡(jiǎn)單、最基礎(chǔ)的工藝過(guò)程，任何一種脫水工藝都包含有沉降分離過(guò)程。但是由于稠油乳狀液破乳困難，使得熱化學(xué)沉降脫水溫度高，脫水時(shí)間長(zhǎng)，破乳劑用量大，原油脫水成本較高。
　　2.2熱化學(xué)與電脫脫水
　　2.2.1原理
　　在交流或高頻電場(chǎng)中，乳化液中的水珠發(fā)生振蕩聚結(jié)和偶極聚結(jié)；在直流電場(chǎng)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(chǎng)中，上述形式的聚結(jié)都存在；各種聚結(jié)的結(jié)果，原油乳化液被破壞，水珠相互合并，粒徑變大，并自原油中沉降分離出水。
　　2.2.2應(yīng)用分析
　　當(dāng)稠油靠熱化學(xué)脫水方法不能達(dá)到商品原油含水率的規(guī)定時(shí)，常使用電脫水作為脫水工藝的最后環(huán)節(jié)。與熱化學(xué)脫水相比，電脫水工藝的能耗更大，因?yàn)殡娒摴に囋谙�耗大量電能的同時(shí)，對(duì)稠油電脫水溫度要求很高，例如埕北油田B平臺(tái)的稠油電脫水溫度為129℃，而綏中36-1油田A區(qū)的稠油電脫水溫度高達(dá)130℃。
　　2.3超聲波脫水
　　2.3.1原理
　　超聲波脫水主要是利用了超聲波的空化作用。超聲波作用于稠油時(shí),會(huì)激活稠油中的微小氣泡核。氣泡核振蕩、崩潰，產(chǎn)生高溫高壓,并伴隨強(qiáng)烈的沖擊波和射流,從而改變了稠油內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的蠟、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)高分子聚合物,使長(zhǎng)鏈?zhǔn)�蠟烴分子、瀝青質(zhì)分子斷裂,相對(duì)分子質(zhì)量減小,從而降低了稠油粘度，有利于稠油的脫水。
　　3.2應(yīng)用分析
　　王鴻膺利用超聲波對(duì)河口稠油的試驗(yàn)室內(nèi)脫水研究表明其脫水率可以達(dá)到93.7％。利用超聲波脫水可以大幅度降低脫水時(shí)間，沉降時(shí)間不超過(guò)3h，提高了脫水效率。目前還沒(méi)有大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的先例。
　　2.4磁化脫水
　　2.4.1原理
　　在外磁場(chǎng)的作用下,磁化作用破壞了稠油各烴類(lèi)分子間的作用力,分子通過(guò)自身內(nèi)振蕩而受到磁感應(yīng)共振,從而使分子振動(dòng)增強(qiáng)和分子間相互作用減弱,導(dǎo)致分子的聚集狀態(tài)發(fā)生改變,使分子間的聚合力減弱,其中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)以分散相而非締結(jié)相溶解在稠油中,從而使稠油的粘度降低,有利于原油的脫水。
　　2.4.2應(yīng)用分析
　　磁化脫水效果受油品性質(zhì)、磁化強(qiáng)度、磁化時(shí)間的影響比較大，效果不夠穩(wěn)定。另外，磁化脫水只能做為輔助脫水手段。
　　2.5微波脫水
　　2.5.1原理
　　目前對(duì)微波破乳脫水的機(jī)理還沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，有一種理論認(rèn)為，由于稠油各組分的介電性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)的顯著差異，微波加熱的選擇性造成了加熱過(guò)程中的局部熱點(diǎn)的產(chǎn)生，出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象。加熱過(guò)程中，瀝青質(zhì)膠粒的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于油分的溫度，這個(gè)溫度達(dá)到了瀝青質(zhì)、膠質(zhì)的熱解溫度，使其發(fā)生了熱解反應(yīng)，從而使稠油中的飽和烴、芳香烴的含量有所增加。
　　2.5.2應(yīng)用分析
　　有人曾分別對(duì)遼河、大港、勝利、吐哈四個(gè)地方的稠油進(jìn)行微波破乳研究，研究結(jié)論認(rèn)為微波加熱含水稠油效率高、速度快，微波加熱后稠油的粘度發(fā)生了不可逆的變化。但是目前還沒(méi)有大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的先例。
　　2.6低頻電脈沖脫水
　　2.6.1原理
　　脈沖放電在液體中激發(fā)產(chǎn)生高強(qiáng)度的低頻脈沖振動(dòng)波。脈沖波在液體中傳播時(shí),引起液體的密度變化,形成一些類(lèi)似于真空的子空穴。空穴內(nèi)部在崩潰過(guò)程中產(chǎn)生局部高溫,稠油的分子結(jié)構(gòu)在空化作用和剪切應(yīng)力的作用下遭到破壞,從而降低了稠油的粘度。
　　2.6.2應(yīng)用分析
　　目前還沒(méi)有大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的先例
　　2.7微生物脫水
　　2.7.1原理
　　某些微生物通過(guò)消耗表面活性劑得以生長(zhǎng)，并對(duì)乳化劑起生物變構(gòu)作用致使乳狀液破壞；另外，有些微生物在代謝過(guò)程中分泌出一些具有表面活性的代謝產(chǎn)物，這類(lèi)天然的表面活性劑，對(duì)原油乳狀液是良好的破乳劑。
　　2.7.2應(yīng)用分析
　　微生物脫水給污水處理帶來(lái)了難度，微生物進(jìn)入地層有可能引起底層的堵塞。目前還沒(méi)有大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的先例。
　　相對(duì)于熱化學(xué)沉降脫水、熱化學(xué)與電脫脫水等傳統(tǒng)的稠油脫水方法來(lái)說(shuō)，超聲波脫水、磁化脫水、微波脫水、低頻電脈沖脫水、微生物脫水等新的脫水方法具有成本較低、效果較好、無(wú)污染等特點(diǎn)，但是由于其作用原理尚未得到充分的認(rèn)識(shí),其動(dòng)力學(xué)機(jī)理和數(shù)學(xué)模型的建立尚不成熟,主要采取經(jīng)驗(yàn)公式和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)問(wèn)題進(jìn)行處理,同時(shí)操作參數(shù)和應(yīng)用條件有待進(jìn)一步優(yōu)化，其真正推廣到實(shí)際生產(chǎn)還有許多問(wèn)題需要進(jìn)一步探討與解決。因此，目前，各大油田主要是以熱化學(xué)脫水、熱化學(xué)與電脫脫水等傳統(tǒng)的稠油脫水方法為主。相對(duì)于熱化學(xué)脫水來(lái)說(shuō)，電脫脫水又具有能耗高，運(yùn)行不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，因此，熱化學(xué)沉降是國(guó)內(nèi)外普遍采用的稠油脫水方法之一。研究熱化學(xué)脫水，改善其脫水效果，減少其能量消耗，有著顯著的現(xiàn)實(shí)意義。
　　設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定，稠油脫水工藝應(yīng)根據(jù)原油性質(zhì)，含水率及乳化程度，破乳劑性能，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)對(duì)比來(lái)確定適合的脫水方式。
　　3.稠油熱化學(xué)沉降脫水試驗(yàn)
　　本文以坨82地區(qū)的稠油為例進(jìn)行了室內(nèi)脫水實(shí)驗(yàn)，并將幾種脫水方式進(jìn)行了對(duì)比和分析，最終確定出較好的脫水方式。
　　3.1破乳劑型號(hào)對(duì)脫水的影響
　　破乳劑是影響超稠油脫水效果的最主要因素,優(yōu)質(zhì)的破乳劑應(yīng)具有表面活性強(qiáng)、潤(rùn)濕滲透性好、絮凝力強(qiáng)、聚結(jié)力大、脫水效率高、用量少、價(jià)格便宜及不影響原油質(zhì)量、不引起管道和設(shè)備腐蝕結(jié)垢等優(yōu)點(diǎn)。我們對(duì)不同型號(hào)破乳劑的脫水效果進(jìn)行了試驗(yàn)。試樣取100ml原油乳狀液，含水21%，加藥量：100ppm，脫水溫度55℃。
　　
　　3.2破乳劑用量對(duì)脫水的影響
　　
　　表3.2破乳劑3010脫水效果試驗(yàn)數(shù)據(jù)(脫水溫度60℃)
　　　　圖3.1含水率隨破乳劑用量變化的曲線(xiàn)
　　由圖3.1可以看出，在相同的破乳劑的用量下，隨著脫水時(shí)間的增加，稠油脫水率增加。
　　3.3溫度對(duì)脫水的影響
　　加熱的目的是降低稠油粘度，以加速沉降速度，縮短沉降時(shí)間。另外，加熱還能增加系統(tǒng)能量，加快熱運(yùn)動(dòng)和水滴運(yùn)動(dòng)，增加水滴之間的碰撞次數(shù)，從而促進(jìn)聚集，提高脫水效果。
　　隨著溫度升高，脫水率明顯提高。這是因?yàn)榧訜峤档土嗽�油粘度，改變油水密度差。降低粘度可以減小水珠在原油中移動(dòng)時(shí)的摩擦力，對(duì)水珠的聚結(jié)和油水重力沉降分離很有利。另外由于原油與水的膨脹系數(shù)不同，經(jīng)過(guò)加熱二者的密度差增加，油水的沉降分離速度會(huì)提高。同時(shí)加熱降低了乳化膜的機(jī)械強(qiáng)度，有利于提高脫水效率。
　　由圖3.2可以看出，溫度在70℃和80℃時(shí)，90分鐘后的脫水率均為97.8%。因此可以認(rèn)為，70℃是坨82稠油的最佳脫水溫度。
　　3.4粘度對(duì)脫水的影響
　　隨著粘度的降低，相同時(shí)間內(nèi)，脫水率逐漸增加，因此在稠油中摻入稀油，降低原油的粘度可以改善稠油的脫水效果。降低粘度可以減小水珠在原油中移動(dòng)時(shí)的摩擦力，對(duì)水珠的聚結(jié)和油水重力沉降分離很有利。
　　3.4、時(shí)間對(duì)脫水的影響
　　從上面幾組數(shù)據(jù)和圖表都可以看出，隨著脫水時(shí)間的延長(zhǎng)，稠油脫水率提高。這是因?yàn)橛退�乳狀液與破乳劑經(jīng)過(guò)充分接觸混合，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)破乳以后，需要在一定容積的沉降設(shè)備中進(jìn)行沉降分離，使油水依靠密度差分離成層，由于油水的密度差較小，分離速度較慢，故需要有足夠地沉降分離的空間和時(shí)間來(lái)保證分離效果。
　　3.5分析
　　通過(guò)以上分析可以得出結(jié)論，破乳劑型號(hào)、破乳劑用量、稠油的粘度、脫水時(shí)間、脫水溫度均對(duì)稠油的脫水有著重要的影響。在這幾個(gè)因素中，稠油的粘度受到稠油性質(zhì)的影響，摻入稀油，受到稀油產(chǎn)量的影響，另外，摻入過(guò)多的稀油也會(huì)導(dǎo)致脫水過(guò)程中，燃料消耗及電力消耗的增加，脫水時(shí)間的減少。就目前國(guó)內(nèi)使用的稠油破乳劑而言，均存在著低溫性能差，破乳劑用量大，價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，例如，對(duì)江橋稠油加入150mg/L的H012破乳劑，80℃下處理48小時(shí)，油中含水為5%，85℃下處理44小時(shí)，脫水率可以達(dá)到0.96%。脫水時(shí)間受到油罐處理能力的影響，另外延長(zhǎng)脫水時(shí)間，會(huì)增加熱量的散發(fā)損耗，增加燃料的消耗。因此，提高脫水溫度，是目前大家普遍采用的做法。在提高溫度的過(guò)程中，如何減少燃料油消耗，如何減少熱量損失，是必須考慮的問(wèn)題。
　　4.熱化學(xué)脫水的改進(jìn)
　　4.1一般的熱化學(xué)脫水工藝
　　為了提升稠油的脫水溫度，在熱化學(xué)脫水工藝中，一般在二級(jí)沉降罐對(duì)稠油進(jìn)行循環(huán)加熱脫水。

　　　　相對(duì)于模式一來(lái)說(shuō)，模式二節(jié)省了一臺(tái)脫水泵，電力消耗有所降低，但是這兩種模式都存在一個(gè)問(wèn)題，二級(jí)罐的進(jìn)泵口一般都在1.5m至3m之間（為了增加罐的有效容量）由于油輕水重，水以及高含水油處于罐的底部，進(jìn)入脫水泵的水分比較多，勝利工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司的郭長(zhǎng)會(huì)工程師的一篇關(guān)于分離器研制的文章中指出，如果將被加熱原油的含水由80%降低到30%，加熱爐的熱負(fù)荷可以降低約80%。熱量的浪費(fèi)主要由于被加熱介質(zhì)含水高，水吸收并帶走了大量的熱量造成。水的平均比熱容為4.2kJ/(kg*K),原油的平均比熱容為2.1kJ/(kg*K)，把1kg的水提高1℃要比把1kg的油提高1℃多吸收一倍的熱量，為了保持水位高度，不斷的打底水，又使得熱量被水帶走。
　　4.2改進(jìn)后的熱化學(xué)脫水工藝
　　4.2.1比熱容和加熱爐出口溫度的關(guān)系。
　　由加熱爐的熱負(fù)荷Q=GC（T2-T1）
　　得
　　Q——熱負(fù)荷
　　C——比熱容
　　G——單位時(shí)間加熱的液量
　　T2——加熱爐出口溫度
　　T1——加熱爐進(jìn)口溫度
　　　
　　
　　
　　圖4.1比熱容和加熱爐出口溫度的關(guān)系
　　
　　由圖4.1可以看出，被加熱介質(zhì)的比熱越大，加熱爐出口的溫度越小，即被加熱介質(zhì)含水越低，加熱爐出口溫度越高。因此，以?xún)艋�油作為換熱介質(zhì)便可以解決這一個(gè)問(wèn)題。
　　4.2.2以?xún)艋�油作為換熱介質(zhì)的應(yīng)用
　　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的方法是把脫水泵的進(jìn)口改在凈化油罐上。
　　
　　
　　這種工藝把二級(jí)罐和凈化油罐整體做為一個(gè)換熱器，以?xún)艋�油做為換熱介質(zhì)，被加熱后進(jìn)入二級(jí)罐，提高二級(jí)罐油層的溫度，使稠油在二級(jí)罐內(nèi)脫水，脫水后的稠油溢流進(jìn)入凈化油罐，同時(shí)提高凈化油罐的溫度，實(shí)現(xiàn)三次沉降脫水。