高效離心萃取設備高含水原油靜電聚結脫水技術研究

介紹了一種新型高效的適用于高含水原油的靜電脫水裝置，尤其適用于海上石油平臺.該設備利用靜電聚結原理，容器內置絕緣電極，利用電場作用加速油水分離，顯著提高油水分離效率，特點是能在產液含水高達95%以上的工況下正常工作。實驗室研究以及工程樣機在流花11-1油田PPSO現場試驗的結果證明，該技術適應性強，其分離效率可較常規分離技術提高50%以上。采用該技術可以簡化原油處理流程、減小處理設施尺寸和重量，為海上現有油田適應增產改造，高含水油田、邊際油田和深水油田開發提供新的技術支持。

????目前海上油田常規原油脫水處理流程(尤其重質原油)，通常包含“自由水分離器+熱化學脫水+電脫水器”三部分，其主要缺點是停留時間較長，設備體積龐大沉重，直接或間接投資成本較高。海洋石油開發后期產液(尤其產水和乳化液)大幅增加，且油田調整項目增多，大量新設施生產物流需要介入老設施進行處理，要對己建平臺原油處理設備升級改造以適應開發需要，但改造方案往往受平臺空間緊張和建造成本限制，必須提高原有設備效率或采用更加高效的設備，減小設備尺寸。另外，對于邊際油田(尤其重質原油)，常規原油處理和水處理需要多級設備，直接或間接投資成本較高，急需高效設備提高油田開發的經濟性。未來?？偵钏吞镩_發多用到浮式平臺，對重量非常敏感，使用緊湊高效的設備、簡化原油處理流程勢在必行。

鑒于海上油田開發對高效緊湊油水處理設施的迫切需求，對新型高效油水分離技術進行了實驗室研究和現場試驗，并最終研制開發高含水靜電聚結脫水器。該設備是一種新型高效的油水分離器，其利用靜電聚結原理，容器內置專利技術的絕緣電極，利用電場的作用加速油水分離，大大提高了油水分離效率，尤其可在產液含水高達95%以上的工況下正常工作。實驗室研究和工程樣機在流花11-1油田PPSO現場試驗的結果證明，該技術適應性強，其分離效率可較常規分離技術提高50%以上。本文將從靜電聚結脫水機理、設備研制、實驗室和現場試驗脫水效果、工業化應用探索等方面對靜電聚結原油脫水技術進行詳細介紹。

1靜電聚結原油脫水機理.

靜電聚結原油脫水技術，是在重力沉降的基礎上，通過電場作用使原油中的小水顆粒加速聚結成較大粒徑的水顆粒，從而加速油水沉降分離，提高脫水效率。在原油乳狀液破乳脫水方式中，靜電聚結脫水是應用最廣泛的一種，電場中水滴的聚結、沉降是一個復雜的過程，電場形式、電場強度、電場停留時間、溫度等因素影響靜電聚結脫水效率。目前靜電聚結技術主要是在電脫水器應用，含水率限制在30%以內，主要是高含水會導致極板間短路f}l。將靜電聚結脫水技術應用于高含水原油，其核心在于使用適應高含水工況的復合絕緣電極，對電極絕緣材料的性能、耐壓情況、絕緣電極的結構、油水分離器的結構和供電方式都有更高的要求。

2靜電聚結脫水工藝流程及產品設計

????課題研究的重點集中在適應高含水工況的復合絕緣電極研究及高效靜電聚結分離器的整體研發。首先對實驗用絕緣材料進行考察、篩選和性能測試，對選定的絕緣材料進行與金屬結合工藝的試驗，摸索制備工藝條件，制備出合格復合電極;接下來用秦皇島32--6油田的原油，開展了實驗室靜態和動態靜電聚結試驗研究，考察含水量、溫度、時間、電壓等因素對脫水效果的影響，并對其進行優化，考察靜電聚結技術對不同原油的適應性，考察絕緣層厚度對脫水效果的影響，確定最佳的靜電聚結工藝參數。

????根據實驗室研究結果進行工程樣機設計和絕緣電極放大設計以及設備的加工制造，并進行現場試驗;根據現場試驗情況，優化工程樣機結構設計，最終完成靜電聚結原油脫水工藝流程和產品設計。

課題研發的高含水原油靜電聚結器結構如圖1所示:油水分離罐頂部外置氣包單獨除氣，內部自下而上設置水相區、弱電場區、中強電場區、強電場區，能夠處理任意氣液比、任意含水率乳化液，提高三相分離效率，提高設備穩定性，縮小設備尺寸，降低排水含油。

3靜電聚結原油脫水實驗室/現場試驗主要結論

????研究過程中，選取了具有代表性的秦皇島32-6油田原油和生產水，通過實???室研究和小型產品化樣機性能試驗等手段，不斷優化產品結構、操作參數和工藝流程，設計加工了小型產品化工程樣機，在流花11-1油田PPSO上進行了海上現場試驗。實驗室/現場試驗主要結論如下:

????(1)靜電聚結原油脫水實驗室研究結果表明，該技術對20%-98%范圍內含水原油乳化液都有很好的脫水效果，用于井流初級分離，能有效提高設備處理能力或減小設備體積。在相同的處理量下，使設備體積較常規分離器減小50%以上;或相同條件下，比常規分離器處理能力提高50%以上。

????(2)根據實驗室研究，在與秦皇島32-6油田現場實際工況相同的處理條件下(溫度65℃~?70℃，停留時間10min )，含水85%的原油乳化液經過靜電聚結一級處理后脫后含水可低于5%，遠好于油田現場傳統分離方法中一級脫后含水50%-56%，二級脫后含水20%-25%的現狀。高效離心萃取設備高含水原油靜電聚結脫水技術研究

????(3)在流花11-1 PFSO上進行了工程樣機試驗，并與現場自由水分離器的分離效果進行對比。在其它工況條件相同的情況下，當停留時間均為40min時，靜電聚結脫水設備脫后含水均小于2%，最低含水量為0.7%，遠好于現場自由水分離器脫后含水16%的生產現狀;將停留時間縮短至自由水分離器的1/4，脫后含水不大于8.5%，比自由水分離器脫后含水降低51%0

????(4)工程樣機海上試驗結果表明，靜電聚結脫水技術對高含水(80%-98%)井液含水量波動具有很強的適應性，油水分離后，脫后含水有時可以低至0.7% 。

(5)工程樣機試驗過程中，樣機處理井液能力為10~40m3/h，變壓器一次側電流小于1A，功率小于500W，按一年開工8 400h計算，年耗電量不足4 200kW}h，非常節能。

4靜電聚結原油脫水技術特點

????試驗結果表明，靜電聚結技術能夠大大提高原油脫水效率。與傳統分離技術相比，該技術有四個突出的特點:

????(1)電場放置在主體重力沉降分離器設備的內部，電極能夠適應高含水原油;

????本技術特點之一是采用了復合電極，即絕緣電極。施加的高壓電作用在絕緣層內的金屬上，通過絕緣層的靜電感應產生感應電壓，在感應電壓作用下，物料中水滴極化變形一碰撞聚結一沉降，完成油水分離過程。該技術一方面具備電場作用，加速水滴聚合和沉降分離的速度，另一方面避免了常規裸電極容易產生電流，導致變壓器電流超高、甚至跳閘的現象。因此可以應用于高含水物料，提高油水分離效率，避免運行安全隱患。高效離心萃取設備高含水原油靜電聚結脫水技術研究

????(2)采用了氣液分離與油水分離單獨進行的技術;

????高含水油田含氣量高，而且氣量變化較大，常規的三相分離是油氣水分離同時進行，設備頂部除氣，下部進行油水分離。這樣容易造分離器內部物料波動大，從而界位波動大，影響分離效果。本技術采用氣液分離和油水分離分開單獨進行，保證進入油水分離器內部物料平穩，界位控制效果理想，提高油水分離效率;同時油水單獨進料為進料和分布方式提供多樣化選擇余地。

????(3)采用了電壓連續可調技術;

????本技術采用創新的脈沖變壓器，該變壓器具有電壓連續可調功能，為生產操作帶來更大調節空間。可以根據原料性質(如含水量)不同方便地設定最合適的電壓，取得更好的分離效果。

????(4)采用了相關安全保障技術。

首先是本項技術的復合電極系統本質安全，避免常規電場的導電和放電風險;其次采用油水分離罐底部與氣液分離罐聯通技術，保證油水分離器內不存在氣相空間，電極系統完全浸沒于液相;最后采用低液位控制技術。所有上述安全保障技術保證該設備運行安全性。高效離心萃取設備高含水原油靜電聚結脫水技術研究

5結論

????該項技術可顯著提高油水分離效率，達到簡化處理流程、減小處理設施的目的。目前，海上油田開發后期產液(尤其產水和乳化液)大幅增加，一些調整油田含水也較高，另外深水油田開發多用到