稠油掺稀脱水工艺室内实验研究.pdf

集输处理安文鹏等：稠油掺稀脱水工艺室内实验研究 油气田地面工程 http:/ 稠油掺稀脱水工艺室内实验研究 安文鹏 1 郭长会 2 吕宇玲 3 刘慧英 2 赵坤 4 訾晓晨 5 摘要：稠油掺稀油是稠油脱水的有效方法，通过掺稀油可以降低稠油的黏度和密度， 加快脱水。掺稀工艺不同、掺稀比例不同，沉降效果和加热能耗也不同。以两种性质 不同的稠油和稀油为原料，通过室内静态和动态实验，比较了进站预掺混和脱水后再 掺混两种工艺的优劣性。研究结果表明，进站预掺混工艺显著增加了乳化水的含量， 强化了脱水难度；脱水后再掺混工艺比进站预掺混工艺的脱水效果更好，也更节能。 关键词：稠油；掺稀；脱水；工艺；能耗 Doi:10.3969/j.issn.1006-6896.2016.12.013 Indoor Experimental Study on the Dehydration Process of Blending Light Oil in Heavy Crude Oil An Wenpeng，Guo Changhui，Lv Yuling，Liu Huiying，Zhao Kun，Zi Xiaochen Abstract：Blending light oil in heavy crude oil can reduce the viscosity and density of heavy crude oil and quicken dehydrationDifferent processes and ratios of blending light oil can re- sult in different dehydration effect and energy consumption By using heavy crude oil and light oil which have different physical properties，indoor static and dynamic experiments were performed to compare the advantages and disadvantages of the processes of blending light oil before and after dehydrationThe experiments show that the process of blending light oil be- fore dehydration increases the content of emulsifying water observably and intensifies the de- gree of difficulty in dehydrationBlending light oil after dehydration has better effect and uses less energy than that before Key words：heavy crude oil；blending light oil；dehydration；process；energy consumption 胜利油田稠油资源丰富，集输处理稠油量大。 由于稠油采出液含水率越来越高，稠油中胶质和沥 青质等乳化剂的存在使油水乳状液具有很好的稳 定 性 1- 2。采用传统的稠油热化学沉降脱水工艺， 存在脱水温度高、破乳剂加药量大、药剂不易分 散、沉降时间长等问题，很难快速达到脱水目标 3-4。 为了解决这些难题，部分稠油处理站采用了站内掺 稀油的方式进行稠油脱水 5-6。稠油掺稀可以降低 稠油的黏度和密度，是加快稠油脱水的有效方 法 7-8。稠油掺稀工艺不同、掺稀比例不同，沉降 效果和加热能耗也不同。因此，选择合理的掺稀位 置，设计最佳掺稀工艺对提高稠油脱水效率，降低 稠油处理成本具有重要意义。 1稠油掺稀脱水工艺 （1） 进站预掺混工艺是稠油掺稀脱水的传统工 艺，该工艺的主要流程为井排来液进站后直接进行 掺稀，通过混合器混合均匀后再依次进入三相分离 器、加热炉和沉降罐等设备进行稠油脱水，主要流 程如图 1所示。 （2） 脱水后再掺混工艺是在进站预掺混工艺的 基础上进行的流程改进。工艺流程为井排来液进站 后不直接进行掺稀，而是先经过三相分离器脱水， 在三相分离器后端通过掺稀油布液器进行掺稀，再 进入加热炉和沉降罐等设备，流程如图 2所示。该 工艺是在井排来液含水率高，液量和水量大，但是 大部分乳化水与原油的乳化程度较低，形成的乳状 1中石化石油工程设计有限公司2中石化节能环保工程科技有限公司3中国石油大学 （华东） 4辽河油田建设工程公司5河北华北石油港华勘察规划设计有限公司 40 万方数据 第 35卷第 12期 （2016.12）集输处理 油气田地面工程 http:/ 液稳定性差，容易出现油水分层情况下进行的工艺。 2室内实验 2.1原油物性 实验采用胜利油田某联合站的稠油和稀油，稠 油 密 度 （20 ） 为 0.990 6 g/cm 3， 稀 油 密 度 （20 ） 为 0.941 2 g/cm 3，稀油含水率可忽略；稠 油和稀油的原油黏度与温度关系如图 3所示。 图 3原油黏度与温度关系曲线 2.2乳状液的配制 采用 S7401-型无极调速电动搅拌器，剪切 速率约为 1 000 r/min。由于进站来液为综合含水率 90%、乳化含水率 33.35%的稠油乳状液，所以根据 现场情况按照掺稀比 （稀油质量稠油质量） 分别 为 0 （不掺稀） 、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 配制进站 后掺稀乳状液。现场三相分离脱水时间为 1 h，与 现场三相分离脱水相对应。 通 过 实 验 可 以 得 到 进 站 后 掺 稀 乳 状 液 在 60 、破乳剂加药量为 200 mg/L （按纯油量计） 的工况下沉降脱水 1 h的含水率，如表 1所示。 掺稀比为 0 时的进站后掺稀乳状液沉降脱水 1 h 的含水率为 39.84%，以此含水率为基准按照掺 稀比分别为 0、1.0、1.5、2.0、2.5配制脱水后掺稀 乳状液，配制好的乳状液含水率如表 1所示。 表 1不同工艺配制乳状液的含水率 掺稀比 0 1 1.5 2 2.5 进站后掺稀乳状液含水率/% 39.8 59.9 35.2 25.9 23.2 脱水后掺稀乳状液含水率/% 39.8 24.9 20.9 18.1 15.9 2.3静态实验方法 参照 原油破乳剂使用性能检测方法 （瓶试 法）（SY/T 52812000） 进行原油破乳特性实 验，其具体方法为：将80 mL原油乳状液倒入100 mL 具塞比色管中，在实验温度下恒温静置 15 min 后， 加入 10 mg/mL 的破乳剂，然后取出，手摇 200 次 （左右手各 100 次） ，再置于恒温水浴中开始计时， 记录不同时间的脱水量。 2.4动态实验系统及方法 动态实验流程如图 4 所示，管径为8 mm 1 mm，整个实验系统可通过加热装置控温。 实验流速为 0.2 m/s，在进行进站预掺混工艺实 验时，首先关闭阀门 2，将进站后掺稀乳状液装入 原油乳状液罐中，加入破乳剂搅拌均匀，然后启动 计量泵，原油乳状液经过三相分离器 （Veff=35 L） 后进入一次沉降罐 （Veff=75.4 L） 和二次沉降罐 （Veff=75.4 L） 进行沉降脱水。在实验过程中，从 取样口 1、2和 3取样，蒸馏测得原油含水率。 图 1进站预掺混工艺主要流程 图 2脱水后再掺混工艺主要流程 41 万方数据 集输处理安文鹏等：稠油掺稀脱水工艺室内实验研究 油气田地面工程 http:/ 在进行脱水后再掺混工艺实验时，关闭阀门 1 和三相分离器油相出口阀门，将脱水后掺稀乳状液 装入原油乳状液罐中进行实验。 3实验结果分析 3.1采用进站预掺混工艺对稠油脱水的影响 在配制进站后掺稀乳状液时发现，在搅拌强度 相同的情况下，掺稀比为 2.0和 2.5时，游离水可全 部掺入，而掺稀比为 0、0.5、1.0和 1.5时配制的乳 状液均有不同质量的游离水无法掺入，这就导致不 同掺稀比下的稠油当量含水率不同，如表 2 所示。 掺稀油对稠油含水具有稀释作用，使混合原油的含 水率降低，稠油当量含水率为除去稀油稀释作用后 稠油含水率情况；在稀油含水率可忽略的情况下， 稠油当量含水率可通过下式计算 9 h= 100 () + 1 t 100 - t 1 + () + 1 t 100 - t （1） 式中：h稠油当量含水率，%； t掺稀后混合原油乳化含水率，%； 掺稀比，无量纲。 表 2进站后掺稀乳状液含水率 掺稀比 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 混合原油乳化含水率/% 45.8 65.7 69.7 75.8 75.0 72.0 稠油当量含水率/% 45.8 74.2 82.1 88.7 90.0 90.0 由表 2可知，掺稀时比不掺稀时的稠油当量含 水率增幅巨大；稠油当量含水率随掺稀比的增大而 增大，当掺稀比大于 2.0 时，稠油当量含水率保持 90%不变。这是因为进站来液含水率高，随着掺稀 量的增加，混合原油黏度减小，同时分散的胶质和 沥青质作为天然乳化剂，增强了混合原油的油水乳 化性，使游离水更容易与混合原油进行乳化。当掺 稀量增大到一定程度，游离水可以全部乳化进混合 原油，稠油当量含水率随之保持不变。由此说明， 采用进站预掺混工艺显著增加了乳化水的含量，强 化了脱水难度。 3.2两种掺稀工艺沉降脱水加热能耗对比分析 根据图 1、图 2 中两种掺稀工艺的主要流程， 原油乳状液三相分离后的含水率即为进入加热炉加 热升温时的含水率，与现场流程相对应，表 1中两 种乳状液的含水率和图 4 中取样口 1 处的原油含水 率相当于加热升温时的含水率，如图 5所示。由于 脱水后再进行掺混工艺动态实验时取样口 1处的含 水率与原油乳状液罐中原油乳状液的含水率相同， 因此动态和静态实验的脱水后掺稀乳状液的含水率 相同。 图 5加热升温时含水率与掺稀比关系曲线 图 6两种掺稀工艺乳状液的Nj 图 4动态实验系统流程图 42 万方数据 第 35卷第 12期 （2016.12）集输处理 油气田地面工程 http:/ 由图 5可知，随着掺稀比的增大，混合原油含 水率减小；相同掺稀比下，动态和静态实验的进站 后掺稀乳状液都明显比脱水后掺稀乳状液加热升温 时的含水率高，并且掺稀比越小，含水率差值越 大。原油含水率不同，沉降脱水时的加热能耗不 同。单位原油的沉降加热能耗Nj计算如下 10 Nj= Co+ 100 - Cw()T - T0（2） 式中：原油含水率，%； T0原油加热升温前温度，； T原油沉降脱水温度，； Co原油的比热容，kJ/(kg)； Cw水的比热容，4.2 kJ/(kg)。 由于稠油含水的水质基本相同，稠油处理过程 中三相分离温度和沉降脱水温度不变，因此可以认 为Cw、T0、T始终保持不变。这样，单位原油的 沉降加热能耗Nj主要由混合原油含水率和比热 容Co决定。而Co主要受掺稀比的影响，掺稀比不 同，混合原油比热容随之改变 11。 根据式 （2） ，在掺稀比相同的情况下，Co相 同，进站后掺稀乳状液的单位原油沉降加热能耗 Nj1与脱水后掺稀乳状液的单位原油沉降加热能耗 Nj2的差值Nj为 Nj= Nj1- Nj2= Cw()T - T0 1- 2 ()100 - 1()100 - 2 （3） 式中：1进站后掺稀乳状液的含水率，%； 2脱水后掺稀乳状液的含水率，%。 以T0=60 、T=80 为例，根据图 5 中两种 掺稀工艺乳状液的含水率计算得到Nj，如图 6所 示。由于Nj为正值，因此不管是动态实验还是静 态实验，进站后掺稀乳状液都要比脱水后掺稀乳状 液单位原油的沉降加热能耗高，并且掺稀比越小， 两种乳状液的加热能耗差值越大。结合对图 5的分 析可推知，相同掺稀比下，原油含水率增大， 单位