石油基础知识--原油净化

石油基础知识－－原油净化世界上大部分油田是利用注水驱动方式开采的，因而从油井生产出来的油气混合物中常含有大量的水和泥沙等机械杂质，特别是油田的后期生产中，油井出水量可达其产液量的90％以上，泥沙等机械杂质亦多达1％～1.5％。

据统计，世界各油田所产原油的70～80％需进行脱水。

一、原油净化的必要性原油和水在油层内运动时，常携带并溶解大量的盐类，如氯化物（氯化钾、氯化钠、氯化镁、氯化钙）、硫酸盐、碳酸盐等。

在油田开发初期，原油中含水很少或基本上不含水，这些盐类主要以固体结晶形式悬浮于原油中。

进入中、高含水开采期时，则主要溶解于水中。

原油中含水、含盐、含泥沙等杂质会给原油的集输和炼制带来很多麻烦和危害，主要是：1、增大了液流的体积流量，降低了设备和管路的有效利用率，特别是在高含水的情况下更显得突出。

2、增加了输送过程中的动力消耗。

由于输液量增加，油水混合物密度增大，而且水还常以微粒水珠存在于原油中，形成粘度较纯原油显著增大的乳状液，使输油离心泵工作性能变坏，泵效降低，动力消耗急剧增大。

3、增加了升温过程中的燃料消耗。

原油集输过程中，为满足工艺要求，常对原油加热升温。

由于原油含水后输液量增加，而且水的比热约为原油的2倍，故在含水原油升温过程中燃料的消耗也将随原油含水量的增加而急剧增大，其中相当一部分热能白白消耗在水的加热升温上，造成燃料的极大浪费。

4、引起金属管路和设备的结垢与腐蚀。

当含水原油中碳酸盐含量较高时，会在管路、设备和加热炉的内壁上形成盐垢，减小管路流道面积，降低加热炉的热效率。

结垢严重时甚至能堵塞加热炉受热管的流道，造成加热炉爆炸。

当地层水中含有氯化镁、氯化钙、氯化铝、氯化钡时，会因水解放出对金属腐蚀性很强的氯化氢。

原油中所含的硫化物受热分解，会产生硫化氢，遇到水时硫化氢与铁反应生成硫化亚铁。

当有氯化氢存在时，硫化亚铁会再与氯化氢反应，这样交替反应的结果，就会使设备和管路受到强烈腐蚀。

另外，原油中所含的泥沙等固体杂质会使泵、管路和其他设备产生激烈的机械磨损。

5、影响原油炼制工作的正常进行。

由于上述种种原因，必须在油田上及时地对含水、含盐、含机械杂质地原油进行净化处理，使之成为合格地商品原油出矿。

由于原油中所含的盐类和机械杂质大部分溶解或悬浮于水中，原油的脱水过程实际上是降低原油含盐量和机械杂质的过程。

SY7513-88《出矿原油技术条件》规定了出矿合格原油的质量含水量，其指标列于表3－1。

原油进常压蒸馏装置前，还需进一步脱水、脱盐，国内外较先进的炼厂要求进装置的原油含水不大于0.1％，含盐量不大于3～5mg/L。

当原油含盐量达不到规定指标时，常先向原油中掺入2～5％（与原油的质量比）的淡水，对原油进行洗涤，使以固体结晶形态存在的盐类溶解于水中，然后再脱水，使原油含盐量降低至允许的范围内。

表3－1 出矿原油技术条件项目原油类别试验方法石蜡基石蜡－中间基中间基中间－石蜡基中间－环烷基环烷基环烷基－中间基关键组分分类含水量（重）％不大于0.5 1.0 2.0 GB260盐含量，mg/L 实测GB66532饱和蒸气压，kPa 在储存温度下低于油田当地大气压GB11059注：①原油的储存、运输按SY2000执行②原油的取样按GB4765二、原油脱水的基本方法原油与水互不相容，物理、化学性质均有较大差异。

但是，由于原油与水并非简单地混和在一起，而是处于相当稳定地乳状液状态，不能采用一般的分离方法就能把水从原油中脱出，因而多年来人们研究了多种原油脱水工艺技术。

原油脱水的基本方法与原理如下：1、沉降分离脱水水滴在原油中的沉降速度受油品粘度、水滴微粒直径等影响，斯托克斯（Stokes）定律描述了沉降分离的基本规律：（3－1）式中——水滴均匀沉降速度，m/s；——水滴直径，m；——原油粘度，Pa·s；、——分别为水和油的密度，kg/m3。

由公式（3－1）可以看出，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；与原油粘度成反比。

以该公式为指导，人们研究出如下提高油水分离效率的方法：（1）增大水滴直径的方法。

如添加化学破乳剂，降低乳状液的稳定性；采用高压电场处理油包水型（W/O）乳状液；利用电磁场对W/O型乳状液进行交变振荡破乳；利用亲水憎油固体材料使W/O型乳状液的水滴在其表面湿润。

（2）扩大水、油密度差的方法。

如选择合适的温度，使油、水密度差增大；在油气分离过程中，降低压力，使原油中少量的气泡膨胀，密度降低。

（3）降低原油粘度的方法。

如采用加热的方法，以降低原油粘度。

（4）采用旋流分离器，提高油水分离速度。

2、原油热化学脱水热化学脱水是在一定条件下向原油乳状液中添加化学破乳剂，使其到达原油乳状液的油水界面上，降低界面张力，破坏油水的乳化状态，破乳后的水珠相互聚结并沉降分离。

热化学脱水是目前各油田广泛采用的原油脱水方法之一。

3、原油电脱水原油电脱水是利用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，原油中的水珠相互合并，粒径增大，从原油中沉降分离出来。

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。

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；在直流电场中，除发生偶极聚结外，电泳聚结起主导作用；在交直流二重电场中，上述数种聚结都存在；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，可平稳操作和节约电能。

电脱水法一般适用低含水量的原油脱水。

4、润湿聚结破乳脱水润湿聚结破乳脱水主要是采用一种不易为油所润湿的固体材料，利用这种材料的特性使原油中的水珠在固体材料表面聚结，达到破乳目的。

润湿聚结仅对稳定性差的W/O型乳状液的水珠或游离水起作用，采用时必须先向乳状液中添加化学破乳剂，且多用在将高含水原油处理为低含水原油的过程中。

第二节原油乳状液原油中所含的水分，有的在常温下用简单的沉降法短时间内就能从原油中分离出来，这类水称为游离水；有的则很难用沉降法从油中分离出来，这类水称乳化水，它与原油的混合物称油水乳状液，或原油乳状液。

乳化水需专门的措施才能脱出。

一、原油乳状液的类型和鉴别方法两种（或两种以上）不互溶（或微量互溶）的液体，其中一种以极小的液滴分散于另一种液体中，这种分散物系称为乳状液。

乳状液都有一定的稳定性。

原油和水构成的乳状液主要有两种类型：一种是水以极微小的颗粒分散于原油中，称为“油包水”型乳状液，用符号W/O表示，此时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，故又称连续相；另一种是油以极微小颗粒分散于水中，称为“水包油”型乳状液，用符号O/W表示，此时油是内相，水是外相。

此外，还有多重乳状液，油包水包油型、水包油包水型等，分别以O/W/O和W/O/W表示。

除油田开发的高含水期外，世界上各油田所遇到的油水乳状液绝大多数属于油包水型乳状液，其内相水滴的直径一般在0.1微米以上，在普通显微镜下可观察到内相液滴的存在。

图3－1即为油水乳状液的显微照相图。

由图看出，油水乳状液内相颗粒直径大小不等，分布也很紊乱。

以下将着重讨论W/O型原油乳状液。

油水乳状液的类型可用染色法、冲淡法、电导法和显微镜观察等方法确定。

染色法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颜色，则说明连续相为油，即为W/O型，若只有分散的液滴呈染料的颜色，则说明分散相为油，即为O/W型。

染色法用于鉴别常为黑色的原油乳状液有一定困难。

冲淡法是根据乳状液易为连续相液体所冲淡的特点来确定乳状液的类别。

鉴别方法是将两滴乳状液分开放在玻璃板上，取形成此乳状液的两种液体——油和水，分别滴在两滴乳状液中，轻轻搅拌，易于和乳状液搀和者则为连续相介质。

电导法是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，在显微镜下也容易确定乳状液内相介质的类型。

二、形成原油乳状液的必要条件形成稳定乳状液必须具备下述条件：1、系统中必须存在两种以上互不相溶（或微量相溶）的液体；2、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；3、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。

三、原油乳状液的生成和预防措施原油中含水并含有某些天然乳化剂是生成原油乳状液的内在因素。

原油中所含的天然乳化剂主要有沥青、胶质、环烷酸、脂肪酸、氮和硫的有机物、石蜡、粘土、砂粒等。

它们中的多数具有亲油憎水性质，因而一般生成稳定的W/O型原油乳状液。

原油与水在油层中向井底流动时，其速度很慢，一般不会产生乳状液。

当油水混合物沿油管由井底向地面流动时，随着压力的降低，溶解在油中的伴生气不断析出，气体体积不断膨胀，从而会对油、水产生破碎和搅动作用。

当油、气、水混合物通过自喷井油嘴时，流速猛增，压力急剧下降并伴随有温度的降低，使油水充分破碎，形成较为稳定的乳状液。

在可能的情况下，提高油田地面集输系统和油气分离器的压力，减小油嘴前后压差，有助于减少乳状液的生成。

油、气、水在地面集输过程中，多相混输管路、离心泵、弯头、三通、阀件等均会对混合物产生搅动，促使乳状液的生成。

因而，在地面集输系统的规划、设计和日常操作管理中应尽量避免混合物的激烈搅动。

如管径不宜太小；尽量减少弯头、三通、阀件等局部阻力；能利用地形输送的地方不要用泵；往复泵效率高、速度低，从防止乳状液生成的角度衡量优于离心泵；尽早分出混合物中的伴生气；注意各种阀门，特别是油气分离器排液阀的严密性等等。

四、原油乳状液的性质原油乳状液的主要物理－化学性质有：分散度、粘度、密度、电学性质和稳定性等。

1、分散度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，也常用内相颗粒平均直径或内相颗粒总表面积与总体积的比值，即比表面积表示。

按分散度的大小不仅可以区别乳状液、胶体溶液和真溶液，而且乳状液分散度的大小还直接影响到它的其他性质。

因而，分散度是乳状液的重要性质之一。

2、粘度影响乳状液粘度的因素很多，主要有：（1）外相粘度；（2）内相的体积浓度；（3）温度；（4）乳状液的分散度；（5）乳化剂及界面膜的性质；（6）内相颗粒表面带电强弱等。

此外，有的文献认为，内相粘度对乳状液的粘度也有一定影响。

原油粘度越大，生成W/O型乳状液后其粘度也越大。

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。

原油乳状液粘度随含水率的变化却呈现较为复杂的关系。

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；当含水率超过某一数值时，粘度又迅速下降，此时W/O型乳状液相为O/W型或W/O/W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大。