第六章 原油及水处理系统

4、脱出水的含油率
5、最佳用量
6、低温脱水性能
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破乳剂脱水的优缺点 优点 1、在系统内较早注入可防止乳状液的形成； 2、可在较低温度下脱水，节约燃料，降低 原油蒸发体积损失以及因原油密度增大的经 济损失。 缺点 1、注入破乳剂剂量过多时，可生成新的、 稳定性更高的乳状液； 2、若破乳剂量较大时，仅靠其脱水费用过 高。
3、乳化剂
乳化剂：使乳状液稳定的物质 作用：吸附在油－水界面上，形成吸附层
（ 1）使油水界面的界面张力下降，减少了剪切水相变为小水滴所需 的能量，也减小了使水滴聚结、合并的表面能； （ 2）若吸附层具有凝胶状弹性结构，在分散相液滴周围形成坚固、 有韧性的膜，阻止水滴碰撞中的聚结、合并、沉降 （ 3）若乳化剂为极性分子，排列在水滴界面上形成电荷，使水滴相 互排斥，阻止水滴合并沉降。
• 油水乳状液类型的判别方法
鉴别方法
染色法
说明
往乳状液中加入油溶性染料，轻轻搅动，若乳状液呈 现染料的颜色，则外相是油，乳状液是W/O型；若分散液 滴呈染料颜色，则分散相是油，为O/W型。 将两滴乳状液分别滴在玻璃板上，然后将形成该乳状 液的油和水，分别滴在两滴乳状液中，轻轻搅拌，易于和 油混合者为W/O型；易于和水混合者为O/W型。
剪切速率 27 81 27 81 81
6 7
40 40
27（加药） 81（加药）
四、石油生产中乳状液的生成和预防
1、原油乳状液的生成 原油中含水，并含有足够数量的天然乳化剂，一
般生成稳定的W/O型原有乳状液。
原油中所含的天然乳化剂：
胶质、沥青质、环烷酸、脂肪酸、氮和硫的有机
物、蜡晶、粘土、砂粒、铁锈、钻井修井液等。 另外，原油生产中使用的缓蚀剂、杀菌剂、润湿 剂和强化采油的化学药剂都是生成乳状液的乳化剂。
和ρ w，原油乳状液的密度可按下式确定：
Vo o Vw w ＝ o 1 w Vo Vw
3、乳状液粘度
外相粘度
内相体积浓度（含水率）
温度
影响因素
分散相颗粒
乳化剂及界面膜性质
内相颗粒表面带电强弱
曲线 1 2 3 4 5
温度/℃ 40 40 50 50 70
原油处理的目的
• 降低原油密度 原油密度是原油质量和售价的的重要依据，原油
含水增大了原油密度，原油售价降低，不利于卖方。
• 降低燃料费用
原油含水增大了燃料消耗、占用了部分集油、加
热、加工资源，增加了原油生产成本。
原油处理的目的（续）
降低原油粘度和动力费用。
相对密度 0.876的原油，含水增加 1 ％，粘度增大 2％； 相对密度0.996的原油，含水增加1％，粘度增大4％；
（4）脱除水中含油率
影响因素
（1）破乳剂的选择和用量
（2）油水混合物的性质
（3）配液管工艺设计 （4）原油中所含溶解气的析出
• 重力沉降脱水的优缺点 优点：1、进罐混合物无需加热，节省燃料； 2、操作简单，要求自控水平低； 3、原油轻质组分损失少，原油体积、密度 变化小。 缺点：1、不适用于气油比大的原油乳状液； 2、不适用于海洋原油处理； 3、投资、检查、维护费用较高； 4、热损失较大； 5、存在截面流动不均、短路流及流动死区。
水相盐含量
pH值
• 分散相颗粒
粒径越小、越均匀，越稳定； 粒径大小还表示乳状液受搅拌的强烈程度。
• 外相原油粘度
分散相的平均粒径愈大——稳定性差 乳化水滴的运动、聚结、合并、沉降愈难 ——增大了乳状液稳定性
粘度越大
• 油水密度差
密度差愈大，油水容易分离——稳定性较差。
• 界面膜和界面张力
乳化剂构成的界面膜，阻止水滴碰撞合并，维持 乳状液的稳定性。
在具有活泼氢起始剂引发下、有催化剂存在时，按一定
程序聚合而成。
非离子型破乳剂的优点
用量少 不产生沉淀 脱出水中含油少 脱水成本低 非离子型破乳剂的类型 水溶性：可配制成任意浓度的水溶液
油溶性：净化油的能力比水溶性的高，脱出水含油高
混合型：能增加使用的灵活性
• 破乳剂的评价
1、脱水率
2、出水速度
3、油水界面状态
四、加热脱水
• 脱水原理 提高加剂油水混合物的温度，加速乳状液破乳
和油水分离。
• 加热脱水的原则 1、尽可能降低加热脱水温度； 2、加热前尽可能脱除游离水，减少无效热能消耗； 3、有废热可利用场合，优先利用废热加热乳状液； 4、尽可能一热多用，节省燃料。
聚集在一起，但界面膜连续没有破裂，水滴没
有合并成大水滴。显微镜下观察到：水滴絮凝 在一起呈鱼籽状。
一、常用术语 3、聚结 小粒径水滴合并成大粒径水滴，并在规定时间 内沉降至容器底部水层的过程——聚结。 聚结时间估算 d ——起始粒径；
0
d d t 6 K s
j
j 0

• 油嘴装在井底
（2）深井泵采油
• 防止抽油机固定阀、游动阀、柱塞漏泄产生激烈搅 动
• 选择较大尺寸的固定阀和游动阀、并用气锚（使气 体进入油套环空内的装置），避免气体进入泵筒内 • 提高深井泵容积效率
• 往油井油套环空内注入破乳剂
能有效地阻止原油在井内乳化，还能使油井增产。
（3）气举井 产生乳状液的场所：井口，气举气进入油管处 间歇气举：井口、地面管网内产生乳状液； 连续气举：注气点产生 （4）地面集输管网 • 集输过程促成乳状液生成的因素 多相混输管路、离心泵，弯头、三通、阀件等 对混合物产生的搅拌。
2、消除水滴间的静电斥力，使水滴絮凝 3、有聚结作用 4、能润湿固体，防止固体粉末乳化剂构成的界面 膜阻碍水滴聚结。
• 破乳剂类型
1、离子型破乳剂 溶于水时，能电离生成离子。 按其在水溶液中具有表面活性作用的离子电性， 可分为阳离子、阴离子和两性离子等类别。
2、非离子型破乳剂
以环氧乙烷、环氧丙烷等有机合成原料为基础，
第六章 原油及污水处理系统
• 原油乳状液 • 原油处理的基本方法 • 原油处理设计 • 油田污水处理
概述
• 目前全国各油田绝大部分开发井都采用注水开发
方式开采石油。从油井产出的油气混合物内含有
大量的采出水和泥砂等机械杂质。世界上所产原
油的90%以上需进行脱水。 • 对原油进行脱水、脱盐、脱除泥砂等机械杂质， 使之成为合格商品原油的过程——原油处理，国 内常称原油脱水。
分散于另一种液体中
• 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
2、界面能和界面张力
• 不平衡力场作用下，液体表面
有自动缩小的趋势；
• 在恒温恒压下，物系有自动向 自由能减小方向进行的趋势； • 油水形成乳状液时，接触界面和界面能都很大， 分散相液滴会自发地合并，缩小界面面积使界面 能趋向最低。
（4）固体粉末聚集在油水界面上构成坚固而稳定的薄膜，阻碍分散 相颗粒碰撞时的合并，是乳状液稳定的又一机理。
三、乳状液的性质
1、稳定性 乳状液稳定性：是指乳状液抗油水分层的能力。 影响原油乳状液稳定的因素： 分散相颗粒 油水密度差 外相原油粘度 界面膜和界面张力
老化
温度
内相颗粒表面带电
原油类型
相体积比
2、防止稳定乳状液生成措施
• 尽量减少对油水混合物的剪切和搅拌
• 尽早脱水 （1）自喷井 产生乳状液的原因： 油水混合物沿油管向地面流动，随着压力降低， 气体析出膨胀，对油、水产生破碎和搅动。 混合物流过喷嘴时，流速猛增，压力急剧下降， 使油水充分破碎，形成较为稳定的乳状液。
油嘴前后乳化水含量
取样位置 分析次数
三、重力沉降脱水
•游离水脱除器 与三相分离器的主 要区别：根据油水混合 物内的水量来确定大小。
• 沉降罐 1、结构
2、工作原理 水洗 沉降
3、沉降罐工作效率的衡量标准及影响因素 衡量标准
（1）沉降时间 油水混合物在罐内的停留时间，表示沉降罐处 理油水混合物的能力；
（2）操作温度
（3）原油中剩余含水率
• 老化
反映了时间对乳状液稳定性的影响。
• 内相颗粒表面带电
内相颗粒界面上带有同种电荷是乳状液稳定的重 要原因。
• 温度
提高温度可降低乳状液的稳定性：
①降低外相原油粘度； ②提高乳化剂的溶解度，削弱界面膜强度； ③加剧内相颗粒的布朗运动，增加水滴碰撞合并的几率。
• 原油类型
决定了原油内所含天然乳化剂的数量和类型。
环烷基和混合基原油乳状液稳定，石蜡基原油乳状液稳 定性较差。
• 相体积比 增加分散相体积使乳状液稳定性变差。
• 水相盐含量
淡水和盐含量低的采出水易形成稳定乳状液。
• pH值
pH值增加，内相颗粒界面膜的弹性和机械强度降 低，乳状液稳定性变差。
2、原油乳状液的密度
原油含水、含盐后，密度显著增大。
若已知乳状液体积含水率 Ф ，原油和水的 密度ρo
冲淡法
电导法
滤纸法
导电性好的为O/W型，差的为W/O型。
将乳状液滴在滤纸上，若能迅速铺开，滤纸上只留下 一小滴油，则为O/W型；若铺不开，则为W/O型。 显微镜法
二、乳状液生成机理
1、乳状液生成条件
• 系统中必须存在两种或两种以上互不相溶（或
微量互溶）的液体
• 要有强烈的搅动，使一种液体破碎成微小液滴
d——最终粒径； φ——乳状液体积水含率； Ks——特定系统的经验参数； j ——大于3的经验参数，与水 滴碰撞反弹概率有关。
• 乳状液在处理容器内的聚结时间 t 与能沉
降至底部水层的水滴粒径d有关
• 在其他条件不变的条件下，分散相浓度愈
大，所需的脱水时间t愈短
一、常用术语 4、沉降 乳化水滴在原油中的沉降速度用 Stokes 公式描述。
Vd
d d g w o
2
18
• 与水滴粒径的平方成正比； • 与油水密度差成正比； • 与原油粘度成正比；
沉降速度的影响因素
• 在离心场内，可加速水滴的沉降。
二、破乳剂脱水
• 破乳剂一般都是人工合成的大分子、高分子或超 高分子的表面活性剂。 • 破乳过程中破乳剂的作用
1、降低乳化水滴的界面张力和界面膜强度
原油处理的目的
• 满足商品原油水含量、盐含量的行业或国家标准
商品原油含水要求：
我国
国际上
0.5％～2.0％
0.1％～3.0％，多数为0.2％
原油允许含水量与原油密度有关：密度大脱水难度高的 原油，允许水含量略高。 含盐量的要求：我国绝大部分油田原油含盐量不高，商
品原油含盐量无明确要求，一般不进行专门的脱盐处理。
为油水乳状液 （原油乳状液）。 脱除游离水后，原油密度越大，乳化水含量 越高。
一、乳状液类型
• 乳状液 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。
• 原油乳状液的类型
油包水型（W/O）：油田最常见的原油乳状液。 水包油型（O/W）：在采出水中常存在，原油处理中 很少见。又称反相乳状液。
• 减少管线和设备的结垢和腐蚀。原油内的含盐水引 起金属的结垢与腐蚀，泥砂等固体杂质使泵、管路
等设施的机械磨损，降低管路和设备的使用寿命。
• 保证炼制工作的正常进行
第一节
• 游离水
原油乳状液
常温下用静止沉降法短时间内能从油中分离
的水，常在沉降罐和三相分离器中脱除。
• 乳化水
用沉降法很难脱除的水，与原油的混合物称
油嘴压降 0.25~0.35 0.25~0.35 0.9~1.0
平均含水率 总含水率 游离水含率.7 乳化水含率 38.0 17.5 59.3
油嘴后 油嘴前 油嘴后
78 46 9
减少原油乳状液生成的预防措施： • 用大油嘴并提高集输系统和油气分离器压力，减 小油嘴前后的压差；
• 预防措施 在集输系统的规划、设计、日常操作管理中尽 量避免混合物的激烈掺混： 管径不宜太小； 尽量减少弯头、三通、阀件等的局部阻力； 充分利用地形输送； 流程中避免对流体的反复减压和增压； 尽早分出混合物中的伴生气； 注意各种阀门的严密性。
第二节
原油处理的基本方法
• 原油中水的类型：游离水和乳化水 • 原油处理常用的方法 化学破乳剂 重力沉降 加热 机械 电脱水 • 各种常见脱水方法的共同点：创造条件使油水依靠 密度差和所受重力不同而分层。
一、常用术语
1、破乳 • 乳状液的破坏即破乳。 • 原油乳状液的破乳过程 分散水滴接近结合 界面膜破裂 水滴合并粒径增大 在油相中沉降分离 即水滴的絮凝、聚结和沉降。 • 原油乳状液破乳的关键 破坏油水界面膜，使水滴聚结和沉降。
一、常用术语 2、絮凝
某些高分子聚合物（絮凝剂）的长链分子
具有多个活性集团，附着在水滴上使乳化水滴