摘要本文分析了各種稠油脫水工藝的原理及其應用現狀，并對目前普遍應用的熱化學沉降脫水工藝，提出了以凈化油替代高含水油做為換熱介質以改善換熱效果，節省脫水費用的思路。
　　關鍵詞：稠油，脫水，分析，工藝
　　1.稠油性質
　　稠油輕餾分含量少，而膠質、瀝青質含量高，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、瀝青質為高分子表面活性物質,是天然的、高性能的油水乳化劑。在油田開發和油氣集輸過程中,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、膠質等界面活性物質吸附在乳化液的油水界面,形成牢固的界面膜,從而形成穩定的W/O型乳化液,而且,膠質、瀝青質、蠟含量越高,W/O型乳化液越穩定。同時由于稠油的比重大,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難題。
　　2.幾種稠油脫水方法的原理及應用分析
　　2.1熱化學脫水
　　2.1.1原理
　　熱化學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定性，改變乳狀液的類型，同時利用油水的密度差，達到油水分離的目的。
　　2.1.2應用分析
　　沉降分離是原油脫水最簡單、最基礎的工藝過程，任何一種脫水工藝都包含有沉降分離過程。但是由于稠油乳狀液破乳困難，使得熱化學沉降脫水溫度高，脫水時間長，破乳劑用量大，原油脫水成本較高。
　　2.2熱化學與電脫脫水
　　2.2.1原理
　　在交流或高頻電場中，乳化液中的水珠發生振蕩聚結和偶極聚結；在直流電場中，除發生偶極聚結外，電泳聚結起主導作用；在交直流二重電場中，上述形式的聚結都存在；各種聚結的結果，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應用分析
　　當稠油靠熱化學脫水方法不能達到商品原油含水率的規定時，常使用電脫水作為脫水工藝的最后環節。與熱化學脫水相比，電脫水工藝的能耗更大，因為電脫工藝在消耗大量電能的同時，對稠油電脫水溫度要求很高，例如埕北油田B平臺的稠油電脫水溫度為129℃，而綏中36-1油田A區的稠油電脫水溫度高達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,會激活稠油中的微小氣泡核。氣泡核振蕩、崩潰，產生高溫高壓,并伴隨強烈的沖擊波和射流,從而改變了稠油內部結構中的蠟、膠質和瀝青質高分子聚合物,使長鏈石蠟烴分子、瀝青質分子斷裂,相對分子質量減小,從而降低了稠油粘度，有利于稠油的脫水。
　　3.2應用分析
　　王鴻膺利用超聲波對河口稠油的試驗室內脫水研究表明其脫水率可以達到93.7％。利用超聲波脫水可以大幅度降低脫水時間，沉降時間不超過3h，提高了脫水效率。目前還沒有大規模現場應用的先例。
　　2.4磁化脫水
　　2.4.1原理
　　在外磁場的作用下,磁化作用破壞了稠油各烴類分子間的作用力,分子通過自身內振蕩而受到磁感應共振,從而使分子振動增強和分子間相互作用減弱,導致分子的聚集狀態發生改變,使分子間的聚合力減弱,其中的膠質和瀝青質以分散相而非締結相溶解在稠油中,從而使稠油的粘度降低,有利于原油的脫水。
　　2.4.2應用分析
　　磁化脫水效果受油品性質、磁化強度、磁化時間的影響比較大，效果不夠穩定。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
　　目前對微波破乳脫水的機理還沒有統一的認識，有一種理論認為，由于稠油各組分的介電性質和熱學性質的顯著差異，微波加熱的選擇性造成了加熱過程中的局部熱點的產生，出現過熱現象。加熱過程中，瀝青質膠粒的溫度遠遠高于油分的溫度，這個溫度達到了瀝青質、膠質的熱解溫度，使其發生了熱解反應，從而使稠油中的飽和烴、芳香烴的含量有所增加。
　　2.5.2應用分析
　　有人曾分別對遼河、大港、勝利、吐哈四個地方的稠油進行微波破乳研究，研究結論認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生了不可逆的變化。但是目前還沒有大規模現場應用的先例。
　　2.6低頻電脈沖脫水
　　2.6.1原理
　　脈沖放電在液體中激發產生高強度的低頻脈沖振動波。脈沖波在液體中傳播時,引起液體的密度變化,形成一些類似于真空的子空穴。空穴內部在崩潰過程中產生局部高溫,稠油的分子結構在空化作用和剪切應力的作用下遭到破壞,從而降低了稠油的粘度。
　　2.6.2應用分析
　　目前還沒有大規模現場應用的先例
　　2.7微生物脫水
　　2.7.1原理
　　某些微生物通過消耗表面活性劑得以生長，并對乳化劑起生物變構作用致使乳狀液破壞；另外，有些微生物在代謝過程中分泌出一些具有表面活性的代謝產物，這類天然的表面活性劑，對原油乳狀液是良好的破乳劑。
　　2.7.2應用分析
　　微生物脫水給污水處理帶來了難度，微生物進入地層有可能引起底層的堵塞。目前還沒有大規模現場應用的先例。
　　相對于熱化學沉降脫水、熱化學與電脫脫水等傳統的稠油脫水方法來說，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、無污染等特點，但是由于其作用原理尚未得到充分的認識,其動力學機理和數學模型的建立尚不成熟,主要采取經驗公式和實驗現象對問題進行處理,同時操作參數和應用條件有待進一步優化，其真正推廣到實際生產還有許多問題需要進一步探討與解決。因此，目前，各大油田主要是以熱化學脫水、熱化學與電脫脫水等傳統的稠油脫水方法為主。相對于熱化學脫水來說，電脫脫水又具有能耗高，運行不穩定等缺點，因此，熱化學沉降是國內外普遍采用的稠油脫水方法之一。研究熱化學脫水，改善其脫水效果，減少其能量消耗，有著顯著的現實意義。
　　設計規范中規定，稠油脫水工藝應根據原油性質，含水率及乳化程度，破乳劑性能，通過實驗和經濟對比來確定適合的脫水方式。
　　3.稠油熱化學沉降脫水試驗
　　本文以坨82地區的稠油為例進行了室內脫水實驗，并將幾種脫水方式進行了對比和分析，最終確定出較好的脫水方式。
　　3.1破乳劑型號對脫水的影響
　　破乳劑是影響超稠油脫水效果的最主要因素,優質的破乳劑應具有表面活性強、潤濕滲透性好、絮凝力強、聚結力大、脫水效率高、用量少、價格便宜及不影響原油質量、不引起管道和設備腐蝕結垢等優點。我們對不同型號破乳劑的脫水效果進行了試驗。試樣取100ml原油乳狀液，含水21%，加藥量：100ppm，脫水溫度55℃。
　　
　　3.2破乳劑用量對脫水的影響
　　
　　表3.2破乳劑3010脫水效果試驗數據(脫水溫度60℃)
　　　　圖3.1含水率隨破乳劑用量變化的曲線
　　由圖3.1可以看出，在相同的破乳劑的用量下，隨著脫水時間的增加，稠油脫水率增加。
　　3.3溫度對脫水的影響
　　加熱的目的是降低稠油粘度，以加速沉降速度，縮短沉降時間。另外，加熱還能增加系統能量，加快熱運動和水滴運動，增加水滴之間的碰撞次數，從而促進聚集，提高脫水效果。
　　隨著溫度升高，脫水率明顯提高。這是因為加熱降低了原油粘度，改變油水密度差。降低粘度可以減小水珠在原油中移動時的摩擦力，對水珠的聚結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不同，經過加熱二者的密度差增加，油水的沉降分離速度會提高。同時加熱降低了乳化膜的機械強度，有利于提高脫水效率。
　　由圖3.2可以看出，溫度在70℃和80℃時，90分鐘后的脫水率均為97.8%。因此可以認為，70℃是坨82稠油的最佳脫水溫度。
　　3.4粘度對脫水的影響
　　隨著粘度的降低，相同時間內，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時的摩擦力，對水珠的聚結和油水重力沉降分離很有利。
　　3.4、時間對脫水的影響
　　從上面幾組數據和圖表都可以看出，隨著脫水時間的延長，稠油脫水率提高。這是因為油水乳狀液與破乳劑經過充分接觸混合，實現了化學破乳以后，需要在一定容積的沉降設備中進行沉降分離，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間來保證分離效果。
　　3.5分析
　　通過以上分析可以得出結論，破乳劑型號、破乳劑用量、稠油的粘度、脫水時間、脫水溫度均對稠油的脫水有著重要的影響。在這幾個因素中，稠油的粘度受到稠油性質的影響，摻入稀油，受到稀油產量的影響，另外，摻入過多的稀油也會導致脫水過程中，燃料消耗及電力消耗的增加，脫水時間的減少。就目前國內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，價格昂貴等缺點，例如，對江橋稠油加入150mg/L的H012破乳劑，80℃下處理48小時，油中含水為5%，85℃下處理44小時，脫水率可以達到0.96%。脫水時間受到油罐處理能力的影響，另外延長脫水時間，會增加熱量的散發損耗，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，是必須考慮的問題。
　　4.熱化學脫水的改進
　　4.1一般的熱化學脫水工藝
　　為了提升稠油的脫水溫度，在熱化學脫水工藝中，一般在二級沉降罐對稠油進行循環加熱脫水。

　　　　相對于模式一來說，模式二節省了一臺脫水泵，電力消耗有所降低，但是這兩種模式都存在一個問題，二級罐的進泵口一般都在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，進入脫水泵的水分比較多，勝利工程設計咨詢有限公司的郭長會工程師的一篇關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%，加熱爐的熱負荷可以降低約80%。熱量的浪費主要由于被加熱介質含水高，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改進后的熱化學脫水工藝
　　4.2.1比熱容和加熱爐出口溫度的關系。
　　由加熱爐的熱負荷Q=GC（T2-T1）
　　得
　　Q——熱負荷
　　C——比熱容
　　G——單位時間加熱的液量
　　T2——加熱爐出口溫度
　　T1——加熱爐進口溫度
　　　
　　
　　
　　圖4.1比熱容和加熱爐出口溫度的關系
　　
　　由圖4.1可以看出，被加熱介質的比熱越大，加熱爐出口的溫度越小，即被加熱介質含水越低，加熱爐出口溫度越高。因此，以凈化油作為換熱介質便可以解決這一個問題。
　　4.2.2以凈化油作為換熱介質的應用
　　現場應用的方法是把脫水泵的進口改在凈化油罐上。
　　
　　
　　這種工藝把二級罐和凈化油罐整體做為一個換熱器，以凈化油做為換熱介質，被加熱后進入二級罐，提高二級罐油層的溫度，使稠油在二級罐內脫水，脫水后的稠油溢流進入凈化油罐，同時提高凈化油罐的溫度，實現三次沉降脫水。