0、 前言
塔河油田主力油藏為奧陶系碳酸鹽巖型稠油藏，其中 75% 的開發井需經酸壓措施后才能投產，因此含酸稠油產量較大，僅 2010 年含酸稠油處理量就達18.4×104t。由于酸化原油構成復雜，有水包油、油包水、多層包覆等情況，有極強的油水界面張力，原油中含有較高的膠質、瀝青質以及固體顆粒，且措施作業后返排液中含有一定量殘余助劑，致使含水原油形成比較穩定的稠化乳狀液，常規的化學破乳、多級沉降等方法難以實現脫水達標。
由于塔河油田酸化稠油雜質多、乳化嚴重、處理困難、對聯合站影響大，需采用簡易流程集中單獨處理。但采用常規的破乳劑 + 加熱 + 三級沉降脫水的脫水工藝難以滿足酸化油處理要求，嚴重影響正常生產。2012年，通過在原酸化油流程上增設超聲波輔助脫水新工藝后，脫水效率大幅提升，效果理想。
1、 超聲波作用機理
超聲波是指振動頻率大于 20kHz 以上，其每秒振動次數（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（20kHz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。工業中常用的超聲波頻率為 20 ~2 000 kHz。其中，20~100 kHz 之間的超聲波在工業中最為常用，又稱為功率超聲。與普通聲波相比，超聲波具有方向性好、能量大、穿透能力強等特點，超聲波技術在固體和液體中應用較廣。
超聲波原油破乳脫水主要是利用超聲波的機械振動作用和熱作用。機械振動作用促使水粒子凝聚，當超聲波作用于原油時，造成懸浮的水粒子與原油介質一起振動，由于大小不同的水粒子具有不同的相對振動速度，水粒子將相互碰撞、黏合，使其體積和重量增大，最后沉降分離；機械振動作用可使原油中的石蠟、膠質、瀝青質等天然乳化劑分散均勻，增加其溶解度，降低油水界面膜的機械強度，有利于水相沉降分離。熱作用可降低油水界面膜強度和原油黏度，邊界摩擦使油水分界處溫度升高，有利于界面膜的破裂；原油吸收部分聲能轉化成熱能，可降低原油的黏度，有利于水粒子的油水重力沉降分離。
2、 國內應用概況
20 世紀 50、60 年代，國外就開始了超聲波輔助破乳的研究。80 年代，美國 Tekoix 公司已分別在美國的8 家工廠進行工業化試驗，且取得良好的應用效果。日本三菱重工、美國 Exxonmobil 研究工程公司等也開展了相關研究。國內此項研究開始于 90 年代，起步較晚。
齊魯石化研究院于 2001 年開展超聲波脫水試驗研究，并于 2003 年在齊魯石化原油脫鹽脫水裝置試驗成功。此后，中國石化的勝利石化總廠、洛陽石化、揚子石化、長嶺石化，中國石油的慶陽石化、長慶石化，延長油田的榆林煉油廠、延安煉油廠 、永坪煉油廠，大慶油田、勝利油田、遼河油田、長慶油田等，陸續開展了超聲波破乳脫水技術的現場應用，均取得了顯著成效，現已逐年擴大規模和應用范圍。
3、 方案及應用效果
3.1 原處理流程及存在問題
塔河油田有 5 座含酸油臨時處理裝置，每座裝置處理液量約為 200~400m3/d，主要采用熱化學三級沉降脫水工藝流程，其流程示意見圖 1。
由于含酸油構成復雜，破乳脫水存在以下問題：
a）加藥濃度高。正常情況下，稠油聯合站破乳劑的加藥濃度低于 200×10-6，而含酸油加藥濃度需要達1 000×10-6，且脫水效果仍不是很理想，處理后的含酸油含水率常常超過 5%。
b）沉降脫水時間長。需先在含酸油流程一二三級沉降罐沉降 2d，再在凈化油罐沉降 2d，最后再拉至聯合站酸油罐沉降數天，脫水速度慢、時間長。
c）重復處理量大。由于脫水效果差，處理后的含酸油沉降脫水后仍有乳化層，不僅脫出的水含油量高，而且在每次沉降罐取樣化驗含水前，需再將罐底的 30cm乳化油壓回流程 \\( 重復處理約占 15% ~20%\\)，大幅增加流程的處理負荷。
d）系統穩定性差。受含酸油性質（黏度、密度、尤其是含酸量）波動影響，造成含酸油流程處理后的原油含水波動較大，經常出現含水不達標、系統紊亂等情況。
3.2 超聲波脫水流程改造及效果為解決含酸油處理難的問題，2012 年引進了超聲波破乳脫水技術，在圖 1 流程的三級沉降罐與凈化油罐之間增設了一套 50m3超聲波作用罐，并配套了相應配電、自控、提升泵等輔助成橇裝置。將超聲波破乳脫水技術投運后77d（2012年12月27日-2013年3月13日）的運行數據與投運前的運行數據進行統計對比，得出該裝置投運后效果如下：
a）脫水合格率大幅度提高。投運期間，凈化油罐中部油樣的含水合格率由 74.3% 升至 93.3%，凈化油罐底部油樣的含水合格率由 51.4% 升至 86.0%，均滿足合格率大于 85% 的試驗目標。
b）系統穩定性大幅提高。投運期間，該流程日均處理液量 209 m3/d，最高處理液量達 486 m3/d，未出現因處理能力不足造成系統紊亂的現象，系統穩定性好。
c）脫水平均沉降時間大幅縮短。脫水沉降時間由投運前的 24~48 h，縮短至投運后的 7~12 h（平均低于 9 h）。
d）凈化油罐沉降后的乳化層變薄。超聲波破乳脫水技術投用前，為使含酸油含水 5% 以下，需排出凈化油罐底部 20~30cm 的乳化液進行重復處理；超聲波破乳脫水技術投用后，凈化油罐底部僅需排液 0~13cm 即可達 0.5% 的含水率，乳化層消失或減薄，降低了重復處理量。
e）凈化油罐的脫水水質明顯好轉。超聲波破乳脫水技術投運后，凈化油罐沉降后的脫出水表現為白水多黑水少，且脫出的黑水和乳化油量較投運前明顯減少，脫水水質明顯好轉。
4、 結論及建議
通過現場試驗，超聲波破乳脫水技術對塔河油田難以處理的含酸油破乳脫水具有顯著效果，主要表現在脫水效果好、運行穩定性高、脫水速度快、原油乳化層減少、脫出水的水質好等方面，各項處理指標較該技術投運前全面好轉，達到了預期試驗效果。
通過試驗發現，受現場條件簡陋等因素限制，臨時處理流程仍存在兩方面不足，在建設正規流程時建議進行相應優化：一是流程處理溫度偏低（超聲波作用罐僅有 55℃左右），難以滿足稠油處理 65~75℃的最佳脫水溫度要求，對超聲波脫水的效果有一定影響；二是破乳劑加藥濃度仍然偏高，一直保持在 1000×10-6未變，需對破乳劑選型、加藥量、運行參數等進一步優化，以降低運行成本。
