酸化后原油電脫水困難原因分析

吳澤美,孫玉民

(中石油華北油田分公司第五采油廠,河北辛集052360)

史貴生

(中石油華北油田分公司質(zhì)量安全監(jiān)督中心,河北任丘062552)

趙尚柱,付亞榮

(中石油華北油田分公司第五采油廠,河北辛集052360)

華北油田第五采油廠H16井投產(chǎn)前實(shí)施酸化,酸化用酸187m3。2010年5月14日正式投產(chǎn),前4天含水較高,5月22日以后含水降到1%以下,生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表1。酸液基本排完,產(chǎn)出液中無(wú)游離水后原油經(jīng)管線輸至深一聯(lián)合站處理。深一聯(lián)合站主要處理Z1和Z2兩個(gè)斷塊的混合液,總液量1800m3/d。該站采用沉降罐重力沉降加電脫水器處理工藝,站外來(lái)液先經(jīng)沉降罐沉降分離大部分游離水,乳化油和少量游離水經(jīng)過(guò)換熱器加熱后再進(jìn)入電脫水器進(jìn)行高壓電場(chǎng)脫水。2臺(tái)電脫水器日處理液量500m3,H16井日產(chǎn)液50～55m3,約占電脫水器日處理量的10%。

表1 H16井投產(chǎn)初期生產(chǎn)數(shù)據(jù)

從5月16日起深一聯(lián)合站2臺(tái)電脫水器開始頻繁跳閘,此間H16井僅含少量乳化水,深一聯(lián)合站進(jìn)電脫水器混合液含水也一直控制在20%以內(nèi),符合電脫水器要求的脫前原油含水不高于30%的指標(biāo)。為保證正常生產(chǎn),首先把沉降罐溫度從48℃提高到55℃,破乳劑用量從50kg/d增加到100kg/d,進(jìn)電脫水器前乳化原油含水量逐步下降到8%,電脫水器仍然無(wú)法正常工作,電脫水器排量一再降低,最低時(shí)一個(gè)班8h只能處理30m3液量,沉降罐液位不斷上升,嚴(yán)重影響了深一聯(lián)合站的正常生產(chǎn)。

1 原因分析

酸化措施對(duì)原油脫水的影響以前也多有發(fā)現(xiàn),主要表現(xiàn)為酸液攜帶出來(lái)的粘土、地層腐蝕產(chǎn)物等一些雜質(zhì)使油水界面膜增厚,乳狀液變得更加穩(wěn)定。只要沒有大量溶有殘酸的游離水進(jìn)入系統(tǒng),通過(guò)適當(dāng)提高沉降溫度,增加破乳劑用量,可以保證正常生產(chǎn)。5月下旬連續(xù)監(jiān)測(cè)H16井和深一聯(lián)合站混合液pH值均在7附近,說(shuō)明集中的酸液已經(jīng)排完。

1.1 脫水器跳閘原因分析

電脫水器的原理可以簡(jiǎn)單概括為:在交流電場(chǎng)中乳化原油里的水珠發(fā)生震蕩和偶極聚結(jié),在直流電場(chǎng)中還同時(shí)發(fā)生電泳聚結(jié)。在相鄰微滴間,微滴與電極間產(chǎn)生靜電力,微滴受靜電作用運(yùn)動(dòng)速度加快,在互相碰撞過(guò)程中,乳狀液的界面膜被破壞,水滴慢慢聚集起來(lái)[1],從而實(shí)現(xiàn)油水分離-小水滴聚集成大水滴-水滴沉降的過(guò)程,達(dá)到油水分離的目的。

電脫水器跳閘排除了電路的原因后,唯一可能的因素就是電脫水器中介質(zhì)的電導(dǎo)率上升,工作電流超過(guò)了額定值。以深一聯(lián)2臺(tái)電脫水器為例,當(dāng)電流大于12A時(shí),電脫水器進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài),隨著脫水器內(nèi)介質(zhì)電導(dǎo)率的變化電流急劇波動(dòng)。

表2 油樣電導(dǎo)率測(cè)試數(shù)據(jù)

表2是油樣去除游離水后電導(dǎo)率測(cè)試數(shù)據(jù),取樣日期2010年6月1日。從表2的數(shù)據(jù)看H 16井含水雖然很低,但電導(dǎo)率遠(yuǎn)高于Z1、Z2斷塊原油的電導(dǎo)率。Z1、Z2斷塊的混合液摻入H 16井原油后電導(dǎo)率也隨之上升,正常情況下深一聯(lián)進(jìn)電脫原油電導(dǎo)率在0.1μs/cm以內(nèi),可以保證脫水系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。

1.2 酸化后原油電導(dǎo)率上升原因分析

酸化后原油在乳化水含量很低的情況下電導(dǎo)率異常升高的原因在于殘留在原油中的無(wú)機(jī)離子顯著增多,而且Z1和Z2斷塊是稠油區(qū)塊,50℃時(shí)平均粘度為1025mPa·s,在沉降罐中原油對(duì)流慢,包裹在原油中的無(wú)機(jī)離子不能完全被游離水洗滌出來(lái)。室內(nèi)分析表明,深一聯(lián)混合原油酸值由H 16井酸化前的0.13mg(KOH)/g上升到12mg(KOH)/g,說(shuō)明有殘酸留在原油中,同時(shí)酸化過(guò)程中形成的大量Ca2+、Mg2+、Fe2+等金屬陽(yáng)離子也在原油中形成導(dǎo)電介質(zhì)。尤其是H+由于其質(zhì)量小,體積小,在外電場(chǎng)作用下移動(dòng)速度比其他離子快5～8倍[2],會(huì)使脫水器電流顯著增加,當(dāng)電流超過(guò)電脫水器額定電流時(shí),就會(huì)發(fā)生跳閘現(xiàn)象,這是酸化后原油導(dǎo)致電脫水器不能正常工作的主要原因。

1.3 降低原油電導(dǎo)率的技術(shù)措施

從上面的分析可以看出,要控制酸化后原油電導(dǎo)率就必須減少H+和其他陽(yáng)離子的殘留,引入OH-就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。

取脫前原油加入不同濃度NaOH堿液,當(dāng)加量達(dá)到30mg/L時(shí),脫前原油電導(dǎo)率下降到0.1μs/cm以下,達(dá)到安全值。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2010年6月3日在深一聯(lián)1#沉降罐內(nèi)加入200kg濃度為40%的NaOH溶液,當(dāng)時(shí)罐內(nèi)混合液約1500m3,反應(yīng)5h后開始進(jìn)電脫水器,電脫水器恢復(fù)正常,脫水器最高排量達(dá)到每臺(tái)38m3/h。沉降罐底水水質(zhì)也明顯好轉(zhuǎn),底水機(jī)械雜質(zhì)含量從68mg/L下降到12mg/L。Z1、Z2斷塊均為聚合物調(diào)驅(qū)區(qū)塊,產(chǎn)出污水水質(zhì)差[3],加堿后不僅降低了混合液中H+濃度,降低了混合液電導(dǎo)率,同時(shí)Ca(OH)2、Mg(OH)2、Fe(OH)2絮狀沉淀在沉降罐中起到了絮凝作用,促進(jìn)了油水分離,加堿后脫水效果迅速改善。

2010年從6月3日開始向沉降罐加堿,持續(xù)處理了1個(gè)月,期間電脫水器工作正常,后經(jīng)測(cè)試原油電導(dǎo)率下降到0.08μs/cm,停止加堿措施。

3 結(jié) 論

1)通過(guò)室內(nèi)分析及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),得出酸化后原油電脫困難的原因在于帶殘酸的原油雖然含水低,但是電導(dǎo)率高,電脫水器工作電流超過(guò)額定電流,這是電脫水器頻繁跳閘的原因。

2)酸化后原油如果用其他原油稀釋的辦法不能使電導(dǎo)率下降到電脫水器許可的范圍,可以實(shí)施加堿處理,降低混合液電導(dǎo)率,保證正常生產(chǎn)。

[1]于濤,丁偉,曲廣淼.油田化學(xué)劑 [M].北京:石油工業(yè)出版社,2008.

[2]項(xiàng)玉芝.酸化返出液中分離出的原油脫水時(shí)電脫水器跳閘原因及對(duì)策 [J].油田化學(xué),2003,20(4):342-344.

[3]董培林,寇杰,曹學(xué)文.三次采出液處理技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:中國(guó)石化出版社,2010.