超聲波破乳脫水技術在塔河油田的應用

楊 偉 付秀勇

1.中國石化西北油田分公司塔河采油一廠 ，新疆 輪臺 841600；

2.中國石化西北油田分公司采油氣工程管理處，新疆 烏魯木齊 830011

0 前言

塔河油田主力油藏為奧陶系碳酸鹽巖型稠油藏[1]，其中75%的開發(fā)井需經(jīng)酸壓措施后才能投產(chǎn)，因此含酸稠油產(chǎn)量較大，僅2010年含酸稠油處理量就達18.4×104t[2]。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(yè)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(wěn)定的稠化乳狀液，常規(guī)的化學破乳、多級沉降等方法難以實現(xiàn)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(lián)合站影響大，需采用簡易流程集中單獨處理。但采用常規(guī)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(chǎn)。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20 kHz以上，其每秒振動次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（20 kHz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波[3]。工業(yè)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(yè)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[4]。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(nèi)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(yè)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(nèi)此項研究開始于90年代[5]，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(xù)開展了超聲波破乳脫水技術的現(xiàn)場應用，均取得了顯著成效，現(xiàn)已逐年擴大規(guī)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200～400 m3/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(lián)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2 d，再在凈化油罐沉降2 d，最后再拉至聯(lián)合站酸油罐沉降數(shù)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30 cm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(tǒng)穩(wěn)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(jīng)常出現(xiàn)含水不達標、系統(tǒng)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50 m3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(shù)據(jù)與投運前的運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)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(tǒng)穩(wěn)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(xiàn)因處理能力不足造成系統(tǒng)紊亂的現(xiàn)象，系統(tǒng)穩(wěn)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20～30 cm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0～13 cm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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)在脫水效果好、運行穩(wěn)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(fā)現(xiàn)，受現(xiàn)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(guī)流程時建議進行相應優(yōu)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1 000×10-6未變，需對破乳劑選型、加藥量、運行參數(shù)等進一步優(yōu)化，以降低運行成本。

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