超稠油油水處理影響因素分析及對策

應(yīng) 麟

東北石油大學(xué)

曙一區(qū)杜84、杜229 塊超稠油油藏，具有高黏度、高凝固點、高膠質(zhì)瀝青質(zhì)等特點，密度與水相近，油水處理難度較大，目前確定的成熟油水處理技術(shù)熱二段化學(xué)沉降工藝，雖可成功解決超稠油脫水難題，但仍存在脫水周期長、脫出污水含油、機雜含量高等問題，因此開展了超稠油油水處理影響因素分析，確定了溫度、礦化度、pH 值、過渡帶4 大影響因素，并制定了詳細(xì)的技術(shù)對策，為提高超稠油脫水速度，降低脫水成本提供了技術(shù)支持。

1 前言

曙一區(qū)超稠油具有“四高一低”的特性，即高黏度、高密度、高凝固點、高膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量、低含蠟，油品性質(zhì)較差。由于超稠油與油井產(chǎn)出水密度相近，當(dāng)溫度達(dá)到80℃時的油水密度差也只有3‰左右，要達(dá)到不高于5%的外銷油含水指標(biāo)，大幅增加了熱化學(xué)沉降脫水的難度。且產(chǎn)出液黏度大，乳化程度高，油水界面張力大，進(jìn)一步增加了超稠油脫水的難度。針對該油品特性，針對超稠油的特殊物性，經(jīng)過幾年的努力，最終確定了二段加藥熱化學(xué)沉降的連續(xù)脫水工藝，成功解決了超稠油脫水難題。該工藝經(jīng)過連續(xù)10年的應(yīng)用，已經(jīng)逐漸成熟、完善，但仍存在脫水周期長、脫出污水含油、機雜含量高等問題，為了繼續(xù)改善超稠油脫水效果，改善污水水質(zhì)，降低超稠油脫水成本，因此需開展超稠油的物性、脫水機理及影響因素研究，找出制約超稠油脫水速度的關(guān)鍵問題，并對照現(xiàn)行工藝，進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化，為超稠油脫水提供理論、技術(shù)支持。

2 超稠油脫水工藝技術(shù)

由于超稠油具有黏度高、密度大等特點，給脫水工藝帶來了諸多難題。針對超稠油的特殊物性，經(jīng)過幾年的努力，最終確定了二段加藥熱化學(xué)沉降的連續(xù)脫水工藝，成功解決了超稠油脫水難題。超稠油物性見表1 所示。

表1 曙一區(qū)超稠油物性

目前超稠油脫水工藝為二段加藥熱化學(xué)沉降連續(xù)脫水，脫水溫度85℃，一段破乳劑加藥濃度為150ppm，二段500ppm，凈水劑300ppm。脫水周期96 小時，一段24h，二段72h，脫水后原油含水＜5%，工藝流程見圖1。

3 因素分析

油樣性質(zhì)分析

通過對杜84 塊、杜229 塊及館陶組單井油樣和它們的混合油樣進(jìn)行分析，測出該區(qū)域原油主要含C、H、N、O、S 等元素，并對其密度、黏度、分子量、酸值、組成等進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)該原油密度高、黏度大、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高。

溫度對原油密度和黏度的影響

圖1 超稠油脫水工藝流程示意圖

通過實驗，發(fā)現(xiàn)無水杜229 及杜84 混合原油的密度和黏度都隨溫度的升高而降低，而脫出水的密度和黏度也是隨溫度的升高而降低。為了達(dá)到油水分離的目的，就要設(shè)法使無水原油與脫出水的密度差值變大，因此，將無水杜229 及杜84 混合原油與脫出水的密度隨溫度變化規(guī)律進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)它們的密度差隨著溫度的升高（70～95℃）略有增加；當(dāng)溫度大于95℃后，密度差隨溫度的升高快速下降；在（170～180℃）密度差接近于零。直徑為100μm 的水滴在介質(zhì)（原油）中沉降速度隨溫度的升高而增加，在（70～95℃）和（125～140℃）區(qū)間出現(xiàn)兩個拐點，前者是由于密度差增加的緣故，后者是由于黏度快速下降的緣故。增大油水密度差和減小分散介質(zhì)的黏度均有利于水滴沉降，而沉降速度又與水滴半徑平方成正比，所以在原油脫水過程要力圖控制各因素，創(chuàng)造條件使微小的水滴聚結(jié)變大，加速水滴沉降的油水分離過程，例如：增大水滴尺寸和油水密度差、減小原油黏度等。

礦化度及破乳劑對原油乳狀液的影響

利用透射電子顯微鏡對現(xiàn)場含水31%的杜229 及杜84 混合原油進(jìn)行分析，結(jié)果顯示：原油中的水主要以W/O 型乳液方式存在，且W/O 型乳液中水滴粒徑大小在幾十到幾百μm 范圍內(nèi)。當(dāng)溫度一定，礦化度與破乳劑的濃度對乳狀液的界面張力也有一定影響，當(dāng)杜229 及杜84 脫出水礦化度在1994.9mg/L 時，界面張力隨破乳劑濃度增加而降低，當(dāng)破乳劑濃度達(dá)到400ppm 后，界面張力隨破乳劑濃度增加而降低不明顯；從降低界面張力的角度，當(dāng)脫水溫度在80℃以上時，破乳劑的濃度最好在300-400ppm 的范圍內(nèi)?；旌蠌姸葘Χ?29+84 稠油乳狀液脫水速度的影響非常明顯，隨著混合強度增加，杜229 及杜84 稠油乳狀液脫水速度增加明顯；當(dāng)混合強度增加到一定后，繼續(xù)增加混合強度脫水速度增加不明顯。

pH 值對原油乳狀液的影響

經(jīng)測定遼河油田超稠油油井產(chǎn)出水的pH 值為水7.6，為碳酸氫鈉水型，而水相pH 值偏低和偏高時杜229+84油樣與破乳劑水溶液界面張力比水相pH 接近中性時要低，主要是由于高pH 和低pH 都有利于瀝青質(zhì)在油水界面吸附，使油水界面張力下降。由此在高含瀝青質(zhì)原油破乳的實際操作中pH 最佳范圍常常是5.5～6.5，在高含瀝青質(zhì)原油破乳的實際操作中加入醋酸可以減輕中間層的產(chǎn)生。

過渡帶對脫水速度的影響

過渡帶聚集物初期呈絮狀，總體上處于聚集和破乳的動平衡中。隨著運行時間的增加，分子量大的有機物（如膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、蠟）、無機物（如細(xì)菌腐蝕產(chǎn)物、鹽結(jié)晶等）、砂、黏土、鐵氧化物等固體雜質(zhì)富集，殘存的乳狀液穩(wěn)定性提高，還發(fā)生膠態(tài)顆粒凝聚、聚沉及乳狀液陳化等過程。這時過渡帶下部出現(xiàn)流動性很差的渣狀沉積物，上部出現(xiàn)蠟狀粘稠油層。整個過渡帶從外觀很難見到游離水，初期出現(xiàn)的絮狀物多轉(zhuǎn)化為固體塊狀。進(jìn)入水層的細(xì)小油珠要穿過中間層上浮至油層，被上升的油流攜帶至油層的微小水珠下沉?xí)r要穿過過渡帶才能匯入水層，增厚并含有渣狀固體沉積物的中間層，成了油、水上下流動的屏障，使油水分離速度變慢，直接影響脫水效果。

4 結(jié)語

（1）綜合考慮溫度對超稠油黏度、油水密度差的影響，確定超稠油最佳脫水溫度為85℃～90℃。

（2）確定超稠油脫水最佳PH 值在5.5～6.5，有利用降低油水界面張力，減少油水過渡帶厚度，加快脫水速度。

（3）通過影響脫水因素分析，現(xiàn)場將考慮前端添加醋酸，并利用動態(tài)混相器使其與產(chǎn)出液充分混合，改善超稠油脫水效果。