超稠油污油熱化學(xué)處理技術(shù)應(yīng)用研究

李志國孫森張建軍劉婷

（1.中國石油新疆油田公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)；2.中國石油新疆油田公司石西油田作業(yè)區(qū)）

超稠油污油熱化學(xué)處理技術(shù)應(yīng)用研究

李志國1孫森1張建軍1劉婷2

（1.中國石油新疆油田公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)；2.中國石油新疆油田公司石西油田作業(yè)區(qū)）

通過對新疆油田風(fēng)城超稠油污油物性的分析及對污油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和固體顆粒雜質(zhì)等物質(zhì)的含量和乳化形態(tài)的分析，找出難破乳的主要原因，在污油傳統(tǒng)處理工藝基礎(chǔ)上，結(jié)合風(fēng)城污油的特點(diǎn)，進(jìn)行現(xiàn)場處理工藝技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究，最終確定“有機(jī)弱酸破乳劑體系下的摻柴和熱化學(xué)沉降”處理技術(shù)可以有效解決超稠油污油的處理難題，結(jié)果表明：在摻柴油比例15%、加藥濃度1500mg／L、溫度95℃的條件下能夠?qū)⑽塾秃细裉幚恚幚砗蠛∮?.5%。

超稠油；污油；破乳；酸化

0 引 言

新疆油田風(fēng)城超稠油采出液具有“含砂高、黏度高、密度高”的特點(diǎn)，大量不易分離的粉砂和泥質(zhì)附在原油中，其乳化穩(wěn)定性強(qiáng)，處理難度大，隨著SAGD（蒸汽輔助重力泄油技術(shù)）采出液的增加，污油產(chǎn)量越來越多，油質(zhì)也將越來越差，外運(yùn)成本高。因此，經(jīng)濟(jì)有效地處理污油已成為迫切需要解決的問題。

1 污油處理工藝及運(yùn)行狀況

1.1 污油處理工藝簡介

風(fēng)城油田1＃超稠油處理站每天產(chǎn)生污油量約200m3，污油處理流程見圖1。站區(qū)污油經(jīng)摻蒸汽、加藥、摻柴油后進(jìn)入污油處理罐，經(jīng)熱化學(xué)沉降處理后合格污油與管匯凈化原油混合外輸，過程中產(chǎn)生的污水排進(jìn)污水池。

圖1 風(fēng)城稠油聯(lián)合站原油處理工藝流程

1.2 污油處理現(xiàn)狀

截至2014年，風(fēng)城油田處理污油累計(jì)93000t，交給外單位處理污油累計(jì)23800t（以上污油均含水40%），污油處理費(fèi)為185元／t，累計(jì)費(fèi)用約為440萬元。聯(lián)合站自行處理污油的速度小于污油的產(chǎn)生速度，將剩余污油交給外單位處理將支付高額的處理費(fèi)用。因此，優(yōu)化處理藥劑，提高污油處理速度是解決污油處理難題的關(guān)鍵［1］。

2 超稠油污油穩(wěn)定機(jī)理分析

2.1 超稠油污油物性分析

超稠油污油的非烴（膠質(zhì)和瀝青質(zhì)）含量較高，如表1所示，膠質(zhì)的表面活性不強(qiáng)，但乳化能力強(qiáng)；瀝青質(zhì)的表面活性最弱，但乳化能力最強(qiáng)。瀝青質(zhì)和膠質(zhì)以膠體狀態(tài)存在于原油之中，膠質(zhì)之間存在著雙電層，從而增加了破乳難度。污油中固體雜質(zhì)在污油中含量占0.135%，主要為地層黏土礦物。污油黏度、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、泥砂含量均高于管匯原油。為降低污油黏度促進(jìn)脫水，污油處理過程必須保證足夠溫度［2］；泥砂等細(xì)小顆粒具有極強(qiáng)的吸附性，是重要的乳化劑，在油水界面形成剛性結(jié)構(gòu)且增加界面膜的厚度，油水界面上的黏土顆粒還帶有負(fù)電荷，使污油乳狀液保持動力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)一步增加乳狀液穩(wěn)定性。膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和泥砂等雜質(zhì)是造成污油難破乳的重要因素［3］。

表1 超稠油污油物性分析

2.2 顯微觀測污油乳化型態(tài)

通過觀測污油上、中、下三層的顯微照片和放大后污油的顯微照片，發(fā)現(xiàn)老化油呈明顯的油包水型乳化形態(tài)，老化油樣品中水珠粒徑分布范圍小，約為5～35μm；通過對水珠局部放大，可以明顯的觀察到油水界面有一圈黑色物質(zhì)，膜厚約為15μm，黑色物質(zhì)是老化油中的固體雜質(zhì)，且固體雜質(zhì)含量較多，說明雜質(zhì)易富集在油水界面上形成較厚的界面膜［4］。

2.3 SAGD采出液對污油穩(wěn)定性的影響

SAGD采出液進(jìn)入原油處理系統(tǒng)后污油物性發(fā)生了較大變化，如表2所示。SAGD采出液進(jìn)入系統(tǒng)后，污油含水上升，密度增大，油面明顯不光滑，表明雜質(zhì)含量增多，進(jìn)一步增加了乳化液穩(wěn)定性。

表2 SAGD采出液進(jìn)入系統(tǒng)前后污油物性

2.4 污油穩(wěn)定機(jī)理探討

風(fēng)城超稠油污油中膠質(zhì)含量較高，且有大量固體雜質(zhì)，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、固體顆粒及水處理過程中加入的反相破乳劑是造成污油難破乳的主要原因，其中污油里的雜質(zhì)是影響破乳脫水的最關(guān)鍵因素，因界面膜上雜質(zhì)帶有負(fù)電荷，ζ電位為-30～-10mV，形成動力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，所以污油破乳脫水的前提是脫除其中的雜質(zhì)［5］。化學(xué)破乳就是根據(jù)污油特性，優(yōu)選出能有效脫雜的助劑，同時研制出針對污油物性的破乳劑，即“破乳劑+助劑”的藥劑體系。

3 污油熱化學(xué)處理藥劑體系的研究

3.1 污油脫雜助劑

單一破乳劑并不能夠?qū)ξ塾瓦M(jìn)行單獨(dú)處理，因此考慮在破乳劑中添加助劑，脫去固體顆粒雜質(zhì)從而實(shí)現(xiàn)污油破乳脫水的目的。

3.2 污油熱化學(xué)處理藥劑體系的研究

本實(shí)驗(yàn)選用8種助劑與優(yōu)化后的破乳劑配合使用，在85℃溫度下檢測脫水效果，結(jié)果如表3所示。無機(jī)酸與破乳劑配合使用時，脫水效果好，下層水相較清，底部有較多雜質(zhì)沉降，表明無機(jī)酸與破乳劑配合使用對污油有較好的破乳效果，這是由于無機(jī)酸中和了界面雜質(zhì)攜帶的負(fù)電荷［5］，通過脫雜脫穩(wěn)達(dá)到破乳脫水目的。

表3 破乳劑與助劑配合使用的脫水效果

3.3 有機(jī)酸對污油的破乳效果

因無機(jī)酸容易對設(shè)備造成腐蝕，腐蝕速率為0.3762mm／a，所以考慮“有機(jī)酸+緩蝕劑”是否具有同樣的破乳效果，對比結(jié)果見表4。加入助劑后5h后，無機(jī)酸脫水效果較好，但改進(jìn)后的“有機(jī)酸+破乳劑+緩蝕劑”的藥劑體系脫水脫雜效果也十分明顯，且腐蝕速率為0.065mm／a，比無機(jī)酸小很多，同時低于SY／T5329—2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》中腐蝕率0.076mm／a的控制指標(biāo)，因此確定“破乳劑+有機(jī)酸+緩蝕劑”為處理超稠油污油的藥劑體系。

表4 無機(jī)酸與有機(jī)酸酸化實(shí)驗(yàn)對比

4 摻柴油降黏脫水現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)

摻柴油不僅能降低污油黏度，還能增大油水密度差，有利于脫水［6］。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明摻柴比控制在污油處理量的15%時效果最佳。通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證摻柴油效果，在摻柴油比例15%、加藥濃度1500mg／L、沉降時間4h、溫度95℃條件下進(jìn)行，對摻柴油前后表層污油含水和黏度進(jìn)行分析，結(jié)果見表5。從表5可看出，摻柴油后表層污油含水顯著降低，污油黏度也明顯變小，現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)證明了摻柴油對超稠油污油的降黏脫水效果。

表5 表層污油含水、黏度變化情況

5 污油處理現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)及工業(yè)化應(yīng)用

5.1污油處理現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)

根據(jù)“有機(jī)弱酸破乳劑體系下的摻柴和熱化學(xué)沉降”處理工藝的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行污油熱化學(xué)單獨(dú)處理現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)。污油含水48.2%，加藥濃度為1500mg／L，摻柴油比例15%，污油溫度95℃，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6。從表6可看出，污油上、中、下層含水有一定梯度，隨時間延長不同層的含水不斷下降，證明污油中的乳化水已經(jīng)破乳聚結(jié)沉降。5d時，上部1m油層含水較少，脫雜效果良好，2m和3m油層中有大量的乳化水，4m油層主要是游離水和大量固體顆粒，表明乳化水和固體顆粒正在逐漸聚結(jié)沉降?，F(xiàn)場實(shí)驗(yàn)證明“有機(jī)弱酸破乳劑體系下的摻柴和熱化學(xué)沉降”處理技術(shù)達(dá)到了處理污油的目的。

表6 油層含水隨時間變化情況 %

5.2 污油處理工業(yè)化應(yīng)用

現(xiàn)場生產(chǎn)過程中，各節(jié)點(diǎn)參數(shù)控制如下：摻蒸汽壓力0.3MPa，加藥濃度1500mg／L，摻柴油15%，進(jìn)罐溫度95℃左右，處理后污油含水小于1.5%。

目前處理站年處理污油能力達(dá)16萬t（綜合含水40%），完全實(shí)現(xiàn)了污油的站內(nèi)回收處理，污油的綜合處理費(fèi)用為40元／t。

6 結(jié) 論

風(fēng)城超稠油污油中固體顆粒雜質(zhì)含量較多，富集在界面膜上的雜質(zhì)增加了膜的機(jī)械強(qiáng)度，并形成雙電層，阻礙液滴聚并，是造成污油脫水困難的主要原因。

現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)及工業(yè)化應(yīng)用結(jié)果表明，采用“有機(jī)弱酸破乳劑體系下的摻柴和熱化學(xué)沉降”處理技術(shù)解決了超稠油污油的破乳難題，實(shí)現(xiàn)污油站內(nèi)處理，處理后污油含水滿足站內(nèi)要求。

［1］ 易明華,范偉,李姝蔓,等.老化稠油破乳脫水實(shí)驗(yàn)研究[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2010,12(3): 76-78.

［2］ 劉莉.基于稠油的粘溫特性及除砂機(jī)理試驗(yàn)研究[D].荊州:長江大學(xué),2010.

［3］ 陳玉祥,陳軍,潘成松,等.瀝青質(zhì)/膠質(zhì)影響稠油乳狀液穩(wěn)定的研究[J].應(yīng)用化工,2009,38(2):195-200.

［4］ 李擁軍.克拉瑪依油田老化油回收實(shí)驗(yàn)研究[D].成都:西南石油大學(xué),2008.

［5］ 白金美.稠油組分及乳化劑對油水界面性質(zhì)影響的研究[D].東營:中國石油大學(xué)(華東),2009.

［6］ 寇杰,楊文,王秀珍.稠油熱化學(xué)脫水工藝參數(shù)優(yōu)化研究[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,35(6): 153-158.

（編輯 石津銘）

10.3969／j.issn.1005-3158.2015.03.009

：1005-3158（2015）03-0026-03

2014-06-18）

李志國，2008年畢業(yè)于新疆大學(xué)機(jī)電一體化專業(yè)，碩士，現(xiàn)在中國石油新疆油田公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)從事油氣田開發(fā)工作。通信地址：新疆克拉瑪依烏爾禾區(qū)風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)設(shè)備管理科，834014