高乳化陳舊原油脫水困難的影響因素淺析

姚洪英 劉琴 冷冬梅 周繼芊（大慶油田工程有限公司）

高乳化陳舊原油是指油水乳化嚴(yán)重且放置時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)的原油。集輸系統(tǒng)內(nèi)的高乳化陳舊原油主要有三個(gè)來源：從脫水轉(zhuǎn)油站污水沉降罐上部回收的污油；從污水處理站除油罐回收的污油；從污水處理站過濾罐反沖洗后進(jìn)回收水池內(nèi)回收的污油。這部分原油進(jìn)入聯(lián)合站脫水處理系統(tǒng)后，往往會(huì)導(dǎo)致電脫水裝置出現(xiàn)頻繁跳閘，甚至垮電場(chǎng)，造成脫水電場(chǎng)運(yùn)行不平穩(wěn)，給生產(chǎn)管理帶來很大的問題。因此，需要從形成機(jī)理上進(jìn)行研究，據(jù)此來研究相應(yīng)的處理工藝及技術(shù)。

1 高乳化陳舊原油脫水困難的影響因素

大慶油田在以往的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中進(jìn)行了大量的研究來尋找影響高乳化陳舊原油難處理的原因，獲得許多認(rèn)識(shí)。本次研究，通過大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)跟蹤，根據(jù)大量的室內(nèi)原油評(píng)價(jià)測(cè)試，找到了影響高乳化陳舊原油難處理的兩個(gè)關(guān)鍵因素。

1.1 高乳化

高乳化增大原油處理難度的原因主要包括三個(gè)方面：FeS（或Fe化合物）的存在增大了原油的乳化強(qiáng)度；高乳化陳舊原油雜質(zhì)含量較高，增強(qiáng)了原油的穩(wěn)定性；固體顆粒與瀝青質(zhì)吸附在一起，增大了原油的穩(wěn)定性。

原油中若含有較多的金屬離子，雜質(zhì)較多，導(dǎo)電性強(qiáng)，經(jīng)過泵葉輪的攪拌就容易形成乳化液[1]。乳化液中含有鐵的硫化物，其密度介于油水之間，使油水乳狀液趨于穩(wěn)定。固體雜質(zhì)則進(jìn)一步增強(qiáng)了原油的穩(wěn)定性，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的存在又使原油的界面膜進(jìn)一步增強(qiáng)，從而增大了原油的處理難度。

1）FeS（或Fe化合物）的存在是增大原油的乳化強(qiáng)度。FeS主要是硫酸還原菌所產(chǎn)生的H2S腐蝕油井和地面設(shè)備的產(chǎn)物[2]。根據(jù)乳狀液的穩(wěn)定機(jī)理，膠態(tài)FeS顆粒沉積在油水界面上形成緊密排列的剛性界面膜，阻止水珠之間的聚并和水滴與水相之間的融合，使油水乳狀液趨于穩(wěn)定化，加大脫水的難度。這種穩(wěn)定作用一般以兩種方式實(shí)現(xiàn)：吸附在油水界面上或分散在水滴之間。FeS顆粒和由其穩(wěn)定的乳化原油在污水沉降罐、除油罐等部位大量富集，影響了生產(chǎn)管理。

將高乳化陳舊原油樣品通過離心后得到固體顆粒，經(jīng)超聲波水浴處理，使膠態(tài)FeS顆粒的聚集體破碎，再采用激光粒度儀檢測(cè)出粒度分布情況。測(cè)試結(jié)果見表1、圖1。

表1 高乳化陳舊原油FeS粒徑分布

除此之外，F(xiàn)eS顆粒以及其他固體顆粒等進(jìn)入脫水系統(tǒng)后，造成沉降罐內(nèi)油-水中間過渡層加厚，占用沉降罐的有效容積，對(duì)罐內(nèi)油的上浮和水、固體顆粒的下沉運(yùn)動(dòng)起到屏障作用，使分離速度變慢，降低有效沉降時(shí)間，分離效果變差，影響正常生產(chǎn)原油脫水，對(duì)脫水系統(tǒng)造成不利影響。這種乳化液中含有鐵的硫化物密度介于油水之間，很難分層，在容器中主要存在于油水界面之間，積累到一定程度后就會(huì)引起脫水電場(chǎng)強(qiáng)烈放電，油水進(jìn)入污水沉降罐，再次收油又會(huì)進(jìn)入電脫水器，形成惡性循環(huán)。

圖1 老化油膠態(tài)FeS粒徑分布

2）高乳化陳舊原油雜質(zhì)含量較高，增強(qiáng)了原油的穩(wěn)定性。高乳化陳舊原油內(nèi)的固體雜質(zhì)主要來源于集輸過程中殘留的金屬硫酸鹽類、膠態(tài)硫化亞鐵粉粒等物質(zhì)[3]，經(jīng)過長(zhǎng)期積存，形成許多微小的固體顆粒，與瀝青質(zhì)相吸附，共同存在于油水界面上，它能夠進(jìn)一步增強(qiáng)膠質(zhì)、瀝青質(zhì)降低界面張力的能力。當(dāng)固體顆粒與瀝青質(zhì)含量達(dá)到一定的比例和濃度時(shí)所形成的油水乳狀液具有很高的穩(wěn)定性。

抽取高乳化陳舊原油中的固體雜質(zhì)，反復(fù)用石油醚沖洗，待收集的石油醚完全揮發(fā)后，留下的膠狀成分就是有機(jī)質(zhì)，未溶解的雜質(zhì)是無機(jī)質(zhì)，將固體無機(jī)質(zhì)雜質(zhì)研磨成細(xì)粉末，使用X射線衍射的方法對(duì)無機(jī)質(zhì)的成分進(jìn)行精確測(cè)定。高乳化陳舊原油雜質(zhì)組成見表2。

由表2可知，高乳化陳舊原油中雜質(zhì)成分主要以無機(jī)質(zhì)為主。原油中攜帶的污泥等機(jī)械雜質(zhì)帶有一定的負(fù)電性，它們吸附在油水界面上，可使原油的乳化顆粒帶電，導(dǎo)致了常用的非離子型破乳劑對(duì)其作用不大，使乳化膜不易破裂，阻礙了水滴的聚結(jié)沉降。

3）高乳化陳舊原油中易于吸附固體雜質(zhì)的膠質(zhì)含量較高，增大了形成固體雜質(zhì)的概率。原油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等帶有強(qiáng)極性基團(tuán)，表面活性高，吸附在油水界面，可形成高彈性的界面膜。膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量越高，油水界面膜強(qiáng)度越大，乳狀液也越穩(wěn)定[4-5]。典型高乳化陳舊原油膠質(zhì)、瀝青質(zhì)測(cè)試數(shù)據(jù)見表3。

由表3可知，高乳化陳舊原油的瀝青質(zhì)含量與常規(guī)原油相比沒有大的差異，但膠質(zhì)含量卻高于常規(guī)原油。這些膠質(zhì)物質(zhì)與固體機(jī)械雜質(zhì)一起，吸附在油水界面上，降低界面張力，增強(qiáng)高乳化陳舊原油的乳化性能。而且，這些物質(zhì)同菌膠團(tuán)構(gòu)成了粘稠狀物質(zhì)夾帶水分，無機(jī)鐵鹽及硫化物溶于水相中，使高乳化陳舊原油能夠形成穩(wěn)定的乳狀液，增大了脫水的難度。

1.2 陳舊

新鮮的原油從井口采出后，經(jīng)轉(zhuǎn)油站進(jìn)行氣、液分離，再集輸至聯(lián)合站進(jìn)行油水分離，原油處理的難度較小。從脫水系統(tǒng)的污水沉降罐、污水處理系統(tǒng)的沉降除油罐等容器中回收的油，由于在系統(tǒng)中停留時(shí)間較長(zhǎng)，輕組分過于揮發(fā)，油水乳化嚴(yán)重，乳化顆粒已老化，不易破乳，極易形成穩(wěn)定的乳狀液[6-7]，從而變成高乳化陳舊原油，處理困難。

由于無法找到典型站污水沉降罐清罐后進(jìn)行常規(guī)原油老化試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)，只能模擬在常溫、敞口條件下，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取的常規(guī)原油進(jìn)行放置老化試驗(yàn)，在不同的放置時(shí)間，對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行原油性質(zhì)測(cè)試。測(cè)試數(shù)據(jù)見表4。

表2 高乳化陳舊原油雜質(zhì)組成

表3 典型高乳化陳舊原油膠質(zhì)、瀝青質(zhì)測(cè)試對(duì)比

由表4可知，隨著常規(guī)原油放置時(shí)間的延長(zhǎng)，輕組分減少，鹽、膠質(zhì)等含量呈增加的趨勢(shì)；蠟、硫等含量均高于常規(guī)原油；凝點(diǎn)和密度略高于常規(guī)原油；原油餾程回收百分?jǐn)?shù)低于常規(guī)原油。反映出原油輕組分揮發(fā)變成陳舊原油，會(huì)增大原油處理難度。

表4 常規(guī)原油不同老化時(shí)間原油性質(zhì)對(duì)比測(cè)試

2 現(xiàn)場(chǎng)處理工藝驗(yàn)證試驗(yàn)及效果

針對(duì)回收油，推薦采用熱化學(xué)沉降連續(xù)收油工藝，新建單獨(dú)設(shè)備或?qū)ΜF(xiàn)有利舊設(shè)備進(jìn)行改造。在南四聯(lián)合站和中105聯(lián)合站開展了驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，處理后油中含水率能夠達(dá)到0.5%以下，水中含油量能夠達(dá)到1 000 mg/L以下。

針對(duì)高乳化陳舊原油，推薦采用熱化學(xué)沉降工藝，在聚中16聯(lián)合站和朝一聯(lián)合站開展了驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，處理后油中含水率在1.8%～3.5%之間，水中含油量低于1 000 mg/L。

針對(duì)高乳化陳舊原油，當(dāng)原油機(jī)械雜質(zhì)含量較高時(shí)，推薦采用離心加熱化學(xué)處理工藝。在朝一聯(lián)合站開展了驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，存放了1年的高乳化陳舊原油，來液含水率在10%以內(nèi)，處理溫度65℃，破乳劑加入量40 mg/L，通過兩級(jí)分離后，油中含水率低于6%；對(duì)其采用熱化學(xué)沉降工藝，沉降溫度70℃，沉降時(shí)間1 h，油中含水率降至0.41%。在沉降溫度為65℃時(shí)，沉降時(shí)間18 h，油中含水率降至0.47%以下。

采用推薦的工藝、設(shè)備、技術(shù)方法可以提高污油的回收率，減少系統(tǒng)內(nèi)整體原油處理溫度及加藥量，合計(jì)節(jié)省天然氣、節(jié)約處理藥劑的費(fèi)用2 868.9萬元。

3 結(jié)論

1）通過實(shí)驗(yàn)研究表明，高乳化和陳舊是增大原油處理難度的兩個(gè)關(guān)鍵因素。隨著常規(guī)原油放置時(shí)間的延長(zhǎng)，輕組分減少，餾程回收百分?jǐn)?shù)下降。隨著時(shí)間的推移，油水乳化嚴(yán)重，處理難度增大。

2）針對(duì)影響高乳化陳舊原油難處理的主要原因，推薦以下兩種高乳化陳舊原油的有效處理工藝：針對(duì)高乳化的特點(diǎn)，采用熱化學(xué)處理工藝或者離心加熱化學(xué)聯(lián)合處理工藝；針對(duì)原油輕組分揮發(fā)變成陳舊原油的特點(diǎn)，采用熱化學(xué)沉降連續(xù)收油工藝，新建單獨(dú)設(shè)備或?qū)ΜF(xiàn)有利舊設(shè)備進(jìn)行改造，以提高收油效果。

3）針對(duì)不同性質(zhì)的原油，在開展現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證后，取得了2 000萬元以上的節(jié)能效果。