高乳化陳舊原油脫水困難的影響因素分析

劉琴 姚洪英 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重且放置時間相對較長的原油。集輸系統(tǒng)內(nèi)的高乳化陳舊原油主要有三個來源：一是從脫水轉(zhuǎn)油站內(nèi)污水沉降罐上部回收的污油；二是從污水處理站除油罐回收的污油；三是從污水處理站過濾罐反沖洗后進回收水池內(nèi)回收的污油。這部分原油進入聯(lián)合站脫水處理系統(tǒng)后，往往會導(dǎo)致電脫水裝置出現(xiàn)頻繁跳閘，甚至垮電場，造成脫水電場運行不平穩(wěn)，給生產(chǎn)管理帶來很大的問題。因此，需從形成機理上進行研究，據(jù)此制定出相應(yīng)的處理工藝及技術(shù)。

1 高乳化陳舊原油脫水困難的關(guān)鍵影響原因

大慶油田在以往的現(xiàn)場試驗中進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，取得了許多認識。我們通過大量的現(xiàn)場試驗跟蹤，根據(jù)大量的室內(nèi)原油評價測試，找到了影響高乳化陳舊原油難處理的兩個關(guān)鍵原因。

1.1 高乳化

高乳化是增大原油處理難度的關(guān)鍵原因之一。高乳化是增大原油處理難度的關(guān)鍵原因之一。這其中包括三個方面的因素：一是FeS（或Fe化合物）的存在是增大原油的乳化強度，二是高乳化陳舊原油雜質(zhì)含量較高，增強了原油的穩(wěn)定性，三是固體顆粒與瀝青質(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，經(jīng)過泵葉輪的攪拌就容易形成乳化液。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)則進一步增強了原油的穩(wěn)定性，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的存在又使原油的界面膜進一步增臺，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出粒度分布情況，測試結(jié)果見表1、圖1。

表1 高乳化陳舊原油FeS粒徑分布表 單位：μm

除此之外，F(xiàn)eS顆粒以及其他固體顆粒等進入脫水系統(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，對罐內(nèi)油的上浮和水、固體顆粒的下沉運動起到屏障作用，使分離速度變慢，降低有效沉降時間，分離效果變差，影響正常生產(chǎn)原油脫水，對脫水系統(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引起脫水電場強烈放電，油水進入污水沉降罐，再次收油又會進入電脫水器，形成惡性循環(huán)。

圖1 老化油膠態(tài)FeS粒徑分布圖

2）高乳化陳舊原油雜質(zhì)含量較高，增強了原油的穩(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，它能夠進一步增強膠質(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)含量達到一定的比例和濃度時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質(zhì)，未溶解的雜質(zhì)是無機質(zhì)，將固體無機質(zhì)雜質(zhì)研磨成細粉末，使用X射線衍射的方法對無機質(zhì)的成分進行精確測定。測試結(jié)果見表2。

表2 高乳化陳舊原油雜質(zhì)組成表

從表2可知，高乳化陳舊原油中雜質(zhì)成份主要以無機質(zhì)為主。原油中攜帶的污泥等機械雜質(zhì)帶有一定的負電性，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)的機率。原油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等帶有強極性基團，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，油水界面膜強度越大，乳狀液也越穩(wěn)定[4-5]，典型高乳化陳舊原油原油膠質(zhì)、瀝青質(zhì)測試數(shù)據(jù)見表3。

從表3可以看出，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)與固體機械雜質(zhì)一起，吸附在油水界面上，降低界面張力，增強高乳化陳舊原油的乳化性能。而且，這些物質(zhì)同菌膠團構(gòu)成了粘稠狀物質(zhì)夾帶水分，無機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)油站進行氣、液分離，再集輸至聯(lián)合站進行油水分離，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)中停留時間較長，輕組份過于揮發(fā)，油水乳化嚴重，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行常規(guī)原油老化試驗的現(xiàn)場，只能模擬在常溫、敞口條件下，對現(xiàn)場取的常規(guī)原油進行放置老化試驗，在不同的放置時間，對試驗樣品進行原油性質(zhì)測試。測試結(jié)果表明（表4），隨著原油存放時間的延長，原油輕組份揮發(fā)變成陳舊原油，會增大原油處理難度，主要包括三個方面的原因：一是輕組份減少，鹽、膠質(zhì)等含量呈增加的趨勢；二是蠟、硫等含量均高于常規(guī)原油；三是凝點和密度略高于常規(guī)原油；四是原油餾程回收百分數(shù)低于常規(guī)原油。

從表4可以看出，隨著常規(guī)原油放置時間的延長，一是輕組份減少，鹽膠質(zhì)等含量增加的趨勢；二是蠟、硫等含量均高于常規(guī)原油；三是凝點和密度略高于常規(guī)原油；四是原油餾程回收百分數(shù)低于常規(guī)原油。反映出原油輕組份揮發(fā)變成陳舊原油，會增大原油處理難度。

表3 典型高乳化陳舊原油膠質(zhì)、瀝青質(zhì)測試對比表

表4 常規(guī)原油不同老化時間原油性質(zhì)對比測試

2 現(xiàn)場試驗及效果

針對回收油，推薦采用熱化學(xué)沉降連續(xù)收油工藝，新建單獨設(shè)備或?qū)ΜF(xiàn)有利舊設(shè)備進行改造。在南四聯(lián)合站和中105聯(lián)合站開展了驗證試驗，試驗結(jié)果表明，處理后油中含水能夠達到0.5%以下，水中含油能夠達到1000 mg/L以下。

針對高乳化陳舊原油，推薦采用熱化學(xué)沉降工藝，新建單獨設(shè)備或?qū)ΜF(xiàn)有利舊設(shè)備進行改造。在聚中16聯(lián)合站和朝一聯(lián)合站開展了驗證試驗。試驗結(jié)果表明，處理后油中含水1.8%～3.5%，水中含油低于1000 mg/L。當(dāng)原油機械雜質(zhì)含量較高時，推薦采用離心加熱化學(xué)處理工藝。在朝一聯(lián)合站開展了驗證試驗，試驗結(jié)果表明，存放了1年的高乳化陳舊原油，來液含水10%以內(nèi)，處理溫度65℃，破乳劑加入量40 mg/L，通過兩級分離后，油中含水低于6%，對其采用熱化學(xué)沉降，沉降溫度70℃，沉降時間1 h內(nèi)，油中含水降至0.41%。在沉降溫度65℃，沉降時間18 h，油中含水降至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，減少了系統(tǒng)內(nèi)整體原油處理溫度及加藥量，產(chǎn)生了節(jié)省天然氣、節(jié)約處理藥劑費用，合計2 868.9萬元。

3 結(jié)論

1）通過實驗研究表明，高乳化和陳舊是增大原油處理難度的兩大關(guān)鍵原因。隨著常規(guī)原油放置時間的延長，輕組分減少，餾程回收百分數(shù)減少。隨著時間的推移，油水乳化嚴重，處理難度增大。

2）針對影響高乳化陳舊原油難處理的關(guān)鍵原因，推薦以下兩種高乳化陳舊原油的有效處理工藝：一是針對高乳化的特點，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；二是針對原油輕組份揮發(fā)變成陳舊原油的特點，采用熱化學(xué)沉降連續(xù)收油工藝，新建單獨設(shè)備或?qū)ΜF(xiàn)有利舊設(shè)備進行改造，以提高收油效果。

3）針對不同性質(zhì)的原油，在開展了現(xiàn)場驗證后，取得了2 868.9萬元的節(jié)能效果。