油田老化油處理技術(shù)研究

黃港港

（西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065）

對(duì)于我國(guó)的大部分油田而言，單純依靠地層能量來(lái)開(kāi)采油氣資源已無(wú)法滿足油田現(xiàn)場(chǎng)的產(chǎn)量需求，油田“二采”、“三采”等強(qiáng)化采油手段必不可少。但是，聚合物大量添加和三元復(fù)合驅(qū)等技術(shù)的應(yīng)用在一定程度上導(dǎo)致了油田老化油的含量隨時(shí)間不斷積累增多?？紤]到老化油中含有大量的雜質(zhì)、膠團(tuán)以及聚合物，其理化性質(zhì)十分穩(wěn)定，用常規(guī)的處理方法收效甚微。因此，油田老化油的處理任務(wù)一直擺在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵位置[1,2]。有效處理老化油，對(duì)于提高油田原油利用效率、保護(hù)環(huán)境、獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益都有重要意義。

1 老化油的形成和危害

油田老化油的來(lái)源較為復(fù)雜，主要來(lái)自于集輸系統(tǒng)、廢液池、落地原油、罐底污泥等等，考慮到原油三次開(kāi)采過(guò)程中大量運(yùn)用化學(xué)藥劑，老化油的乳化程度會(huì)迅速提高。另一方面，老化油內(nèi)部含有的雜質(zhì)、懸浮物在金屬氧化物、硫化物膠團(tuán)的作用下，其穩(wěn)定性將進(jìn)一步提升[3]。

目前，一些公認(rèn)的老化油形成原因如下所示：

1）油氣田開(kāi)采過(guò)程中，原油落地后回收過(guò)程中會(huì)夾雜黏土、泥沙等雜質(zhì)；

2）原油開(kāi)采過(guò)初步處理過(guò)程中，加入不同種類的化學(xué)藥劑之間發(fā)生反應(yīng)；

3）強(qiáng)化采油過(guò)程中使用的聚合物會(huì)不斷地分散到油水界面膜表面，與一些顆粒物質(zhì)結(jié)合形成了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度大、界面張力大的空間結(jié)構(gòu)；

4）硫酸鹽還原菌大量增殖，在腐蝕金屬的同時(shí)產(chǎn)生了硫化亞鐵膠團(tuán)，膠團(tuán)與還原菌之間會(huì)形成穩(wěn)定的絮狀結(jié)構(gòu)；

5）破乳劑使用不當(dāng)；

其危害也可總結(jié)為以下幾點(diǎn)[3]：

1）老化油中含有的強(qiáng)導(dǎo)電性的泥沙雜質(zhì)使得電脫水器極易短路跳閘，不僅容易引發(fā)安全事故，還會(huì)縮短設(shè)備的使用壽命；

2）老化油的存在會(huì)阻礙原油正常脫水工序的進(jìn)行，降低脫水操作效率與處理量；

3）老化油的存在會(huì)導(dǎo)致處理藥劑的需用量提升，在影響環(huán)境的基礎(chǔ)上還會(huì)增加處理成本；

4） 老化油的存在會(huì)導(dǎo)致輸油管罐壁結(jié)垢，降低管道輸送能力和儲(chǔ)罐的有效容積。

2 老化油的處理方法與技術(shù)

傳統(tǒng)的老化油處理方法主要集中在加熱沉降、電脫水、離心處理、回?fù)教幚淼?，但是存在著時(shí)間長(zhǎng)，能耗大、藥劑依懶性大等缺點(diǎn)，并且對(duì)含膠量較大的老化油處理效果不明顯，因此需要采用高效、綠色、成本低的新型處理方法。以下對(duì)一些新型處理技術(shù)和方法作以梳理：

2.1 微生物處理技術(shù)

該方法的原理是通過(guò)在老化油中加入微生物發(fā)酵培養(yǎng)液，利用微生物自身的新陳代謝和代謝產(chǎn)物（生物表面活性劑） 實(shí)現(xiàn)老化油破乳的目的。破乳機(jī)理主要有增溶機(jī)理、變形機(jī)理、相轉(zhuǎn)移機(jī)理等。早在19世紀(jì)90年代，國(guó)外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某種微生物發(fā)酵液具有高效破乳作用。之后經(jīng)過(guò)我國(guó)四川大學(xué)曾里、同濟(jì)大學(xué)楊葆華、東華大學(xué)周勁，李春艷等人的研究，逐漸形成了一套高效的生物破乳劑產(chǎn)生菌篩選方法。除了破乳作用之外，微生物同樣可以起到原油脫硫的作用。例如陳忠喜等人所開(kāi)發(fā)的能夠有效去除硫控菌（SRB）的反硝化抑制劑，秦雙等人分離篩選的脫氮硫桿菌等，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明對(duì)于去除老化油罐中的FeS效果很好[2]。

該方法使用范圍廣，對(duì)環(huán)境友好且能耗低，應(yīng)用前景廣闊，但是考慮到作用機(jī)理不夠完善所以并沒(méi)有大面積推廣。

2.2 老化油催化裂解技術(shù)

國(guó)外的裂解技術(shù)主要有MaxofinTM工藝、PYPOCAT技術(shù)、NEXCC工藝等，國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的裂化技術(shù)有催化裂解（DCC）工藝、催化熱裂解（CPP） 工藝以及重油直接裂解制乙烯（HCC）工藝等[2]。

將老化油裂解產(chǎn)物與乙醇、0#柴油按照不同的比例混合制成混合燃料并在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中與純柴油進(jìn)行燃料性能測(cè)試及對(duì)比，由測(cè)試結(jié)果可知混合燃料在一定程度上可實(shí)現(xiàn)滿足實(shí)際的動(dòng)力需求（圖1）。并且在發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，CO、THC的排放量會(huì)明顯減少，NOx的排放量會(huì)隨著乙醇的含量上升而下降。該方法能夠?qū)⒗匣统浞只厥绽茫軌虍a(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益，前景較好。

圖1 混合燃料與純柴油有效功率對(duì)比圖

2.3 二氧化氯氧化法處理技術(shù)

二氧化氯廣泛應(yīng)用于我國(guó)的供水系統(tǒng)、醫(yī)療廢水處理系統(tǒng)等，是一種理想的消毒劑[4]。依靠二氧化氯的強(qiáng)氧化性能，不僅可以使老化油中的含鐵雜質(zhì)和含硫雜質(zhì)被氧化為易溶于水的三價(jià)鐵離子和硫酸根離子，并且可以去除老化油中含有一些還原菌（如鐵細(xì)菌和硫酸鹽還原菌）。與此同時(shí)，二氧化氯可將三次采油過(guò)程中所添加的聚合物（如聚丙烯酰胺）斷鏈降解，實(shí)現(xiàn)老化油的破乳脫水。當(dāng)獨(dú)立水相產(chǎn)生之后，老化油中的硝酸根離子、CO2等即可溶解于水中，氧化反應(yīng)的平衡不斷向正向移動(dòng)從而促進(jìn)了聚合物的進(jìn)一步降解（圖2）。該方法中，二氧化氯的處理對(duì)象較為全面，對(duì)老化油的處理效果好，并且已經(jīng)在生活中得到了廣泛應(yīng)用，其成本較低，應(yīng)用前景廣闊。

圖2 老化油油相中聚合物濃度變化曲線圖

2.4 傳統(tǒng)離心技術(shù)的改進(jìn)

2015年6月安塞油田首先使用“電脈沖振蕩+翼片框離心”工藝技術(shù)來(lái)處理油田老化油，經(jīng)理論和實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，一級(jí)離心的處理效果較好，但是設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)之后會(huì)出現(xiàn)老化油絮狀物、膠質(zhì)、雜質(zhì)堵塞離心機(jī)的情況，并且離心設(shè)備無(wú)法自主排出堵塞物，導(dǎo)致離心機(jī)無(wú)法連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)[5]。為使得離心機(jī)連續(xù)正常工作并且滿足老化油的處理指標(biāo)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)失敗后吸取的經(jīng)驗(yàn)，提出“電脈沖振蕩+螺旋離心+翼片框離心+翼片框離心”處理工藝。新型工藝較原始工藝的區(qū)別在于重點(diǎn)考慮去除離心機(jī)堵塞物，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。在使用翼片框離心機(jī)脫水、脫蠟之前，反復(fù)使用螺旋離心機(jī)脫出老化油內(nèi)含有的雜質(zhì)、膠團(tuán)、絮狀物。經(jīng)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和油田現(xiàn)場(chǎng)處理結(jié)果可知，改進(jìn)后的老化油處理工藝能夠在解決離心機(jī)堵塞問(wèn)題的同時(shí)，滿足老化油處理的含水量、含膠量、處理效率和數(shù)量的要求。

該方法的優(yōu)點(diǎn)是老化油處理數(shù)量大、處理速度快、設(shè)備能夠連續(xù)工作。缺點(diǎn)是設(shè)備一次性投資大，倘若給各聯(lián)合站都配備相同的設(shè)備，會(huì)導(dǎo)致處理成本的迅速增加。因此，考慮將各聯(lián)合站內(nèi)老化油統(tǒng)一集中到某個(gè)聯(lián)合站內(nèi)，或者將設(shè)備撬裝化改裝，在各聯(lián)合站內(nèi)流動(dòng)作業(yè)，這樣既可節(jié)約成本，又能滿足老化油的處理要求。

2.5 高頻/高壓脈沖交流電場(chǎng)處理技術(shù)

針對(duì)流花油田老化油回收處理問(wèn)題，中海油研究中心提出高頻/高壓脈沖交流電場(chǎng)老化油處理技術(shù)電場(chǎng)破乳實(shí)驗(yàn)設(shè)備為圖3所示的靜態(tài)靜電聚結(jié)器。試驗(yàn)方法采用了“電場(chǎng)破乳+離心器強(qiáng)化沉降脫水”模式。通過(guò)控制變量法，依次改變電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)頻率、電場(chǎng)波形來(lái)研究各因素對(duì)老化油處理效果的影響程度[6]。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，高頻/高壓電場(chǎng)能夠促進(jìn)水顆粒的不斷聚結(jié)、長(zhǎng)大，但是過(guò)高頻率和電壓也會(huì)導(dǎo)致原有水顆粒破碎，使得脫水效果變差，因此對(duì)于不同來(lái)源老化油存在著對(duì)應(yīng)的最佳處理頻率和最佳處理電壓。與此同時(shí)，不同波形的電場(chǎng)對(duì)老化油的破乳、脫水程度也不盡相同，按照處理程度的優(yōu)劣性排序?yàn)榫匦尾ǎ菊也ǎ救遣ǎ久}沖直流波。例如流花油田老化油最佳處理電場(chǎng)為6kV、2kHz、交流矩形波。該方法的綜合處理效果較好，但是考慮到設(shè)備成本及操作問(wèn)題，目前還未技術(shù)推廣。

圖3 靜態(tài)靜電聚結(jié)破乳實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

除上述處理技術(shù)之外，還有超聲波處理技術(shù)，微波處理技術(shù)、電磁處理技術(shù)等等目前仍處于研究階段。

3 結(jié)語(yǔ)

油田老化油的回收處理工作是目前我國(guó)油田實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的重要內(nèi)容，通過(guò)采用高效、節(jié)能、低成本的新型處理工藝可實(shí)現(xiàn)將老化油“變廢為寶”，對(duì)于保障原油集輸處理工藝的正常進(jìn)行、提高資源的利用效率、滿足社會(huì)發(fā)展的實(shí)際需求都會(huì)產(chǎn)生積極作用。