油砂采出液瀝青油密度對(duì)化學(xué)藥劑效果的影響

曾璐明，李支文，程 艷

（中海油（天津）油田化工有限公司，天津 300451）

油砂是瀝青、水、砂及黏土的混合物，作為一種重要的非常規(guī)石油資源，日益得到各國(guó)政府的重視。世界上油砂資源豐富的國(guó)家有：加拿大、委內(nèi)瑞拉、美國(guó)、俄羅斯和中國(guó)?！禕P 世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒2018》數(shù)據(jù)顯示，截至2017 年年底，加拿大油砂剩余可采儲(chǔ)量1 634 億桶，占加拿大全國(guó)石油剩余可采儲(chǔ)量的96.7 %，占全球石油剩余可采儲(chǔ)量的9.6 %[1]。加拿大境內(nèi)豐富的油砂資源主要分布在西加盆地阿薩巴斯卡（Athabasca）、冷湖（Cold Lake）和皮斯河（Peace River）3 大油砂礦區(qū)[2]。其最廣泛的開采方式為蒸汽輔助重力泄油技術(shù)（SAGD），是采用上下平行排列的2 口水平井作為井組，由上面的水平井注入蒸汽加熱重油和瀝青，這些加熱的重油和瀝青在重力的作用下流入下部的水平井并被采出[3]。

油砂采出液處理工藝中通常需要加注破乳劑、反相破乳劑和清水劑等化學(xué)藥劑促進(jìn)油水分離。此外由于油砂采出液密度通常大于1 g/cm3，工藝中通常需要加注一定量的稀釋劑調(diào)節(jié)處理流程中瀝青油密度，增強(qiáng)油砂流動(dòng)性，擴(kuò)大油水密度差[4]，甚至可以破壞瀝青質(zhì)及砂的吸附，將水及砂一起絮凝沉降[5]。加拿大阿爾伯塔省某油砂采出液密度1.02 g/cm3，處理工藝中需加注稀釋劑將瀝青油密度降低至0.94 g/cm3。而適當(dāng)?shù)亟档拖♂寗┘幼⒘?，相?yīng)增加處理流程中瀝青油密度，可以達(dá)到降低成本、增加產(chǎn)能的目的。

瀝青油密度增加將會(huì)影響油水分離效果[6]，本文通過(guò)室內(nèi)瓶試研究加拿大阿爾伯塔省某油砂采出液瀝青油密度從0.94 g/cm3增加到0.98 g/cm3，研究化學(xué)藥劑的適應(yīng)性，通過(guò)調(diào)整化學(xué)藥劑濃度改善油水分離效果，并確定不同瀝青油密度下，達(dá)到相當(dāng)?shù)挠退蛛x效果時(shí)化學(xué)藥劑濃度變化。

加拿大阿爾伯塔省某油砂采出液處理工藝流程圖（見圖1）。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

實(shí)驗(yàn)儀器：InfraCal HATR T-2 含油分析儀，美國(guó)Wilks 公司；離心機(jī)，美國(guó)Robinson 公司；TW20 型水浴鍋，德國(guó)Julabo 公司；DA-130N 型密度測(cè)定儀，日本京都電子公司。

實(shí)驗(yàn)試劑：乙醇、丙酮、甲苯，分析純，天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠；稀釋劑（密度0.695 g/cm3，芳烴5.6 %、C4～C663.3 %、C7～C918.6 %、C10～C4112.0 %）；油砂采出液（含20 %油，80 %水），加拿大阿爾伯塔省某油田；破乳劑（多胺聚醚類）、清水劑（聚丙烯酰胺類），中海油（天津）油田化工有限公司；反相破乳劑（聚胺鹽類），中海油化工研究設(shè)計(jì)院有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

向150 mL 脫水瓶中準(zhǔn)確加入100 mL 油砂采出液，并置于90 ℃水浴中加熱10 min，加入相應(yīng)體積的稀釋劑和化學(xué)藥劑，均勻振蕩100 次，再置于90 ℃水浴中靜置30 min。測(cè)定上層原油含水、中間層含量以及下層污水含油。

化學(xué)藥劑加注方法為，參考現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際加注濃度，先固定反相破乳劑濃度為100 mg/L，清水劑濃度100 mg/L，設(shè)定破乳劑加注濃度范圍為100 mg/L～500 mg/L。每100 mg/L 為一個(gè)梯度，根據(jù)油水分離效果選擇最佳破乳劑加注濃度，再固定清水劑濃度為100 mg/L，設(shè)定反相破乳劑濃度范圍為100 mg/L～300 mg/L，每50 mg/L為一個(gè)梯度，根據(jù)油水分離效果選擇最佳反相破乳劑濃度，設(shè)定清水劑濃度范圍為100 mg/L～300 mg/L，每50 mg/L 為一個(gè)梯度，根據(jù)油水分離效果選擇最佳清水劑濃度。最終得出對(duì)應(yīng)瀝青油下破乳劑、反相破乳劑和清水劑最佳加注濃度，以及此濃度下油水分離效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 瀝青油0.94 g/cm3 時(shí)化學(xué)藥劑加注量對(duì)分離效果的影響

各脫水瓶中稀釋劑加注量為6.5 mL，此時(shí)瀝青油從1.02 g/cm3降低至0.94 g/cm3。先固定反相破乳劑和清水劑濃度，考察破乳劑最佳濃度，結(jié)果（見圖2）。

圖1 加拿大阿爾伯塔省某油砂采出液處理工藝流程示意圖

圖2 瀝青油0.94 g/cm3 時(shí)破乳劑濃度對(duì)油水分離效果的影響

由圖2 可知，瀝青油為0.94 g/cm3時(shí)，隨著破乳劑濃度的提高，上層原油含水有降低趨勢(shì)，特別是濃度從100 mg/L 提升至200 mg/L 時(shí)，上層原油含水降低了27.6 %，繼續(xù)提高破乳劑濃度，上層原油含水變化不大。破乳劑濃度在100 mg/L～400 mg/L 濃度范圍內(nèi)，對(duì)中間層含量影響不大，但濃度繼續(xù)提升至500 mg/L后，中間層含量有明顯的上漲趨勢(shì)。破乳劑濃度變化對(duì)下層污水含油影響不大。綜合上述數(shù)據(jù)，破乳劑最佳濃度為200 mg/L。

設(shè)定破乳劑為200 mg/L，再固定清水劑濃度，考察反相破乳劑最佳濃度，結(jié)果（見圖3）。

由圖3 可知，反相破乳劑濃度提高，上層原油含水先緩慢降低，當(dāng)濃度達(dá)到250 mg/L 以上后有明顯的上漲，這說(shuō)明此時(shí)反相破乳劑過(guò)量，導(dǎo)致反相乳化。中間層含量在反相破乳劑濃度從100 mg/L 提高到150 mg/L時(shí)有較為明顯的降低，此后繼續(xù)提高反相破乳劑濃度，變化不大，濃度達(dá)到250 mg/L 以后，中間層含量略有上漲趨勢(shì)。下層污水含油隨反相破乳劑濃度提高總體上呈降低趨勢(shì)，但幅度不大。綜合上述數(shù)據(jù)，反相破乳劑最佳濃度為150 mg/L。

設(shè)定破乳劑濃度200 mg/L，反相破乳劑150 mg/L，考察清水劑最佳濃度，結(jié)果（見圖4）。

由圖4 可知，清水劑濃度變化對(duì)上層原油含水影響不大，中間層含量隨清水劑濃度上升有一定上漲趨勢(shì)，清水劑濃度從150 mg/L 提升到200 mg/L 后下層污水含油有顯著的降低。綜合上述數(shù)據(jù)，清水劑最佳濃度為200 mg/L。

以上結(jié)果表明：油砂采出液處理工藝中，瀝青油0.94 g/cm3時(shí)，破乳劑、反相破乳劑和清水劑濃度分別為200 mg/L、150 mg/L、200 mg/L 時(shí)油水分離效果最佳，此時(shí)上層原油含水為11.9 %，中間層含量為7.9 %，下層污水含油為280 mg/L。

2.2 瀝青油0.98 g/cm3 時(shí)化學(xué)藥劑加注量對(duì)分離效果的影響

各脫水瓶中稀釋劑加注量為2.8 mL，此時(shí)瀝青油從1.02 g/cm3降低至0.98 g/cm3。先固定反相破乳劑和清水劑濃度，考察破乳劑最佳濃度，結(jié)果（見圖5）。

由圖5 可知，瀝青油0.98 g/cm3時(shí)，破乳劑濃度變化對(duì)上層原油含水影響較大，300 mg/L 時(shí)較200 mg/L有明顯的降幅。隨破乳劑濃度增長(zhǎng)，中間層含量也略有降低趨勢(shì)，下層污水含油變化不大。綜合上述數(shù)據(jù)，破乳劑最佳濃度為300 mg/L。

圖3 瀝青油0.94 g/cm3 時(shí)反相破乳劑濃度對(duì)油水分離效果的影響

圖4 瀝青油0.94 g/cm3 時(shí)清水劑濃度對(duì)油水分離效果的影響

圖5 瀝青油0.98 g/cm3 時(shí)破乳劑濃度對(duì)油水分離效果的影響

圖6 瀝青油0.98 g/cm3 時(shí)反相破乳劑濃度對(duì)油水分離效果的影響

設(shè)定破乳劑為300 mg/L，再固定清水劑濃度，考察反相破乳劑最佳濃度，結(jié)果（見圖6）。

由圖6 可知，在此條件下，反相破乳劑濃度變化對(duì)上層原油含水和中間層含量影響都較大，反相破乳劑濃度在100 mg/L～250 mg/L 范圍內(nèi)，隨著反相破乳劑濃度升高，上層原油含水和中間層含量持續(xù)降低，反相破乳劑濃度繼續(xù)上漲，上層原油含水和中間層含量持平或略有上漲。下層污水含油隨反相破乳劑濃度增長(zhǎng)總體呈降低趨勢(shì)。綜合上述數(shù)據(jù)，反相破乳劑最佳濃度為250 mg/L。

設(shè)定破乳劑濃度300 mg/L，反相破乳劑250 mg/L，考察清水劑最佳濃度，結(jié)果（見圖7）。

圖7 瀝青油0.98 g/cm3 時(shí)清水劑濃度對(duì)油水分離效果的影響

由圖7 可知，清水劑濃度增加，上層原油含水變化不大，250 mg/L 以下對(duì)中間層含量影響較小，但濃度增加到300 mg/L 后中間層含量上漲43 %。隨著清水劑濃度升高，下層污水含油顯著降低。綜合上述數(shù)據(jù)，清水劑最佳濃度為250 mg/L。

以上結(jié)果表明：油砂采出液處理工藝中，瀝青油0.98 g/cm3時(shí)，破乳劑、反相破乳劑和清水劑濃度分別為300 mg/L、250 mg/L、250 mg/L 時(shí)油水分離效果最佳，此時(shí)上層原油含水為11.8 %，中間層含量為8.6 %，下層污水含油為330 mg/L。

2.3 結(jié)果分析

要達(dá)到相當(dāng)?shù)挠退蛛x效果，加拿大某油砂采出液處理工藝中瀝青油由0.94 g/cm3提高到0.98 g/cm3后，所需破乳劑、反相破乳劑和清水劑的濃度分別從200 mg/L、150 mg/L、200 mg/L 上漲到300 mg/L、250 mg/L、250 mg/L。

結(jié)合稀釋劑在油砂采出液處理工藝中的作用，認(rèn)為本研究中瀝青油由0.94 g/cm3提高至0.98 g/cm3，溶劑瀝青比（S/B，稀釋劑與油砂中原油體積比）從0.33 降低至0.14，一方面瀝青油密度增大，油水密度差減小，油水分離難度加大，另一方面，瀝青油黏度和油水界面張力增大，乳化膜增厚，降低了化學(xué)藥劑的擴(kuò)散速度，還有一方面，溶劑瀝青比的降低導(dǎo)致瀝青油中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量相對(duì)升高，加大了對(duì)活性劑的運(yùn)動(dòng)阻力及其吸附，不利于沉降脫水[7]?；瘜W(xué)藥劑注入濃度提升在一定程度能夠解決溶劑瀝青比降低導(dǎo)致的油水分離難度增大問(wèn)題。

3 結(jié)論

加拿大某油砂采出液瀝青油由0.94 g/cm3提高到0.98 g/cm3，為維持相當(dāng)?shù)挠退蛛x效果，破乳劑、反相破乳劑和清水劑濃度需分別上漲50 %、50 %和25 %。溶劑瀝青比降低導(dǎo)致油水密度差減小，界面乳化膜增厚降低化學(xué)藥劑擴(kuò)散速度以及膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量升高加大了對(duì)活性劑的運(yùn)動(dòng)阻力及吸附，是化學(xué)藥劑濃度增大的主要原因。