稠油油水處理技術(shù)及其在新疆油田的應(yīng)用

程萬(wàn)軍

（中國(guó)石油新疆油田新港公司）

0 引言

隨著稠油資源開(kāi)采的持續(xù)深入，稠油加工處理難度不斷增加。為改善稠油脫水及污水處理效果和提高效率，國(guó)內(nèi)外相關(guān)油公司圍繞稠油油水處理工藝、設(shè)備、化學(xué)藥劑等開(kāi)發(fā)了一系列技術(shù)。中國(guó)石油新疆油田具有三十多年的稠油開(kāi)發(fā)和處理經(jīng)驗(yàn)，形成了較為完善的脫水及污水處理技術(shù)，支撐了新疆油田的稠油開(kāi)發(fā)。

1 稠油脫水技術(shù)

2018年 5月，我國(guó)頒布的最新原油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 36170—2018《原油》中明確規(guī)定了原油中的水含量應(yīng)控制在0.5%～2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），其中，不同的原油基屬要求略有差異，石蠟基略低、環(huán)烷基相對(duì)較高。相對(duì)于常規(guī)原油，稠油更為復(fù)雜、脫水也更為困難[1]。新疆油田稠油開(kāi)采主要釆用蒸汽驅(qū)，由于已處于油田開(kāi)發(fā)的后期，目前稠油開(kāi)采綜合含水率已高達(dá)90%以上。稠油處理站原油脫水交接含水量要求不大于1%，處理難度大，開(kāi)釆經(jīng)濟(jì)性也差。

1.1 稠油脫水工藝

國(guó)內(nèi)外稠油脫水在工藝方法上區(qū)別不大，主要圍繞加熱、加劑、沉降等技術(shù)脫除稠油中的游離水和乳化水而設(shè)計(jì)[2，3]。

從脫水工藝發(fā)展來(lái)看，越來(lái)越多的油田基于不同工藝的特點(diǎn)，采用一種或多種工藝的組合。例如，熱化學(xué)沉降脫水工藝操作簡(jiǎn)單、可靠性高，但處理時(shí)間長(zhǎng)、設(shè)備占地面積大、現(xiàn)場(chǎng)施工量大，應(yīng)用于勝利油田陳南聯(lián)合站、塔里木油田英買(mǎi)力某聯(lián)合站；電化學(xué)脫水工藝脫水精度高、利于橇裝化、設(shè)備占地少，但電脫水器對(duì)含水率和油品性質(zhì)敏感，對(duì)電脫水器的選擇和操作提出了更高要求，應(yīng)用于中海油埕北油田、遼寧綏中油田、勝利油田單家廟區(qū)塊和遼河油田曙五聯(lián)等；一段熱化學(xué)靜止沉降脫水工藝多用于原油密度大、黏度高、瀝青質(zhì)含量高的稠油處理，但需要多座儲(chǔ)罐分別交替靜止，應(yīng)用于遼河油田曙一區(qū)杜32區(qū)塊和杜84區(qū)塊。

此外，利用微波、電磁波、高頻脈沖、靜電、微生物等新方法，脫水工藝也有一些進(jìn)展和應(yīng)用[4-7]，但應(yīng)用較少?？傮w來(lái)說(shuō)還是重力沉降，過(guò)濾脫水，以及化學(xué)和機(jī)械破乳等傳統(tǒng)方法工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性相對(duì)好，在我國(guó)主要油田被普遍采用，同時(shí)也積累了較多的操作經(jīng)驗(yàn)。為了達(dá)到良好的脫水效果，無(wú)論何種工藝，優(yōu)化好操作條件尤為重要。例如，破乳劑的選擇、沉降時(shí)間和脫水溫度的控制是熱化學(xué)沉降脫水工藝的關(guān)鍵[8]。此外，每個(gè)油田的稠油、超稠油性質(zhì)差異大，現(xiàn)場(chǎng)條件差異大[9]，如何選擇脫水工藝、設(shè)定相應(yīng)的操作條件必須因地制宜，不可照搬照抄。

新疆油田經(jīng)過(guò)三十多年的稠油開(kāi)采，在脫水處理上先后采用了重力沉降法、化學(xué)破乳法、電化學(xué)破乳法、機(jī)械破乳法（離心分離）等單一或復(fù)合的稠油常規(guī)處理方法，目前主要釆用熱化學(xué)重力沉降復(fù)合處理工藝，如圖1所示。

圖1 污水處理工藝示意圖

油井產(chǎn)出液從采油作業(yè)區(qū)集油管線通過(guò)匯總后進(jìn)入沉降罐，期間通過(guò)比例泵按比例加入正相和反相破乳劑，隨來(lái)液混合后進(jìn)入沉降罐。由水、油密度差形成的穩(wěn)定油水界面，上部通過(guò)油槽翻油進(jìn)入毛油罐，毛油罐出油經(jīng)泵泵入螺旋板式換熱器加溫后進(jìn)入凈化罐。新疆油田采用的稠油開(kāi)采工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備使用較少，主要為立式沉降油罐、加熱裝置、加破乳劑設(shè)備。處理后的原油含水量達(dá)到小于 1%的交接要求。

1.2 稠油脫水處理設(shè)備

與常規(guī)原油相比，稠油處理工藝相對(duì)復(fù)雜，涉及的設(shè)備種類(lèi)較多、參數(shù)要求也相對(duì)苛刻。加之隨著油田稠油開(kāi)采期的延長(zhǎng)，油品性質(zhì)發(fā)生較大變化，也給脫水處理設(shè)備帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)。

靳光新、盧風(fēng)光等[10]提出，最常用的立式沉降罐可以采用優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方式使設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行，包括配液管、集油槽、集水槽等的選型及安裝位置的優(yōu)選等。目前新疆油田立式沉降罐大部分采用了外置平衡水箱結(jié)構(gòu)，利用U型管原理，實(shí)現(xiàn)了沉降罐內(nèi)水層油層的自動(dòng)控制。

電脫水器主要用于油包水型乳狀液的處理，新疆油田稠油開(kāi)釆初期釆用了水平電極電脫水器，使用過(guò)程中因高含水易發(fā)生電脫水器跳電現(xiàn)象，后期逐漸停用了電脫水器。近年來(lái)隨著開(kāi)發(fā)后期油品脫水難度加大，新疆油田也開(kāi)始重新試用新型電脫水器。新型電脫水器通過(guò)電脫分離器的合理設(shè)計(jì)，引入絕緣電極，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件的有效絕緣，解決常規(guī)電脫水器在稠油處理中出現(xiàn)無(wú)法建立足夠高強(qiáng)度電場(chǎng)且電場(chǎng)波動(dòng)過(guò)大等問(wèn)題。

分離器是稠油處理常見(jiàn)設(shè)備之一，包括兩相、三相、四相分離器等，分別適用于氣液、氣液水、氣液水沙等分離需求，不同的內(nèi)構(gòu)件及尺寸設(shè)計(jì)可以改進(jìn)分離效果。新疆油田稠油普遍為不含氣，且由于釆出液含水量及總液量大，所以兩相、三相分離器等在新疆油田稠油開(kāi)采工藝中均不適用，因而稠油脫水主要采用沉降罐和電脫器，未使用任何形式的分離器。

1.3 原油破乳劑技術(shù)

我國(guó)現(xiàn)有200多個(gè)品牌、40多種單劑的破乳劑[11]。盡管稠油脫水破乳劑種類(lèi)數(shù)量眾多，但受限于油井采出液成分的多樣化及處理?xiàng)l件的差異化，破乳劑還在不斷改進(jìn)和研發(fā)，李剛等[12]針對(duì)超稠油的乳化難題開(kāi)發(fā)了低溫破乳劑。篩選出適用的類(lèi)型，多種破乳劑復(fù)配使用，以及優(yōu)化加注方式在實(shí)際應(yīng)用中都較為可行[13]。

新疆油田稠油處理目前分別釆用了正相（油包水）、反相（水包油）兩種類(lèi)型破乳劑，加注方式也根據(jù)不同的油區(qū)環(huán)境，分別采用了端點(diǎn)、來(lái)液總管匯、油出口、水出口加藥等靈活的加藥方式。由于油田到了開(kāi)釆后期，各種增油措施助劑的使用及老化油的增多，在沉降罐中除了油層、水層、油水過(guò)渡帶正常工況外，近幾年各稠油處理站在油水過(guò)渡帶中均出現(xiàn)不同程度的老化油、助劑層，嚴(yán)重影響了正常的油水分離，造成工藝生產(chǎn)異常，也對(duì)破乳劑的功能提出了更高的處理要求，有待進(jìn)一步的研究和新產(chǎn)品研發(fā)。

2 稠油污水處理技術(shù)

稠油污水水質(zhì)復(fù)雜（各類(lèi)有機(jī)物、無(wú)機(jī)物和雜質(zhì)），開(kāi)采過(guò)程還會(huì)根據(jù)實(shí)際情況加入不同藥劑（驅(qū)油劑、破乳劑或降凝劑等），使得不同油田稠油污水化學(xué)物質(zhì)成分和含量各有不同[14]，這也給各油田稠油污水處理帶來(lái)挑戰(zhàn)。

2.1 稠油污水處理工藝

由于稠油污水處理后水的用途和標(biāo)準(zhǔn)的差異，處理工藝的選擇差異性較大。國(guó)外部分發(fā)達(dá)國(guó)家選擇去油和懸浮物、軟化和除二氧化硅的深度工藝。通常隨著污水水質(zhì)硬度的增加，依次選用石灰軟化、離子交換或兩者技術(shù)結(jié)合，配置昂貴再生系統(tǒng)的弱酸離子交換樹(shù)脂（硬度大于3 000 mg/L）等技術(shù)。

國(guó)內(nèi)稠油污水通常為隔油—混凝—過(guò)濾三段，目前多為四到六段處理流程，即隔油、凝沉降、粗?；?、浮選、（一級(jí)）粗濾、（二級(jí)）精濾等，以達(dá)到除油/懸浮物和軟化目標(biāo)后去熱采鍋爐?？傮w來(lái)看流程較長(zhǎng)，主要是去油過(guò)程中藥劑用量大同時(shí)疊加稠油脫水藥劑也使得過(guò)濾流程加長(zhǎng)，綜合效果卻未必理想。隨著環(huán)保壓力增大，稠油污水綜合處理技術(shù)是發(fā)展方向[15]。

目前，新疆油田稠油污水處理主要采用物理化學(xué)深度處理工藝，分為重力沉降、化學(xué)沉降、過(guò)濾三步，通過(guò)添加絮凝劑、殺菌劑等，經(jīng)過(guò)斜板沉降、一級(jí)過(guò)濾、二級(jí)過(guò)濾，從重力沉降罐到二級(jí)過(guò)濾器出口污水停留時(shí)間40小時(shí)，經(jīng)過(guò)這個(gè)流程處理后的污水含油≤2 mg/L、懸浮物≤2 mg/L，處理后回用鍋爐利用率已達(dá)80%左右。污水處理系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

圖2 污水處理系統(tǒng)示意圖

2.2 稠油污水凈水劑技術(shù)

稠油污水處理過(guò)程中最為關(guān)鍵的技術(shù)就是新型凈水劑的應(yīng)用研究。油田常用的稠油污水化學(xué)凈水劑包括破乳劑和絮凝劑。油田破乳劑的種類(lèi)很多，已在上文述及。如何根據(jù)污水性質(zhì)選擇合適的破乳劑是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。目前稠油污水通常是水包油型和混相型，根據(jù)具體污水的類(lèi)型，選擇合適、匹配的破乳劑非常重要。對(duì)某一種含油污水有效的破乳劑，對(duì)另一種含油污水效果不一定好。稠油污水處理的反相破乳有三個(gè)方向的趨勢(shì)[16]：一是陽(yáng)離子型反相破乳劑，如陽(yáng)離子聚醚型等；二是一劑多用的水處理劑，將破乳、殺菌等多功能集于一身；三是生物破乳劑、生物絮凝劑。

新疆油田目前使用的污水處理藥劑主要是混凝劑、離子調(diào)整劑和助凝劑?；炷齽┩ㄟ^(guò)破壞復(fù)雜油水相中乳化油、懸浮顆粒、聚合物等膠體體系的穩(wěn)定狀態(tài)，從而達(dá)到凈化作用；離子調(diào)整劑通過(guò)穩(wěn)定水中離子的平衡關(guān)系，破壞結(jié)垢性離子的結(jié)晶長(zhǎng)大，加快反應(yīng)速度，使這些反應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)完成并生成沉淀和其他產(chǎn)物，減緩腐蝕與結(jié)垢，從而達(dá)到凈化和穩(wěn)定水質(zhì)的目的；助凝劑可以有效降低凈水劑用量，提升沉降速率、增加絮體大小和強(qiáng)度，防腐防垢，可有效改善水質(zhì)。該藥劑體系較適用于新疆油田耐高溫高油高懸浮物體系，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)藥劑的不足，快速破壞油水界面膜的穩(wěn)定性，使油水快速分離；快速凈化并去除污水中的油、使懸浮顆粒聚集，從而實(shí)現(xiàn)破乳除油、除懸浮物、控制腐蝕結(jié)垢、凈化和穩(wěn)定水質(zhì)的多重目的。

2.3 稠油污水處理設(shè)備

含油污水過(guò)濾器是油田污水處理工藝中的關(guān)鍵設(shè)備，由于稠油污水含水率高、較常規(guī)污水成分更為復(fù)雜，提高傳統(tǒng)過(guò)濾器的處理效率十分關(guān)鍵。從本質(zhì)上講，稠油污水處理所用的過(guò)濾器與常規(guī)污水處理用設(shè)備差異不大，重在改變過(guò)濾器內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式，優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)濾裝置，提高除污能力，加強(qiáng)布水系統(tǒng)的抗壓能力等。

目前油田普遍使用的過(guò)濾器有：雙濾料過(guò)濾器、改性纖維球過(guò)濾器、多介質(zhì)過(guò)濾器、纖維束過(guò)濾器、超精細(xì)過(guò)濾器等。其中，雙濾料過(guò)濾器、多介質(zhì)過(guò)濾器在新疆油田公司污水處理工藝中主要用作一級(jí)過(guò)濾器。這兩種過(guò)濾器處理能力強(qiáng)、過(guò)濾效果好、反洗再生容易，使用周期長(zhǎng)。改性纖維球過(guò)濾器、超精細(xì)過(guò)濾器主要用作二級(jí)過(guò)濾器。特別是改性纖維球過(guò)濾器，作用是進(jìn)一步攔截污水中的懸浮物和含油，也是污水過(guò)濾系統(tǒng)的保險(xiǎn)，保證濾后水的水質(zhì)達(dá)標(biāo)且穩(wěn)定。

3 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)稠油油水處理技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，稠油處理過(guò)程中的稠油脫水、污水處理相對(duì)獨(dú)立但又緊密關(guān)聯(lián)，脫水的同時(shí)也要考慮隨之而來(lái)的污水處理問(wèn)題。稠油生產(chǎn)各地現(xiàn)場(chǎng)條件差異大，應(yīng)基于不同的稠油類(lèi)型、現(xiàn)場(chǎng)條件，考察新技術(shù)、新措施在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的效果。未來(lái)越來(lái)越多的組合工藝技術(shù)、復(fù)配的新型化學(xué)藥劑得以應(yīng)用。稠油生產(chǎn)是一個(gè)不斷變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、化學(xué)增產(chǎn)劑的使用，油水處理方式和方法也應(yīng)加以調(diào)整。應(yīng)根據(jù)變化情況及時(shí)調(diào)整工藝措施，持續(xù)提升與配套完善工藝系統(tǒng)，不斷改進(jìn)設(shè)備設(shè)計(jì)、提升自動(dòng)控制水平，靈活運(yùn)用好各類(lèi)加藥試劑，才能在滿足稠油開(kāi)發(fā)需要的同時(shí)，全面提升稠油油水處理水平。