渤海高含蠟原油破乳劑研究與應(yīng)用

王虎子，張 瑋，李志鵬，劉少鵬

(1.中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司，天津 塘沽 300457；2.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 塘沽 300452； 3.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 塘沽 300450)

隨著我國海洋石油工業(yè)快速發(fā)展，2019年渤海油田進(jìn)入上產(chǎn)4000萬噸的關(guān)鍵期[1]，油田產(chǎn)液量不斷提升。受海上平臺空間限制，大部分油田要求在30min～120min內(nèi)實(shí)現(xiàn)油水分離[2]，有限的設(shè)備條件對油氣集輸工作提出了較大的挑戰(zhàn)，開發(fā)高效原油破乳劑對保證油水處理達(dá)標(biāo)尤為重要[3]。

渤海某油田為中質(zhì)高含蠟油田，原油處理設(shè)備包括油氣水三相分離器、二級分離器和電脫水器，日處理液量為10000m3/d，綜合含水率為40%，油水處理流程如圖1所示。隨著油田采出液含水率逐漸升高，在三相分離器和二級分離器油水界面處出現(xiàn)大量乳化液層[4]，導(dǎo)致原油脫水不達(dá)標(biāo)，分離器水相出口污水含油量大幅增加，對外輸原油品質(zhì)和注水水質(zhì)造成較大的影響。

圖1 渤海某油田生產(chǎn)流程簡圖

表1 渤海某油田原油分析數(shù)據(jù)

表1(續(xù))

樹脂型多嵌段聚醚破乳劑針對該油田采出液具有脫水速度快的特點(diǎn)，20min內(nèi)原油脫水率可達(dá)到93%[5]。由于該油田實(shí)施酸化、調(diào)剖和弱凝膠調(diào)驅(qū)等增產(chǎn)措施，加上地層中返出的黏土礦物等雜質(zhì)，使采出液中存在大量乳化液，造成三相分離器和二級分離器油水界面處乳化液含量不斷增加，導(dǎo)致原油處理系統(tǒng)和污水處理系統(tǒng)發(fā)生周期性紊亂。

筆者針對高含蠟油品性質(zhì)，分別以酚胺樹脂和多乙烯多胺為起始劑的合成破乳劑[6]，改善破乳劑對水包油型乳狀液的脫水效果[7]，以減少油水界面處乳化液含量，從而解決了現(xiàn)場原油系統(tǒng)周期性崩潰的問題。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 破乳劑的制備

表2 破乳劑制備用試劑

(1)組分A的合成：在1L的高溫高壓反應(yīng)釜中，按先后順序分別加入一定量的起始劑酚胺樹脂、氫氧化鉀、環(huán)氧丙烷和環(huán)氧乙烷，在適當(dāng)?shù)臏囟认路磻?yīng)一定時間后得到組分A。

(2)組分B的合成：以多乙烯多胺為起始劑，其他過程與組分A的合成相同。

(3)破乳劑復(fù)配：將組分A、B、增效劑、二甲苯按照表3中比例復(fù)配。破乳劑樣品合成后備用，開展破乳劑室內(nèi)篩選實(shí)驗(yàn)。

表3 破乳劑復(fù)配比例(質(zhì)量比)

1.2 破乳劑室內(nèi)篩選

取渤海某油田綜合采出液，參照中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5281-2000《原油破乳劑使用性能檢測方法(瓶試法)》開展破乳劑室內(nèi)評價(jià)實(shí)驗(yàn)。具體步驟如下：把80 mL原油樣品倒入100mL的脫水試管中，在60℃的恒溫水浴中預(yù)熱10 min；使用微量移液器向脫水試管中加入一定濃度的破乳劑，手動震蕩200次使藥劑與原油混合均勻；然后將脫水試管放回恒溫水浴中，觀察一段時間內(nèi)原油脫水率、油水界面狀態(tài)、下層脫出水顏色。

計(jì)算脫水率W按公式(1)：

W=V水/V水0×100%

(1)

V水：靜置一段時間后分離出的水相的體積；

為了觀察破乳劑對油水界面處的乳化液的處理效果，油水界面處乳化液含量為評價(jià)的主要指標(biāo)；海上油田對破乳劑的脫水率要求較高，破乳劑的脫水率也為本次評選的主要指標(biāo)；脫出水色對油田后續(xù)污水處理存在一定影響，脫出水色為輔助指標(biāo)。

1.3 破乳影響實(shí)驗(yàn)

(1)濃度梯度實(shí)驗(yàn)：

取渤海某油田采出原油，分別加注100mg/L、110mg/L、120mg/L、130mg/L、140mg/L、150mg/L破乳劑，開展?jié)舛忍荻仍u價(jià)實(shí)驗(yàn)，確定破乳劑最佳濃度范圍。

(2)溫度梯度實(shí)驗(yàn)

綜合考慮油田現(xiàn)場溫度情況，加注濃度為濃度影響實(shí)驗(yàn)中選出的最佳加注濃度。取渤海某油田采出原油，參照1.2破乳劑室內(nèi)篩選，分別在60℃、70℃、80℃、90℃下記錄不同溫度下的脫水率及脫水速率、界面情況、水色，開展溫度影響評價(jià)實(shí)驗(yàn)。

(3)pH影響實(shí)驗(yàn)

通過加注適量NaOH、HCL溶液調(diào)整采出液pH值，加注濃度為實(shí)驗(yàn)中選出的最佳加注濃度，溫度為油田原油系統(tǒng)最低溫度60℃。取渤海某油田采出原油，參照1.2破乳劑室內(nèi)篩選，記錄pH值為4、5、6、7、8、9下的脫水率及脫水速率、界面情況、水色，開展pH影響評價(jià)實(shí)驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 破乳劑性能評價(jià)

由圖2和表4可知，在加注濃度140mg/L的情況下，7#破乳劑最終脫水率最高，脫水速率最快、油水界面整齊且不掛壁、下層脫出水顏色清澈。7#破乳劑為針對該油田最佳的破乳劑配方。

表4 不同型號藥劑室內(nèi)實(shí)驗(yàn)記錄

圖2 不同型號藥劑室內(nèi)試驗(yàn)脫水率

2.2 濃度梯度實(shí)驗(yàn)

由圖3和表5可知，當(dāng)7#破乳劑加注濃度在100～130mg/L范圍，破乳劑濃度越高，原油脫水效果越好；當(dāng)7#破乳劑加注濃度高于130mg/L時，原油脫水效果不再隨著破乳劑濃度升高而增強(qiáng)，從經(jīng)濟(jì)適用性方面考慮，7#破乳劑最佳加注濃度為130mg/L。

表5 7#破乳劑加注濃度對原油脫水效果影響實(shí)驗(yàn)記錄表

圖3 破乳劑濃度梯度實(shí)驗(yàn)

2.3 溫度對原油脫水效果影響實(shí)驗(yàn)

由圖4和表6可知，在60～90℃溫度范圍內(nèi)，溫度升高有利于提高原油脫水效果。溫度升高后原油密度減小，油水密度差增大，原油粘度降低，由斯托克斯公式可知，溫度升高可提高了原油脫水效果；其次，溫度升高后增加了體系內(nèi)分子動能，增加了液滴間的相互碰撞次數(shù)，有利于水珠的聚結(jié)沉降；最后，溫度升高有利于樹枝狀破乳劑高分子嵌段聚醚更容易擴(kuò)散到油水界面處，提高了破乳劑的分散速度和脫水速度。

表6 溫度對原油脫水效果影響實(shí)驗(yàn)記錄表

圖4 溫度對原油脫水效果影響實(shí)驗(yàn)

2.4 pH值對原油脫水效果影響實(shí)驗(yàn)

由圖5和表7可知，當(dāng)pH值在6～8區(qū)間范圍原油脫水效果最佳，產(chǎn)液pH過高或過低均會對原油脫水產(chǎn)生影響[9]。主要是由于油田實(shí)施了大量增產(chǎn)措施，導(dǎo)致產(chǎn)出液中含有大量無機(jī)鹽、黏土礦物和有機(jī)酸鹽等復(fù)雜成分，pH偏高或偏低均會使乳化液中離子強(qiáng)度增加，提高了乳化液的穩(wěn)定性，造成原油破乳難度增大。

表7 pH值對原油脫水效果影響實(shí)驗(yàn)記錄表

圖5 pH值對原油脫水效果影響實(shí)驗(yàn)

3 現(xiàn)場應(yīng)用

2019年3月在渤海某油田開展7#破乳劑礦場試驗(yàn)。7#破乳劑加注前，一級分離器和二級分離器油水界面處累積了大量的乳化液，二級分離器基本處于不脫水狀態(tài)，外輸含水率經(jīng)常超過1%。如圖6所示，7#破乳劑加注130mg/L時，三相分離器油相出口含水率由10%～15%降低至7%～10%，二級分離器油相出口含水率降低至5%左右，電脫水器出口原油含水率穩(wěn)定在0.5%以內(nèi)。

圖6 7#藥劑試驗(yàn)期間原油系統(tǒng)各級脫水效果變化

礦場試驗(yàn)期間，對一級分離器和二級分離器油相出口乳化液含量也進(jìn)行了監(jiān)測。如圖7所示，7#藥劑加注后，一級分離器油相出口原油乳化液含量由3%～6%降低至1%～2%，二級分離器油相出口原油乳化液含量由1%～4%降低至1%以內(nèi)。

圖7 7#藥劑試驗(yàn)期間分離器中間層含量

4 結(jié)論

(1)分別以酚胺樹脂和多乙烯多胺為起始劑合成的破乳劑A和破乳劑B，再與增效劑和溶劑按照6∶4∶1∶9的比例復(fù)配合成的7#破乳劑，該破乳劑對渤海某高含蠟油田產(chǎn)出液具有最終脫水率高、脫水速率快、界面整齊且不掛壁、脫出水色好的特點(diǎn)。

(2)7#破乳劑最佳濃度加注濃度為130mg/L，溫度越高越有利于原油脫水，pH值在6～8范圍內(nèi)原油脫水效果最好。

(3)礦場試驗(yàn)結(jié)果表明：7#破乳劑加注濃度為130mg/L，原油系統(tǒng)脫水效果明顯改善，一級分離器油相出口原油乳化液含量由3%～6%降低至1%～2%，二級分離器油相出口原油乳化液含量由1%～4%降低至1%以內(nèi)，保證了油田外輸原油品質(zhì)。