老化油處理工藝技術(shù)研究及應(yīng)用方案

解順亭 孫闖 侯玲

摘要：隨著三次采油在油田中后期的大量開發(fā)應(yīng)用，原油采收率的不斷提高，采出液的乳化程度和組成復(fù)雜程度大幅度提升，加之在運(yùn)輸、靜置、溫度、油田化學(xué)劑和各類雜質(zhì)的共同作用下，出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)和形態(tài)多樣且以乳狀液形式穩(wěn)定存在于整個(gè)處理系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的老化油，嚴(yán)重影響聯(lián)合站及轉(zhuǎn)油站運(yùn)行，研究老化油脫水工藝技術(shù)勢(shì)在必行，也有著不錯(cuò)的市場前景。

關(guān)鍵詞：老化油;原油;脫水;技術(shù)

1 老化油現(xiàn)狀研究

1.1 老化油的來源、組成及危害

1.1.1 老化油的來源

老化油的來源復(fù)雜，在油藏開發(fā)初期老化油主要來源于鉆井過程中的井管外漏、落地原油、鉆井廢液以及在試油試采過程中添加了大量油田化學(xué)劑的乳化原油;在生產(chǎn)過程中，主要來源為：集輸系統(tǒng)、廢液池、落地原油、罐底污泥等。

1.1.2 老化油的組成

老化油的來源多樣導(dǎo)致其組成極為復(fù)雜，不同來源的老化油均不盡相同，老化油的形成原因與組分密切相關(guān)：一方面，油田化學(xué)劑在三次采油中的大量運(yùn)用使得老化油中聚合物、堿、表面活性劑與天然表面活性物質(zhì)如膠質(zhì)、瀝青質(zhì)共同作用，老化油乳化程度提高。另一方面，老化油中還含有黏土、泥沙、機(jī)械雜質(zhì)、懸浮物、硫化物以及金屬氧化物膠團(tuán)等常規(guī)物質(zhì)，在懸浮物以及固體顆粒、金屬氧化物、硫化物膠團(tuán)的共同作用下，老化油的穩(wěn)定程度進(jìn)一步加強(qiáng)。

1.1.3 老化油的危害

（1）老化原油的性質(zhì)穩(wěn)定，密度介于正常原油與水之間，在重力沉降作用下始終存在于脫水原油與水相之間，使得脫水效率降低，油相與水相分離進(jìn)度被大大延緩，增加了沉降時(shí)間，增大了運(yùn)營成本;

（2）老化油乳狀液中裹挾了大量的具有強(qiáng)導(dǎo)電性能的泥沙、黏土等機(jī)械雜質(zhì)，在進(jìn)入電脫水器后極易形成短路使設(shè)備跳閘，甚至發(fā)生安全事故，損壞電脫水器設(shè)備;

（3）聯(lián)合站脫水系統(tǒng)中的老化油在儲(chǔ)集和運(yùn)輸中，硫酸鹽還原菌會(huì)大量的增殖，增殖的原料與能量就來源于原油中的硫酸鹽。在有氧呼吸或無氧呼吸過程中硫酸鹽還原菌會(huì)生成硫化氫，腐蝕金屬生成硫化亞鐵膠團(tuán)，膠團(tuán)與硫酸鹽還原菌的絮狀結(jié)構(gòu)共同作用使老化原油的穩(wěn)定性進(jìn)一步加強(qiáng)。

1.2 老化油處理現(xiàn)狀

1.2.1 熱化學(xué)脫水技術(shù)

熱化學(xué)脫水技術(shù)，顧名思義是同時(shí)采用加熱升溫和投加破乳劑的方法對(duì)老化油進(jìn)行脫水處理。其原理是：一定的溫度條件下，通過投加破乳劑，改變老化油乳化液類型，作用并減小其油/水界面膜的剛性、粘度，為水分子靠近與聚結(jié)沉降提供有利環(huán)境，以達(dá)到油/水分離的目的。

1.2.2 超聲波脫水技術(shù)

超聲波脫水技術(shù)是依托空化、機(jī)械振動(dòng)和熱效應(yīng)，來降低老化油的油/水界面膜剛性、粘度，并使性質(zhì)不同的兩相流體介質(zhì)產(chǎn)生位移效應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)油/水分離?？栈瘯r(shí)所形成的微小氣泡能夠加大兩相流體介質(zhì)接觸面積，良好促進(jìn)相間反應(yīng)發(fā)生;另外，由于空化時(shí)微小氣泡產(chǎn)生和破裂速度很快，促使局部產(chǎn)生高溫高壓，這種情況的發(fā)生，使得一些在通常情況下需要加溫加壓條件下發(fā)生的反應(yīng)，在常溫常壓下就可以順利完成，有效節(jié)省了建設(shè)投資與生產(chǎn)運(yùn)行成本。

1.2.3 微生物脫水技術(shù)

微生物脫水主要采取兩種方式，即生物破乳與生物降解。生物破乳是通過與原油乳狀液有關(guān)的環(huán)境中篩選適合菌種后，對(duì)菌種進(jìn)行增值培養(yǎng)，利用產(chǎn)生有破乳優(yōu)勢(shì)的菌群或具有表面活性的菌體代謝產(chǎn)物來代替破乳劑和絮凝劑，對(duì)老化油進(jìn)行脫水處理。生物降解是通過調(diào)節(jié)環(huán)境溫度、濕度、pH 值并且投加富含營養(yǎng)物質(zhì)的鹽類物質(zhì)，幫助促進(jìn)嗜油細(xì)菌進(jìn)行生理活動(dòng)，以降解污染物。

2 老化油處理技術(shù)研究

2.1 研究目標(biāo)、思路

本項(xiàng)目研究目標(biāo)是：（1）將老化油經(jīng)破乳后油的含水率降低至 10%左右，通過帶輸解決老化油罐存高帶來的運(yùn)行壓力;（2）實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場快速破乳、油/水分離及低成本、適用性強(qiáng)的老化油處理技術(shù)與工藝。研究思路是：通過老化油組成及形成機(jī)制分析，油/水比、溫度、加熱攪拌時(shí)間、攪拌速度、藥劑加量等因素對(duì)破乳、脫水效果的影響研究，確定主體工藝;其次，在主體工藝確定的基礎(chǔ)上，對(duì)涉及工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并開展中試等適應(yīng)性研究，最終完成工藝與參數(shù)確定;最后，根據(jù)工藝及參數(shù)，對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算與選型。

2.2 老化油性質(zhì)分析

現(xiàn)對(duì)該老化油含油、含水進(jìn)行了分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

常溫下，該老化油呈粘稠狀固體，不具有流動(dòng)性，將其加熱至 90℃也未溶化為液態(tài)。因此將該油樣與水重量比 1：1 混合，并添加了 0.5%的專用破乳劑后，加熱觀察流動(dòng)性，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度升高至 60℃以后逐漸溶化為液態(tài)油樣。

2.3 老化油破乳效果影響因素

2.3.1 油/水比例對(duì)老化油破乳效果的影響

由于老化油的粘性大、水分散性差，直接加入水溶性破乳助劑，效果不理想，考慮在老化油中加入一定比例的水，使得老化油與水混合，使水溶性破乳藥劑與老化油充分接觸，以達(dá)到破乳效果。實(shí)驗(yàn)方法：將老化油和水分別按照 1：2、1：3、1：4、1：5、1：6 的比例進(jìn)行混合，將已調(diào)整好油/水比的實(shí)驗(yàn)油樣放置在 60℃的水浴鍋中加熱，添加 0.2%的破乳劑于實(shí)驗(yàn)油樣中，加熱攪拌、充分混合 40min;，最后離心機(jī)轉(zhuǎn)速為 2400r/min 的條件下離心 10min 進(jìn)行脫水處理，以脫水后上層油樣含水率為指標(biāo)，考察油/水比對(duì)破乳效果的影響。

當(dāng)其他條件一定時(shí)，隨著加入水量的增多，油相的分散效果也有所增加，破乳效果明顯，離心處理后的上層油樣含水率逐漸降低，但當(dāng)加水比例超過 1：4 后，隨著水量的增加，離心處理后的上層油樣含水率變化不再明顯。因此，篩選出的油/水最佳比例為 1：4。

2.3.2 溫度對(duì)老化油破乳效果的影響

由于不同溫度下，老化油流動(dòng)性差異較大，及溫度對(duì)藥劑作用效果影響較大，因此篩選出破乳效果最佳時(shí)的溫度是非常關(guān)鍵的影響因素之一。

實(shí)驗(yàn)方法：將老化油和水按照 1：4 的比例進(jìn)行混合，將已調(diào)整好油/水比的實(shí)驗(yàn)油樣分別放置在 30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃下的水浴鍋中加熱，添加0.2% 的破乳劑 于實(shí)驗(yàn)油樣中，加熱攪拌 40min;最后離心機(jī)轉(zhuǎn)速為 2400r/min 的條件下離心 10min 進(jìn)行脫水處理，以脫水后上層油樣含水率為指標(biāo)，考察溫度對(duì)破乳效果的影響。

從表3中可以看出，該老化油樣對(duì)于加熱溫度的變化規(guī)律是：隨著溫度的升高，離心處理后上層油相的含水逐漸降低，當(dāng)油樣加熱溫度高于 60℃以后，離心處理后上層油相的含水變化不再明顯，因此篩選出的最佳破乳溫度為 60℃。

2.3.3 破乳劑加藥量對(duì)老化油破乳效果的影響

實(shí)驗(yàn)方法：將老化油和水按照 1：4 的比例進(jìn)行混合，放置在 60℃的水浴鍋中加熱，加入 0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%的破乳劑于實(shí)驗(yàn)油樣中，最后離心機(jī)轉(zhuǎn)速為 2400r/min 的條件下離心 10min 進(jìn)行脫水處理，以脫水后上層油樣中的含水率最低為選擇指標(biāo)。

從表 4可以看出，該老化油對(duì)于破乳劑加量的變化規(guī)律，破乳劑加量過大過小不利于破乳，當(dāng)破乳劑加量低于 0.2%時(shí)，破乳效果較差，但隨著藥劑加量的增加，離心處理后上層油相的含水逐漸降低，當(dāng)破乳劑加量為0.2%時(shí)，破乳效果最佳，離心處理后上層油相的含水較低，繼續(xù)增大破乳劑加量，離心處理后上層油相的含水變化不再明顯，因此篩選出調(diào)節(jié)劑的加量為?0.2%。

2.3.4 離心轉(zhuǎn)速對(duì)老化油破乳效果的影響

實(shí)驗(yàn)方法：將老化油和水按照 1：4 的比例進(jìn)行混合，放置在 60℃的水浴鍋中加熱，添加 0.2% 的破乳劑 于實(shí)驗(yàn)油樣中，加熱攪拌 60min;最后離心機(jī)轉(zhuǎn)速為 1800r/min 2000r/min、2200r/min、2400r/min、2600r/min 離心 10min 進(jìn)行脫水處理，以脫水后上層油樣含水率為指標(biāo)，考察離心機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)破乳效果的影響。

從表5可以看出，該老化油對(duì)離心轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律，隨著離心機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，離心處理后上層油相的含水逐漸降低，當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)速超過 2400r/min 時(shí)，離心處理后上層油相的含水率不再有明顯變化，因此篩選出的最佳離心機(jī)轉(zhuǎn)速為 2400r/min。

2.3.5 離心時(shí)間對(duì)老化油破乳效果的影響

實(shí)驗(yàn)方法：將老化油和水按照 1：4 的比例進(jìn)行混合，放置在 60℃的水浴鍋中加熱，添加0.2%的破乳劑于實(shí)驗(yàn)油樣中，，最后離心機(jī)轉(zhuǎn)速為 2400r/min、的條件下離心 5min、10min、15min、20min、25min 進(jìn)行脫水處理，以脫水后上層油樣含水率最低為指標(biāo)，考察離心時(shí)間對(duì)破乳效果的影響。

從表6 中可以看出，該老化油對(duì)于離心時(shí)間的變化規(guī)律，當(dāng)離心時(shí)間小于 15min 時(shí)，離心處理后上層油相的含水率明顯較高;當(dāng)離心時(shí)間超過 15min 后，離心處理后上層油相的含水變化不再明顯，因此篩選出的最佳離心時(shí)間為 15min。

2.3.6 最佳實(shí)驗(yàn)條件下的重復(fù)試驗(yàn)

經(jīng)過篩選，最終確定的各實(shí)驗(yàn)條件為：將老化油和水按照 1：4 的比例進(jìn)行混合，放置在 60℃的水浴鍋中加熱，添加 0.2%的破乳劑最后離心機(jī)轉(zhuǎn)速為 2400r/min 離心 15min 進(jìn)行脫水處理。按照上述實(shí)驗(yàn)方法分別對(duì)三種老化油進(jìn)行最佳實(shí)驗(yàn)條件下的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表 7 所示：

從表 7可以得出，在篩選出來的最佳實(shí)驗(yàn)條件下，三種老化油樣經(jīng)過處理后上層油樣的含水率均低于 10%，達(dá)到了老化油預(yù)處理的標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)處理的原油可根據(jù)生產(chǎn)情況帶輸，處理后產(chǎn)生的水進(jìn)污水系統(tǒng)（產(chǎn)生的污水是否對(duì)污水系統(tǒng)產(chǎn)生影響后續(xù)研究）。

3 老化油最終處理工藝

經(jīng)過上述實(shí)驗(yàn)的研究，制定出老化油的處理工藝流程如下：將老化油與一定比例的水進(jìn)行混合，在加熱攪拌狀態(tài)下，再將破乳藥劑加入反應(yīng)罐內(nèi)，使得藥劑能與老化油充分接觸，打破油/水界面，改善油水界面膜性能;再加入專用破乳劑后，進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)行固液分離，分離后的油進(jìn)入儲(chǔ)油罐，分離出來的水進(jìn)入儲(chǔ)水罐，儲(chǔ)水罐中的水可作為接收罐中補(bǔ)充水循環(huán)用或進(jìn)入污水系統(tǒng)。

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