大慶油田高乳化陳舊原油有效處理工藝技術(shù)評(píng)價(jià)

劉琴 張冰 張軒維 冷冬梅

1大慶油田設(shè)計(jì)院有限公司

2中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司

高乳化陳舊原油是指油水乳化嚴(yán)重且放置時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)的原油。集輸系統(tǒng)內(nèi)的高乳化陳舊原油主要有三個(gè)來(lái)源：從脫水轉(zhuǎn)油站內(nèi)污水沉降罐上部回收的污油；從污水處理站除油罐回收的污油；從污水處理站過(guò)濾罐反沖洗后進(jìn)回收水池內(nèi)回收的污油[1]。這類原油由于成分復(fù)雜，含有許多導(dǎo)電性較強(qiáng)的FeS等機(jī)械雜質(zhì)，乳化嚴(yán)重，導(dǎo)電性強(qiáng)，往往會(huì)導(dǎo)致電脫水裝置出現(xiàn)頻繁跳閘甚至垮電場(chǎng)，造成脫水電場(chǎng)運(yùn)行不平穩(wěn)，給生產(chǎn)帶來(lái)很大的問(wèn)題。同時(shí)，高乳化陳舊原油占用了采出液處理設(shè)備的處理空間，降低了設(shè)備處理量，使脫水溫度升高并造成處理劑用量增加，增加了處理成本，還加大采出液處理難度，導(dǎo)致電脫水器處理后油、水超標(biāo)，給生產(chǎn)管理帶來(lái)很大困難[2]。各采油廠處理高乳化陳舊原油主體工藝流程不統(tǒng)一，配套性和適應(yīng)性差，沒(méi)有形成完善的處理工藝及處理設(shè)備。因此，優(yōu)選和完善一套適合處理大慶油田高乳化陳舊原油的工藝技術(shù)和設(shè)備，徹底解決油田回收高乳化陳舊原油的困難，才能夠確保油、水質(zhì)達(dá)標(biāo)，同時(shí)為各聯(lián)合站原油安全生產(chǎn)、平穩(wěn)運(yùn)行創(chuàng)造有利條件。

1 處理工藝及適應(yīng)性評(píng)價(jià)

1.1 國(guó)內(nèi)外處理工藝

國(guó)外在高乳化陳舊原油處理難度大的油田均建有專門的處理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)大多先采用離心分離工藝，再將分離出的固體雜質(zhì)進(jìn)行焚燒或生物無(wú)害化處理。對(duì)于瀝青質(zhì)含量高、化學(xué)處理難度特別大而又沒(méi)有被污染的原油，則自然風(fēng)化后用于鋪路。

目前國(guó)內(nèi)處理高乳化陳舊原油的主要方法包括回?fù)胶突鞊椒╗3]、加熱沉降[4]（包括采用老化油單獨(dú)處理裝置[5]）、電場(chǎng)處理、生物處理[6]、離心分離[7]、超聲波處理[8]、負(fù)壓脫水[9]、熱化學(xué)+機(jī)械離心[10]等。

1.2 大慶油田高乳化陳舊原油處理工藝及現(xiàn)狀

大慶油田的55 座脫水站在系統(tǒng)內(nèi)年產(chǎn)生的高乳化陳舊原油量約為42×104t。為實(shí)現(xiàn)外輸油品品質(zhì)達(dá)標(biāo)，大慶油田從2005 年起就將高乳化陳舊原油與正常原油處理流程分開，有28 座脫水站建有單獨(dú)高乳化陳舊原油處理工藝。其中，95%的站采用了熱化學(xué)沉降方法，個(gè)別站采用了電化學(xué)脫水法及離心法處理高乳化陳舊原油，其他無(wú)高乳化陳舊原油處理工藝的脫水站主要采取混摻或回?fù)降奶幚砉に嚒?/p>

經(jīng)多年運(yùn)行，高乳化陳舊原油系統(tǒng)逐漸暴露出各種影響生產(chǎn)的問(wèn)題：處理工藝適應(yīng)性差，處理效果不適應(yīng)生產(chǎn)需求；小型現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中采用的設(shè)備、處理效果和適應(yīng)性需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證；各廠采用的處理工藝流程不統(tǒng)一，配套性、完善性和適應(yīng)性差，部分處理設(shè)備運(yùn)行不正常等。

1.3 高乳化陳舊原油的處理工藝效果評(píng)價(jià)

對(duì)大慶油田在運(yùn)的22 座高乳化陳舊原油處理站的處理工藝效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)（表1）。

表1 高乳化陳舊原油站場(chǎng)及處理效果調(diào)查Tab.1 Investigation of high emulsified old crude oil stations and treatment effects

在調(diào)查的22 座站中主要使用包括熱化學(xué)沉降、電化學(xué)沉降、氧化法處理及離心處理四種處理工藝。從處理效果上看，處理后油中含水量達(dá)標(biāo)的有17座站，占總數(shù)的77.3%。其中，采用熱化學(xué)方法處理的有21 座站，包含了2 種不同的工藝流程：新建老化油單獨(dú)連續(xù)處理工藝和利用壓力沉降罐、電脫水器等原有設(shè)備在站內(nèi)組成單獨(dú)連續(xù)處理系統(tǒng)的處理工藝。

通過(guò)對(duì)處理效果的調(diào)查可知，對(duì)高乳化陳舊原油的處理無(wú)論是采用專用處理裝置還是利舊，或是定期集中處理，只要是采用收油后單獨(dú)處理以及熱化學(xué)處理工藝，處理后的油水品質(zhì)就基本上能夠達(dá)標(biāo)[11]。單純采用兩級(jí)離心的處理方法，處理后油中含水率在6%左右，還需要再增加一套熱化學(xué)處理工藝才能使油中含水率降至0.5%以下。

2 現(xiàn)有處理設(shè)備的適應(yīng)性評(píng)價(jià)

對(duì)22 座高乳化陳舊原油處理站場(chǎng)的處理工藝和處理設(shè)備進(jìn)行了評(píng)價(jià)，其中對(duì)處理設(shè)備的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要為設(shè)備結(jié)構(gòu)的適用性，包括單獨(dú)新建處理化學(xué)脫水設(shè)備、利舊設(shè)備、兩級(jí)離心處理設(shè)備、電處理設(shè)備四種（表2）。

從表2中可以看出，22座在運(yùn)站的處理工藝都能夠滿足處理要求。相應(yīng)的處理設(shè)備中，設(shè)備結(jié)構(gòu)適用于進(jìn)行高乳化原油處理的只有10 座，占總數(shù)的45.5%。不適用的站點(diǎn)主要采取了利舊工藝，對(duì)原處理設(shè)備直接利用，從設(shè)備結(jié)構(gòu)角度來(lái)看無(wú)法適應(yīng)高乳化陳舊原油的處理。

表2 高乳化陳舊原油不同處理工藝及設(shè)備結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)Tab.2 Evaluation of different treatment processes and equipment structure for high emulsified old crude oil

2.1 單獨(dú)新建設(shè)備的運(yùn)行效果評(píng)價(jià)

從處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)來(lái)看，高乳化陳舊原油的處理有四種結(jié)構(gòu)類型：①針對(duì)高乳化陳舊原油特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的高效原油熱化學(xué)脫水組合裝置。這種設(shè)備針對(duì)性較強(qiáng)，圓形喇叭口結(jié)構(gòu)的新型進(jìn)液分布器使液流呈放射狀布液，變徑緩流、緩沖消能，形成了平穩(wěn)的沉降分離條件；初分離段設(shè)整流板，調(diào)整液流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有利于液體分層；沉降段布置一段可再生陶瓷填料，有利于油中水滴的聚結(jié)等等。該裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)適合于高乳化陳舊原油處理，處理裝置現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況穩(wěn)定。②針對(duì)污水沉降罐回收油設(shè)計(jì)的沉降罐脫水裝置。該裝置也是針對(duì)采出液油水分離而設(shè)計(jì)的，進(jìn)口部件采用下箱式布液器，具有良好的穩(wěn)流、整流特性，有利于破乳，具有一定的預(yù)分離作用；沉降段布置兩段可再生填料，陶瓷填料的親水特性有利于油中水滴的聚結(jié)；出口部件采用斜板式收油結(jié)構(gòu)和較小的油室，增大了液相沉降體積，能夠提高設(shè)備的處理能力；同時(shí)在出水口之前增設(shè)防砂擋板，便于清砂防砂等等。同樣，該裝置的結(jié)構(gòu)適合于高乳化陳舊原油處理，處理裝置現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行穩(wěn)定。③早期大慶油田針對(duì)油水分離設(shè)計(jì)的老化油沉降罐。它是在沉降罐的基礎(chǔ)上，僅增加了一段不銹鋼填料。這種設(shè)備結(jié)構(gòu)不合理，有效空間利用率低，處理效果不理想。④針對(duì)油水分離設(shè)計(jì)的熱化學(xué)脫水器。它的結(jié)構(gòu)與填料式游離水脫除器結(jié)構(gòu)相同，有兩段填料，油水分離效果較好。

上述除早期設(shè)計(jì)的老化油沉降罐之外其他單獨(dú)處理的設(shè)備，從結(jié)構(gòu)型式上看均可用于高乳化陳舊原油的處理，能夠取得較好的處理效果，滿足處理要求（圖1）。

圖1 高乳化陳舊原油處理工藝流程Fig.1 Treatment process flow of high emulsified old crude oil

2.2 各種利舊設(shè)備運(yùn)行效果評(píng)價(jià)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，利舊設(shè)備類型主要有兩種：①利用舊電脫水器進(jìn)行原油沉降脫水，包括利用原來(lái)的平掛、豎掛電極電脫水器，以及復(fù)合電極電脫水器。電脫水器布液方式為底部布液，頂部收油。在不加電場(chǎng)的情況下，油滴和水滴運(yùn)動(dòng)軌跡為上下垂直運(yùn)動(dòng)，不利于液滴碰撞、聚結(jié)，因此，這種結(jié)構(gòu)沉降效果不理想，滿足不了高乳化陳舊原油處理的需要（圖2）。②利舊各種沉降罐（空罐）進(jìn)行原油沉降脫水，包括臥式沉降罐和立式沉降罐兩種。其中，臥式沉降罐包括水油分離緩沖罐、壓力沉降罐、老化油沉降罐；立式沉降罐包括5 000 m3緩沖水罐和立式罐。這種空罐類似于其他油田的沉降大罐，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靠重力進(jìn)行沉降，維溫效果差，熱量損失大。如果回收的高乳化陳舊原油老化時(shí)間短，采取延長(zhǎng)沉降時(shí)間的方法也能夠取得較好的處理效果。但對(duì)于老化時(shí)間長(zhǎng)的高乳化陳舊原油來(lái)說(shuō)，這種裝置處理效果比較差，不能滿足處理效果要求（圖3）。

圖2 利舊電脫水器處理工藝流程Fig.2 Treatment process flow of used electric dehydrator

圖3 利舊沉降罐處理工藝流程Fig.3 Treatment process flow of used settling tank

2.3 兩級(jí)離心處理裝置運(yùn)行效果評(píng)價(jià)

兩級(jí)離心處理工藝采用臥螺式離心機(jī)，利用固、液兩相密度差，首先在絮凝劑和離心力作用下，在較低的轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)固、液分離，密度較大的固體顆粒緊貼轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，利用轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁輸送到排渣口，油水混合液從轉(zhuǎn)鼓大端排出。然后采用碟片式離心機(jī)，利用油水密度差，在破乳的螺旋劑和離心力的作用下，在較高的轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)油水分離（圖4）。

圖4 兩級(jí)離心式高乳化陳舊原油處理站工藝流程Fig.4 Process flow of two-stage centrifugal high emulsified old crude oil treatment station

從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況來(lái)看，經(jīng)設(shè)備處理后的油中含水率很難達(dá)到1%，如想達(dá)到含水率1%的處理效果，后段必須加一級(jí)熱化學(xué)沉降工藝。如果所處理介質(zhì)泥沙含量比較大，用其處理可以有效進(jìn)行固、液分離，但設(shè)備運(yùn)行清理困難，缺乏專業(yè)隊(duì)伍維護(hù)。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)采用新建單獨(dú)連續(xù)收油處理系統(tǒng)的兩座站進(jìn)行了跟蹤試驗(yàn)，對(duì)回收油進(jìn)行處理后，油中含水量基本能夠達(dá)到0.5%以下，水中含油濃度1 000 mg/L以下。

對(duì)采取利用已建設(shè)備單獨(dú)處理連續(xù)收油系統(tǒng)的5座站進(jìn)行了跟蹤試驗(yàn)，對(duì)回收油進(jìn)行處理后，其中3座站油中含水率能夠達(dá)到0.5%以下，水中含油濃度300 mg/L 以下；1 座站油中含水率為1.2%以下，水中含油濃度30 mg/L 以下；另外1 座站油中含水率為25%以下，水中含油濃度在2 000 mg/L以下。

對(duì)采用集中收油、間歇處理老化油收油系統(tǒng)的1座聯(lián)合站進(jìn)行了跟蹤試驗(yàn)，處理后，油中含水率在1.8%～3.5%之間，水中含油濃度低于1 000 mg/L。

對(duì)采用離心法脫水工藝處理系統(tǒng)內(nèi)高乳化陳舊原油的1聯(lián)合站進(jìn)行了跟蹤試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)兩級(jí)離心處理后，油中含水率為5.9%。繼續(xù)進(jìn)行熱化學(xué)沉降，在沉降溫度65 ℃、沉降時(shí)間18 h 情況下，油中含水率降至0.47%。沉降溫度70 ℃，沉降時(shí)間1 h時(shí)，油中含水率降至0.41%。

4 結(jié)論

（1）對(duì)大慶油田22 個(gè)采用熱化學(xué)沉降和離心分離工藝流程的處理站進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用單獨(dú)新建設(shè)備工藝、集中處理工藝、離心處理工藝方式的處理能夠取得較好的處理效果。在利舊工藝中，針對(duì)高乳化陳舊原油特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的高效原油熱化學(xué)脫水組合裝置、針對(duì)污水沉降罐回收油設(shè)計(jì)的沉降罐脫水裝置、早期大慶油田針對(duì)油水分離設(shè)計(jì)的老化油沉降罐，以及針對(duì)油水分離設(shè)計(jì)的熱化學(xué)脫水器四種利舊設(shè)備更適合于高乳化陳舊原油的處理。

（2）針對(duì)高乳化陳舊原油的有效處理模式主要為單獨(dú)連續(xù)處理的熱化學(xué)沉降處理工藝。采用專用處理設(shè)備，處理溫度不低于70 ℃，加藥濃度不低于300 mg/L，沉降時(shí)間大于20 h。當(dāng)原油雜質(zhì)含量較高時(shí)，可采用兩級(jí)離心加熱化學(xué)處理方法，處理溫度70 ℃，加藥濃度100 mg/L，沉降時(shí)間大于1 h。

（3）對(duì)于回收油的有效處理模式主要為連續(xù)回收運(yùn)行處理模式，處理設(shè)備采用新建單獨(dú)設(shè)備或?qū)ΜF(xiàn)有利舊設(shè)備進(jìn)行改造，處理溫度50～65 ℃，加藥量不低于150 mg/L，沉降時(shí)間大于8 h。