超稠油摻入焦化柴油輔助降黏脫水技術(shù)與應(yīng)用*

周少雄，周 鶴，趙 波，張 晨，趙波銳，陳兆錄，胡 斌

（1.新疆科力新技術(shù)發(fā)展股份有限公司，新疆克拉瑪依 834000；2.中國石油新疆油田分公司，新疆克拉瑪依 834000）

新疆某油田采用大罐沉降的熱化學(xué)脫水技術(shù)工藝，原油處理能力為100×104t/a。在現(xiàn)有油品性質(zhì)條件下能夠?qū)崿F(xiàn)凈化油含水率小于1.5%，但存在正、反相破乳劑使用濃度偏高、系統(tǒng)脫水效果波動(dòng)大、污水含油高、懸浮物含量高、污油量大且難處理、稠油集輸困難等問題。特別是近年來該油田采用蒸汽輔助重力泄油（SAGD）技術(shù)采出原油的規(guī)模性增長，原油重質(zhì)化傾向進(jìn)一步加劇［1］，原油密度、黏度進(jìn)一步升高，導(dǎo)致采出液油水分離難度更大，現(xiàn)有脫水系統(tǒng)的脫水效率進(jìn)一步降低，為解決上述技術(shù)難題，在特超稠油脫水工藝技術(shù)上需尋求創(chuàng)新，以適應(yīng)油田生產(chǎn)的實(shí)際需要。

影響超稠油脫水的主要原因是當(dāng)前脫水溫度下稠油黏度大，油水密度差?。?-5］，為此提出對超稠油采用“摻稀”的方式進(jìn)行處理，即將稀釋劑在來液管匯與特超稠油采出液混合，以降低油水分離難度，提高脫水速率［6-7］，為后期該油田擴(kuò)建至原油處理能力200×104t/a提供技術(shù)支撐。常用的稀釋劑主要有稀原油、石腦油、汽油、柴油等，考慮到所用稀釋劑的來源及循環(huán)利用，以及該油田超稠油主要用于提煉國內(nèi)緊缺的高級潤滑油，稀釋劑是否影響當(dāng)?shù)爻碛蜔捇に嚨纫蛩兀疚闹卦谘芯砍碛吞釤挸鰜淼慕够裼秃推突赜糜趽较『蟾纳泼撍y題，考察了摻稀對原油黏度、旋流除砂、破乳劑加藥濃度以及脫水效果的影響，并進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

新疆某油田超稠油：以水外相為主的W/O、O/W 型混相乳液，靜置分離后的W/O 油樣含水45.62%，含砂0.18%。凈化油樣的黏度為13780 mPa·s（50 ℃），密度為0.9261 g/cm3（50 ℃），含膠質(zhì)16.08%、瀝青質(zhì)2.41%；焦化柴油：密度0.8648 g/cm3（20 ℃），餾程107～357 ℃，閉口閃點(diǎn)56 ℃；破乳劑SB-1，新疆科力新技術(shù)發(fā)展股份有限公司。

DVⅢ型流變儀，美國博勒菲有限公司；TW8型精密恒溫水浴槽，德國Julabo公司；MCR302高級流變儀，奧地利安東帕（中國）有限公司；DTS-4C型石油密閉脫水儀，中石大石儀科技有限公司；BME 型高速攪拌乳化儀，上海威宇機(jī)電制造有限公司；7230 型可見分光光度計(jì)，上海分析儀器廠；YDX 型原油含水試驗(yàn)儀，山東鄴城永興儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

原油黏度分析參照中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0520—2008《原油黏度測定旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)平衡法》，含水分析參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8929—2006《原油水含量測定法（蒸餾法）》，污水含油分析參照中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5523—2006《油氣田水分析方法》。

原油脫水實(shí)驗(yàn)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）》。具體地，稱取一定體積的實(shí)驗(yàn)油樣，放置于恒溫水浴槽中90 ℃恒溫，加入一定量的稀釋劑后混合均勻，再加入一定量的破乳劑后混合均勻，靜置，讀取沉降不同時(shí)間下油樣的脫水體積，計(jì)算脫水率。

2 結(jié)果與討論

2.1 稀釋劑的選擇

摻稀常用的稀釋劑主要有稀原油、石腦油、汽油、柴油等，該油田屬于超稠油開發(fā)整裝油田，附近沒有合適的稀原油資源，考慮到稀釋劑的來源及循環(huán)利用、稀釋劑是否影響當(dāng)?shù)爻碛蜔捇に嚨纫蛩兀?-9］，室內(nèi)選用該油田超稠油提煉出來的焦化柴油和汽油作為稀釋劑。

超稠油分別摻入10%（質(zhì)量比）的汽油和焦化柴油后的降黏效果見圖1。由圖1可以看出，汽油對超稠油的降黏效果略好于焦化柴油，但考慮到汽油揮發(fā)性大而存在安全因素，稀釋劑選用焦化柴油。

圖1 摻入不同稀釋劑的超稠油樣的黏度隨溫度變化

2.2 焦化柴油摻入量對超稠油黏度的影響

圖2 為超稠油在不同溫度下，摻入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)焦化柴油后的黏度。由圖2可以看出，溫度越高，焦化柴油摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，混合油樣黏度越低，降黏效果愈顯著。在不同溫度下，焦化柴油摻入比例小于9%時(shí)，摻量的小幅度增加即可顯著降低混合油樣的黏度；摻入量大于9%時(shí)，隨摻入量的增加，混合油樣黏度降低幅度明顯減小，表明焦化柴油摻入量為9%時(shí)降黏曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)。此外，縱觀整個(gè)曲線，摻入量為5%時(shí)黏度變化也有拐點(diǎn)，綜合考慮，以下考察焦化柴油摻入量為5%和9%時(shí)超稠油的脫水情況。

圖2 不同溫度下向超稠油中摻入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)焦化柴油后的黏度

2.3 摻入焦化柴油對超稠油脫水速率的影響

在90 ℃下，分別向超稠油中摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%和9%的焦化柴油，再加入一定量的破乳劑SB-1進(jìn)行熱化學(xué)沉降脫水，考察摻入焦化柴油對來液脫水效果的影響，結(jié)果見表1。由表1 可以看出，摻入焦化柴油可改善超稠油的脫水速率，在超稠油中摻入5%或9%的焦化柴油，在24 h 內(nèi)即可達(dá)到凈化油含水合格指標(biāo)，脫水速率提高了3 倍。摻焦化柴油前后超稠油脫出水的含油量和懸浮物含量基本保持不變，表明摻入的焦化柴油主要是對W/O型乳液的外相即油相起稀釋作用［4］，而極少進(jìn)入O/W型乳液中而對其產(chǎn)生影響。

表1 超稠油摻入焦化柴油前后熱化學(xué)沉降脫水效果

2.4 現(xiàn)場試驗(yàn)效果

2.4.1 焦化柴油與超稠油來液混合能力分析

現(xiàn)場超稠油來液綜合含水率達(dá)到80%左右，屬于水外相為主的W/O、O/W 型混相乳液，脫水采用兩段熱化學(xué)沉降脫水工藝。在現(xiàn)場超稠油來液中摻入5%焦化柴油后的混合油樣黏度與室內(nèi)直接將焦化柴油與W/O型乳液混合的降黏效果相一致（見表2）。圖3為一段沉降罐摻入焦化柴油前后污水中含油量變化情況?？梢钥闯鼋够裼偷膿饺氩⑽磳ξ鬯土慨a(chǎn)生明顯的影響。綜上所述，超稠油來液形態(tài)不穩(wěn)定，在一段沉降罐內(nèi)迅速分離成W/O型的油層和以O(shè)/W形式存在的水層，摻入的焦化柴油主要對W/O型乳液的外相即油相起稀釋作用，而極少進(jìn)入O/W型乳液中，這與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)情況相符。

表2 不同條件下?lián)饺虢够裼秃蠡旌显偷酿ざ?/p>

圖3 摻入焦化柴油前后一段沉降罐污水含油變化趨勢

2.4.2 摻入焦化柴油對來液除砂的影響

該油田采用蒸汽吞吐和蒸汽輔助重力泄油（SAGD）技術(shù)，采出液攜砂量大，現(xiàn)場跟蹤監(jiān)測了摻入焦化柴油前后采出液旋流除砂的粒徑分布，摻入焦化柴油前粒徑小于0.075 mm 占比8.8%，摻入5%和9%的焦化柴油后占比分別提升至17.3%和17.9%，摻入焦化柴油后來液經(jīng)旋流除砂后粒徑小于0.075 mm 的砂粒百分含量明顯增大。這是因?yàn)榻够裼拖♂屃藖硪褐械脑?，降低了油樣黏度，增大了來液脫除砂粒的能力，從而增大了?xì)小砂粒的沉降量。

2.4.3 摻入焦化柴油對超稠油脫水的影響

現(xiàn)場超稠油脫水采用兩段脫水工藝，其中，一段脫水溫度為90 ℃，破乳劑加藥濃度為220 mg/L，控制含水率小于20%；二段脫水溫度90 ℃，不加破乳劑、進(jìn)液滿罐后靜置沉降直至原油含水率達(dá)到合格指標(biāo)。摻入焦化柴油前后一段沉降罐罐頂原油含水變化趨勢見圖4，破乳劑加藥濃度為100 mg/L。可以看出，摻入焦化柴油前罐頂原油含水在5%～13%之間波動(dòng)，均值8.34%，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。摻入焦化柴油后罐頂原油含水率較摻入焦化柴油前有較大幅度下降，摻入5%、9%焦化柴油對應(yīng)含水均值為3.06%和1.08%，其中前者原油二段熱化學(xué)沉降只需13.4 h 即可達(dá)到凈化油含水指標(biāo)，后者不需沉降可直接達(dá)到凈化油含水指標(biāo)（具體見表3），這說明摻入焦化柴油可有效增大油水分離速率，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高原油脫水效率。此外，摻入焦化柴油后破乳劑加藥量從220 mg/L降至100 mg/L后，并未對原油脫水效果產(chǎn)生影響。

圖4 摻入焦化柴油前后一段熱化學(xué)沉降罐表層原油含水變化趨勢

表3 摻入焦化柴油前后二段熱化學(xué)沉降時(shí)間對比

2.4.4 摻入焦化柴油對原油黏度的影響

摻入焦化柴油前后現(xiàn)場凈化合格油的黏度見圖5。摻入焦化柴油前凈化合格油的黏度均值為543.5 mPa·s；摻入5%的焦化柴油后黏度均值為281.0 mPa·s，降黏率為48.3%；摻入9%的焦化柴油后黏度均值為190.1 mPa·s，降黏率為65.0%，摻入焦化柴油后原油的黏度明顯下降。經(jīng)驗(yàn)證，在溫度90 ℃下，摻入焦化柴油后混合油樣黏度的雙對數(shù)與摻入焦化柴油質(zhì)量比呈線性關(guān)系［10］，基本滿足lg lgu=0.96x+0.44，其中u為混合油樣黏度，x為摻入焦化柴油的質(zhì)量比。

圖5 摻入焦化柴油前后現(xiàn)場凈化合格油的黏度

2.4.5 摻入焦化柴油對超稠油凈化原油輸送方式的影響

摻入焦化柴油前，現(xiàn)場凈化原油因黏度大而采用罐車?yán)\(yùn)的方式進(jìn)行輸送，需要將凈化原油拉至130 km之外的煉油廠進(jìn)行處理。摻入9%的焦化柴油后，混合油樣因黏度大幅度降低而可經(jīng)管道輸送至煉油廠，較之前罐車?yán)\(yùn)成本降低40%以上。

3 結(jié)論

摻入焦化柴油對超稠油熱化學(xué)沉降脫水有較好的促進(jìn)作用。通過摻入焦化柴油可降低超稠油黏度，增大了采出液旋流除砂的能力，進(jìn)而降低了破乳劑加藥濃度，縮短了原油熱化學(xué)沉降脫水時(shí)間。

摻入的焦化柴油主要對W/O 型乳液的外相即油相起稀釋作用，而極少進(jìn)入O/W 型乳液中，進(jìn)而對W/O、O/W型混相乳液的熱化學(xué)沉降脫出水的含油和懸浮物的改善效果有限。

摻入焦化柴油結(jié)束了超稠油罐車?yán)\(yùn)的歷史，實(shí)現(xiàn)了其長距離的管道集輸，較之前罐車?yán)\(yùn)成本降低40%以上。