油田生產(chǎn)流程絮狀物治理探究與實踐

張彥鑫，張紹廣，雷鍇，萬禧煌，黃焌淞

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

某海上油田有中心處理平臺和井口平臺，其中井口平臺物流通過海底管線進入中心平臺原油處理流程。先經(jīng)過段塞流捕集器進行氣液分離，液相經(jīng)生產(chǎn)加熱器加熱后進入生產(chǎn)分離器進行油水分離，分離出的油進行外輸，分離出來的水進入生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)。

生產(chǎn)污水依次經(jīng)斜板除油器、加氣浮選器進行初步除油后，再經(jīng)過雙介質(zhì)過濾器進行深度除油，處理合格后的生產(chǎn)污水進入注水緩沖罐，經(jīng)注水增壓泵及注水泵增壓后回注到地層。生產(chǎn)污水處理流程分離出來的油匯集到污油罐后，經(jīng)污油泵泵送至原油加熱器入口進入原油處理系統(tǒng)，再次進行油水分離后進入下游流程，如圖1所示。

圖1 油田生產(chǎn)處理流程圖

2021年4月開始，該油田在進行污油泵濾網(wǎng)清洗時發(fā)現(xiàn)有大量絮狀物不明物流存在，導(dǎo)致污油泵濾網(wǎng)堵塞，污油罐無法正常轉(zhuǎn)液，進而造成流程出現(xiàn)以下幾方面問題：

(1)生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)收油量明顯增多；

(2)原油分離器出口水質(zhì)明顯變差；

(3)外輸含水上漲。

1 絮狀物物性及臨時處置措施

現(xiàn)場對流程絮狀物進行取樣實驗，發(fā)現(xiàn)該絮狀物的密度在油水之間，不溶于石油醚、乙醇等常見溶劑，配比加入油田所用破乳劑及清水劑等，對絮狀物的治理也未見明顯效果。經(jīng)現(xiàn)場初步確定在當前條件下，絮狀物一旦形成便無法消除，只能在流程內(nèi)慢慢循環(huán)處理，且絮狀物富集到一定程度后會對原油流程的脫水造成一定的影響。絮狀物取樣樣例如圖2所示。

圖2 絮狀物取樣

為驗證絮狀物對流程脫水的影響，現(xiàn)場對原油加熱器入口物流進行取樣實驗，添加不同濃度的污油罐不明絮狀物，發(fā)現(xiàn)絮狀物的濃度越高造成流程油水分離效果越差。這就間接造成生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)收油量增多，原油分離器出口水質(zhì)明顯變差，外輸含水上漲。實驗圖如圖3所示。

圖3 絮狀物對脫水影響實驗

在污油泵濾器中發(fā)現(xiàn)絮狀物時，表明污油罐內(nèi)已存在大量的絮狀物，只清洗濾網(wǎng)并不能將罐內(nèi)絮狀物排出。為避免絮狀物進一步影響污油罐的正常轉(zhuǎn)液，造成污油罐高液位，進而影響生產(chǎn)污水流程的正常運行，造成整個生產(chǎn)流程癱瘓。油田采取臨時措施對污油罐內(nèi)絮狀物進行了緊急清理。一是將污油罐底部至開排的閥門打開，將絮狀物轉(zhuǎn)移至開排罐，再逐步清理開排罐內(nèi)的絮狀物；二是利用現(xiàn)場空置的移動式污油罐，用氣泵將絮狀物從污油泵濾器轉(zhuǎn)液至移動式污油罐內(nèi)，再轉(zhuǎn)移至陸地處理。

2 絮狀物影響機理分析

為從源頭上查找絮狀物的生成，從根本上解決絮狀物的再生問題，對生產(chǎn)流程進行排查分析。油田的生產(chǎn)分離器分離出來的水相進入生產(chǎn)水處理系統(tǒng)，而生產(chǎn)水處理系統(tǒng)中，將水中分離出來的油轉(zhuǎn)入污油罐，再經(jīng)污油泵泵送至原油處理系統(tǒng)，再進行油水分離，分離器中水相中含有大量的絮狀物，分離器水相中的絮狀物隨水相到達生產(chǎn)污水處理流程后，經(jīng)斜板隔油器、加氣浮選器的分離作用進入污油罐，部分絮狀物又經(jīng)污油泵輸送至原油處理流程，絮狀物進入分離器后，造成分離器油水分離效果顯著下降，分離器內(nèi)乳狀液不能及時分散。絮狀物在流程中循環(huán)往復(fù)，難以自行消化，分離器內(nèi)絮狀物積累到一定厚度后，隨污油進入污油罐，污油罐內(nèi)絮狀物越集越多。絮狀物影響機理如圖4所示。

圖4 絮狀物影響機理

經(jīng)流程分析確定，流程中發(fā)現(xiàn)的絮狀物是在污油罐內(nèi)慢慢富集后，首先在污油泵濾網(wǎng)中被發(fā)現(xiàn)。絮狀物進入原油流程后，影響原油流程的脫水效果。由于絮狀物的密度在油水之間，在原油脫水效果較差時，絮狀物隨分離器的水相進入生產(chǎn)水流程，同時分離器水相中的含油明顯增多。在絮狀物以及分離器水相的含油的雙重作用的影響下，又加劇了生產(chǎn)水流程的收油量，明顯增多的收油量攜帶流程中的絮狀物進入污油罐，又加劇了污油泵轉(zhuǎn)液的壓力，給油田生產(chǎn)現(xiàn)場工作造成了極大的困難。

3 絮狀物形成分析與治理

在油田生產(chǎn)集輸過程中，原油脫水沉降和污水除油沉降分離時，在油水界面上經(jīng)常形成一層粘稠膠狀物質(zhì)，是一種難以分離處理的油水混合物，即油田絮狀物。研究發(fā)現(xiàn)，該絮狀物是由油、水、固體物質(zhì)組成的油水乳化液。油田在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)污水處理設(shè)備中存在懸浮物，是由懸浮顆粒、泥質(zhì)顆粒及細菌膠團等組成，這些細小懸浮物顆粒聚結(jié)在乳狀液顆粒表面，提高了乳狀液的界面膜厚度和強度，使乳狀液更加穩(wěn)定[1]。絮狀物中通常含油比例最高，含水率次之，固體物質(zhì)含量最低，但其對絮狀物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響極為關(guān)鍵。含油成分中，主要包括飽和烴、芳香烴、非烴以及瀝青質(zhì)幾個部分，飽和烴占比最高，非烴占比最低。對絮狀物進行高速離心處理后，絮狀物可見明顯分層，由下至上依次為黑色沉淀物、水、絮凝物以及原油[2]。對該類型乳化液的處理，需優(yōu)選和研制高效破乳劑，優(yōu)化脫水和除油工藝，降低污水中的乳化液濃度，能較大程度減少絮狀物的產(chǎn)生。

經(jīng)過物性分析，初步判斷該絮狀物為某種類型的乳狀液，由于形成后的絮狀物難以處理，根據(jù)油田實際情況，篩選新型高效破乳劑難度較大，從絮狀物形成機制上考慮實施從源頭上對絮狀物進行治理，通過減少流程絮狀物的產(chǎn)生減小其對生產(chǎn)處理流程的影響。

乳化液是一種液體分散于另一種不相溶液體所形成的多分散體系，以液滴形式存在的一相稱為分散相或不連續(xù)相，另一相為分散介質(zhì)或連續(xù)相。油水形成乳化液需具備三個條件，一是同是存在互不相溶的液體，即原油和水；二是要有乳化劑存在，以形成和穩(wěn)定乳化液；三是存在使一種液體分散到另一種液體的混合和攪拌。

按照乳化液形成的原因分析，油田生產(chǎn)流程已具備乳化液形成的兩個必要條件，即同時存在原油和水，油氣水三相在管道及設(shè)備中流動形成的攪拌，考慮第三個條件即乳化劑是否存在。油田在生產(chǎn)過程中，普遍要加入化學(xué)藥劑對流程進行處理，分析認為此次流程中絮狀物的形成原因可能為生產(chǎn)流程添加的某種藥劑成為該乳狀液形成的乳化劑，促成乳狀液的形成[3]。為對此機理進行驗證，油田進行了藥劑試驗排查。

3.1 破乳劑藥劑實驗

在油田生產(chǎn)流程中，破乳劑經(jīng)常被使用在原油處理流程中，用于加速油水分離，增加分離效果[4]。但破乳劑下藥量要根據(jù)油田產(chǎn)量進行濃度試驗確定合理下藥量，破乳劑下藥量太大，反而會成為一種乳化劑在流程中促成乳狀液的生成[5]。為對此種可能性進行驗證，利用變量對比法則，對流程進行取樣試驗。

首先對原油流程的破乳劑進行模擬試驗分析。取樣地點為油田分離器入口綜合油樣，試驗溫度65 ℃，油樣含水45%，油樣體積80 mL，混合方式手搖顛倒100下。

由試驗結(jié)果表1可知，破乳劑高濃度時油水分離效果不佳，并且油水界面處有懸浮松散的乳狀液。當前油田破乳劑下藥濃度為200 mg/L，不是造成此次流程出現(xiàn)絮狀物的藥劑誘因。破乳劑實驗如圖5所示。

圖5 破乳劑實驗

表1 破乳劑實驗

3.2 清水劑及殺菌劑藥劑試驗

取分離器水相出口生產(chǎn)污水開展清水劑和殺菌劑配伍性實驗。實驗中清水劑和殺菌劑均加注40 mg/L，第一個具塞量筒只加清水劑；第二個具塞量筒先加清水劑再加殺菌劑；第三個具塞量筒先加殺菌劑再加清水劑；第四個具塞量筒兩個藥劑一起加，實驗現(xiàn)象如下圖所示。

兩種藥劑在污水系統(tǒng)加注對水質(zhì)有一定的改善作用，但水中的原油與藥劑反應(yīng)形成絮狀物上浮。清水劑和殺菌劑配伍性實驗如圖6所示。

圖6 清水劑和殺菌劑配伍性實驗

在實驗基礎(chǔ)上，通過對流程中絮狀物出現(xiàn)的變量多次探究，初步確定為流程加注的殺菌劑進入原油流程后，造成原破乳劑破乳效果明顯下降，在流程中形成大量的絮狀物。同時，殺菌劑室內(nèi)實驗過程中，加過殺菌劑后的生產(chǎn)污水中也存在絮狀物，為殺菌劑與乳化油形成絮團上浮。

根據(jù)現(xiàn)場流程，殺菌劑進入原油處理流程有兩種方式，一是殺菌劑加入注水緩沖罐后，在注水緩沖罐頂部收油時進入污油罐，由污油泵轉(zhuǎn)入原油流程；二是雙介質(zhì)過濾器進行反沖洗時，反洗用水中的殺菌劑進入反洗后的污油中，再次轉(zhuǎn)入原油系統(tǒng)。

因此，為從根本上解決絮狀物的問題：除控制現(xiàn)場的加藥濃度外，還需要對殺菌劑進行換型。

4 治理總結(jié)

流程中絮狀物的產(chǎn)生與富集后，會對生產(chǎn)流程造成比較嚴重的影響，情況惡化甚至會導(dǎo)致油田減產(chǎn)。為避免此類情況的再次發(fā)生，油田制定以下措施：

(1)對殺菌劑進行換型升級；

(2)定期對污油罐進行清罐，減少絮狀物在污油罐內(nèi)富集的程度；

(3)合理控制藥劑的下藥量；

(4)定期對流程進行取樣監(jiān)控，提前對特殊情況進行預(yù)警處理。

自2021年5月油田對殺菌劑進行了換型，并根據(jù)產(chǎn)量情況對藥劑濃度進行了重新標定，在對開排罐及閉排罐殘留絮狀物清理完畢之后，流程中沒有再發(fā)現(xiàn)絮狀物產(chǎn)生的情況。生產(chǎn)流程運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，外輸含水明顯下降。

5 結(jié)語

此次生產(chǎn)流程絮狀物的治理過程，從采取臨時控制措施到從源頭上找出絮狀物的生成原因，并從根本上解決了絮狀物的再生，體現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場解決問題的方法和思路。絮狀物的生成只是生產(chǎn)流程突發(fā)狀況的一種形式，針對生產(chǎn)流程各類問題，關(guān)鍵是要建立完善的生產(chǎn)流程出現(xiàn)不明物體的應(yīng)對解決思路，要從源頭治理及流程臨時處置兩方面著手，制定解決及預(yù)防措施。