油田反相破乳劑及其配套技術(shù)在油田現(xiàn)場的應用研究

殷碩，郝蘭鎖，吳濤

油田反相破乳劑及其配套技術(shù)在油田現(xiàn)場的應用研究

殷碩，郝蘭鎖，吳濤

（中海油天津化工研究設計院有限公司，天津 300131）

通過瓶試和現(xiàn)場試驗，研究了反相破乳劑及其配套水處理藥劑在海上和陸地油田污水系統(tǒng)中的處理性能。結(jié)果表明：反相破乳劑TS-W11具有良好的反相破乳作用；反相破乳劑及其配套藥劑處理技術(shù)具有良好的普適性，可實現(xiàn)解決油田現(xiàn)場水處理問題的目的。

反相破乳劑；配套技術(shù)；油田

原油在開采過程中會產(chǎn)生大量的水，同時產(chǎn)液中存在活性石油酸、油濕性固體顆粒（石蠟、瀝青質(zhì)等）以及黏土等天然乳化劑，維持了原油乳化的平衡，使其乳化得以穩(wěn)定存在［1-3］。

破除水包油型乳化通常需要反相破乳劑［4］。乳化油滴界面膜一般具有負電性，帶有正電荷的聚季銨鹽類反相破乳劑可以中和乳化油滴界面膜負電荷，壓縮破壞雙電層，減弱界面膜強度，使得乳化液滴相互碰撞聚結(jié)，同時可以產(chǎn)生橋聯(lián)和絮凝作用，促使乳化油滴形成粒徑大的油珠，在水的浮力作用下逐漸從水中分離出來，從而達到反相破乳的目的［5-6］。

針對油田采出液的特點，筆者團隊自主開發(fā)生產(chǎn)了新型的反相破乳劑TS-W11，并在海上和陸地油田現(xiàn)場進行了瓶試及現(xiàn)場試驗，取得了良好的試驗效果［7-8］，且整理得出一整套的污水處理技術(shù)，可實現(xiàn)大規(guī)模的市場推廣。

1 油田反相破乳劑在海上油田的應用研究及應用情況

1.1 現(xiàn)場工藝概述

南海某油田已經(jīng)進入高含水開采期，采出液綜合含水率大于80%，采出液處理設備工作負荷大，污水處理時間短，對反相破乳劑提出了較高的要求。為確保該平臺的污水處理效果，實現(xiàn)節(jié)能降耗目標，在該油田開展了反相破乳劑的應用研究。

1.2 現(xiàn)場評選實驗

油田反相破乳劑的現(xiàn)場評選實驗采用瓶試 法［9-10］，從油田現(xiàn)場管匯取采出液，靜置分層，下部含油污水作為O/W乳狀液試樣。將100 mL含油污水放入100 mL帶刻度的離心管中，置于恒溫水浴中預熱至試驗溫度75 ℃（現(xiàn)場水溫），預熱30 min后，加入一定濃度的反相破乳劑，振蕩離心管 100次，使藥劑與試樣混合，觀察并記錄管中乳狀液的變化，觀測水的澄清度（見圖1），并檢測水中油質(zhì)量濃度，結(jié)果如表1所示。

圖1 TS-W11不同加量處理效果

表1 TS-W11不同加量處理后污水中油質(zhì)量濃度

從圖1可以看出，TS-W11有輕微的掛壁現(xiàn)象，但這不影響下層水的清澈程度，與空白相比，該藥劑在不同加藥質(zhì)量濃度下，下層水的清亮程度均明顯增加?？梢耘袛?，TS-W11在不同加藥質(zhì)量濃度下，都呈現(xiàn)出較好的清水效果。由表1可以看出，藥劑的最佳加藥質(zhì)量濃度為10～15 mg·L-1，加藥量繼續(xù)增加并不會增加藥劑的凈水效果。同時在不同時間段多次實驗表明，該藥劑能適應現(xiàn)場采出液量的波動引起的加藥質(zhì)量濃度的波動，處理效果穩(wěn)定。

1.3 現(xiàn)場應用情況

由于在現(xiàn)場應用評價試驗中取得了理想的實驗結(jié)果，TS-W11在南海油田得到了應用，應用后排海污水中油質(zhì)量分數(shù)遠低于國家控制指標。注入質(zhì)量濃度由原來的19 mg·L-1降低至10 mg·L-1，外排水OIW由原來的16 mg·L-1降低至10 mg·L-1以下，凈水效果優(yōu)越，如圖2所示。

圖2 TS-W11在南海油田現(xiàn)場應用期間水中油質(zhì)量濃度

2 油田反相破乳劑及其配套技術(shù)在陸地油田的應用研究

反相破乳劑TS-W11及其配套技術(shù)不僅能很好地應用于海上平臺，在陸地油田聯(lián)合站水處理系統(tǒng)也能取得較好的效果，下面介紹系列藥劑的篩選與技術(shù)方案在陸地聯(lián)合站的研究工作。

2.1 聯(lián)合站概況及主要問題

某聯(lián)合站于1986年建成投產(chǎn)，共有5個油田，油井約1 530多口，日產(chǎn)液約為9 800 m3，年產(chǎn)原油100多萬t，每天污水量2 600 m3左右，處理后污水全部回注。

污水處理系統(tǒng)自投產(chǎn)應用兩年后，系統(tǒng)腐蝕問題就凸現(xiàn)出來，大部分污水處理系統(tǒng)管線兩年多就被腐蝕穿孔，結(jié)垢現(xiàn)象嚴重，更換頻繁。同時由于處理量上升，污水處理后油含量超標也困擾著油田的發(fā)展。

2.2 水質(zhì)超標問題的解決

在聯(lián)合站取樣和調(diào)查時，發(fā)現(xiàn)污水中機械雜質(zhì)和原油質(zhì)量濃度較高，特別是機械雜質(zhì)質(zhì)量濃度高于160 mg·L-1。機械雜質(zhì)樣品成分分析結(jié)果見表2。

由表2可知，機械雜質(zhì)主要成分是有機物（原油和細菌尸?。┮约拌F的腐蝕產(chǎn)物。取除油器出入水樣加入鹽酸，可以看到，水樣逐漸明顯變清，而且有大量的氣泡產(chǎn)生，氣體有臭雞蛋味，說明雜質(zhì)中有大部分不溶于水的硫化鐵。

表2 機械雜質(zhì)樣品分析結(jié)果表

聯(lián)合站污水中含油較高，大于300 mg·L-1。分析其主要形成原因：機械雜質(zhì)含量高，表面黏附大量的原油；污水處理設備沒有正常運轉(zhuǎn)；污水中含有水包油的顆粒。

經(jīng)現(xiàn)場實驗［9］，分別評價了反相破乳劑系列產(chǎn)品對除油器出口污水的處理效果，結(jié)果表明反相破乳劑TS-W11效果最好。反相破乳劑TS-W11不同加藥質(zhì)量濃度處理評價結(jié)果見表3。效果證明，添加30 mg·L-1的TS-W11就可以達到理想除油效果。

表3 TS-W11不同加藥濃度實驗結(jié)果

2.3 水中機械雜質(zhì)的改善

根據(jù)上面分析結(jié)果可知，機械雜質(zhì)的成分主要是硫酸鹽還原菌的腐蝕產(chǎn)物，隨著腐蝕程度得到有效控制，機械雜質(zhì)會明顯降低，在設備正常運轉(zhuǎn)的情況下，水中機械雜質(zhì)的含量可以達到標準，但處理初期還需加絮凝劑處理［11］。

實驗評價了不同絮凝劑對除油器出口污水的處理效果，結(jié)果表明A1絮團形成時間短，絮團大，使用效果最佳。評價了不同A1質(zhì)量濃度下的處理效果，結(jié)果見表4。實驗結(jié)果表明，A1添加3 mg·L-1的質(zhì)量濃度就可以滿足該采油廠機械雜質(zhì)去除需要。

表4 絮凝劑A1實驗結(jié)果

2.4 系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢問題的解決方案

為確定采油廠污水處理系統(tǒng)的腐蝕結(jié)垢解決方案，首先對系統(tǒng)的水樣及垢樣、氣體成分進行了分析。水樣分析結(jié)果表明，該聯(lián)合站污水水質(zhì)具有兩個特點：一是腐蝕性物質(zhì)含量高，即具有礦化度、氯離子、硫化物含量高，而且硫酸根非常高；二是成垢的鈣鎂離子含量相對較低。除油器出口和注水泵入口腐蝕性氣體和細菌檢測結(jié)果見表5、表6。

表5 不同地點腐蝕性氣體和細菌含量檢測結(jié)果

表6 聯(lián)合站污水中細菌含量

檢測結(jié)果表明，該采油廠各種腐蝕性氣體含量均較低，對系統(tǒng)危害小，但是該采油廠水中含有少量的鐵細菌和腐生菌，低于國家標準，它們不會對金屬造成嚴重危害；硫酸鹽還原菌含量卻很高，其腐蝕性很強，是該采油廠系統(tǒng)腐蝕的一個主要危害因素。

通過實驗研究，選定了緩蝕劑殺菌劑782B，加量80 mg·L-1，即可有效控制系統(tǒng)緩蝕率大于95%，硫酸鹽還原菌殺滅率大于99.99%。

2.5 聯(lián)合站藥劑配伍性研究

緩蝕殺菌劑、油田反相破乳劑、絮凝劑在一個系統(tǒng)中使用，為此評價了其配伍性。

1）反相破乳劑、絮凝劑與緩蝕殺菌劑的配伍性實驗。以三相分離器出口取水為研究對象，在溫度為50 ℃、殺菌時間為1.5 h的條件下，通過殺菌率評價實驗、緩蝕評價實驗考察了反相破乳劑、絮凝劑在使用濃度和高于使用濃度時對782B殺菌性能、緩蝕性能的影響，實驗結(jié)果見表7。

表7 反相破乳劑、絮凝劑與緩蝕殺菌劑的配伍性實驗

由表7可以看出，TS-W11、A1對782B的殺菌效率和緩蝕效率沒有影響，配伍性良好。

2）緩蝕殺菌劑與反相破乳劑、絮凝劑的配伍性實驗。以三相分離器出口取水為研究對象，在溫度為50 ℃、處理時間為1.5 h的條件下，通過凈水評價實驗考察了緩蝕殺菌劑782B對反相破乳劑、絮凝劑在使用濃度和高于使用濃度時的影響，實驗結(jié)果見表8。

表8 緩蝕殺菌劑與反相破乳劑、絮凝劑的配伍性實驗

由表8可以看出，782B與TS-W11、A1配伍性良好，且還具有一定的增效作用。

3 結(jié) 論

1）自主研發(fā)的反相破乳劑TS-W11不僅在海上油田取得較好的現(xiàn)場應用效果，在陸地聯(lián)合站也有較為優(yōu)越的應用效果，在較低的加量下，反相破乳劑處理之后的污水滿足現(xiàn)場的要求，使外排水含油達到10 mg·L-1以下。

2）反相破乳劑及其他水相處理藥劑在陸地聯(lián)合站配伍性能良好，既能解決目前聯(lián)合站存在的腐蝕結(jié)垢較為嚴重的問題，還能提高油田污水處理效果，達到了良好的協(xié)同作用。

3）通過進行反相破乳劑的現(xiàn)場應用試驗研究，總結(jié)出了一整套的油田反相破乳劑及其配套處理技術(shù)，并且成功應用于油田現(xiàn)場。該技術(shù)能迅速分析解決油田污水處理出現(xiàn)的問題，并且提出解決方案。該配套技術(shù)具有一定的普適性，可進行大規(guī)模的推廣，從而解決油田現(xiàn)場污水處理的問題，提高油田采油污水處理效果。

［1］陳春燕. 原油脫水技術(shù)研究進展［J］. 遼寧化工，2019，48（6）： 546-547.

［2］王永軍，李成成，郭海軍，等. 聚丙烯酸酯乳液類反相破乳劑除油機理［J］.當代化工，2021，50（2）：352-356.

［3］苑光宇，羅煥. 原油乳化性能影響因素室內(nèi)試驗研究［J］. 精細石油化工進展，2018，19（6）：4-6.

［4］袁宏強，張濤，張穎，等. 污水處理高效反相破乳劑應用現(xiàn)狀［J］.石油化工應用，2020，39（8）：1-3.

［5］王虎子. 渤海油田高乳化污水清水劑研究與應用［J］.石油化工應用， 2020，39（7）：40-45.

［6］王素芳，徐慧，李志元，等. 二硫代氨基甲酸鹽類反相破乳凈水劑的合成及性能評價［J］. 工業(yè)用水與廢水，2020，51（3）：45-49.

［7］徐慧，王素芳，滕厚開，等.網(wǎng)狀陰離子凈水劑的開發(fā)及應用性能［J］.凈水技術(shù)，2019，38（6）：97-101.

［8］李志元，王素芳，丁秋煒，等. 強界面活性聚季銨鹽清水劑的合成及性能評價［J］. 工業(yè)水處理，2018，38（7）：75-78.

［9］李家俊，齊玉. 一種油田清水劑的合成及應用研究［J］.工業(yè)水處理， 2020，40（1）：66-68.

［10］郭民主. 某油田聯(lián)合站采出液油水處理藥劑優(yōu)選及效果評價［J］. 當代化工，2021，50（7）：1546-1549.

［11］高樹生，張文柯，丁秋煒，等. 改性殼聚糖類絮凝劑的合成及性能評價［J］. 工業(yè)水處理，2019（9）：91-93．

Application Research of Reverse Demulsifier and Its Supporting Technology in Oil Fields

（CNOOC Tianjin Chemical Research and Design Institute Co., Ltd., Tianjin 300131, China）

The treating performance of reverse demulsifier and its supporting technology in waste water system of oil field were studied through the bottle test and field test. The results showed that TS-W11 had very good reverse demulsification capacity. The reverse demulsifier and its supporting technology had good universality and could solve the problem of oil field water treatment.

Reverse demulsifier; Supporting technology; Oil field

X741

A

1004-0935（2022）04-00508-04

2021-10-12

殷碩（1990-），男，天津市人，工程師，碩士， 2014年畢業(yè)于山東大學高分子化學與物理專業(yè)，研究方向：油田化學品的開發(fā)和應用。