海上油田清水劑評(píng)價(jià)研究

石華前，張 穎，邵顯華，張 震，孫伶俐，黃 孟，孫愛平

（中海油（天津）油田化工有限公司，廣東惠州 516086）

南海某油田海上設(shè)施包括遠(yuǎn)端井口平臺(tái)和生產(chǎn)儲(chǔ)油輪（FPSO），產(chǎn)液通過生產(chǎn)井抽取至井口平臺(tái)，產(chǎn)液經(jīng)過生產(chǎn)分離器初步油水分離后，原油外輸至生產(chǎn)儲(chǔ)油輪進(jìn)行深度處理，含油污水則通過水力旋流器，脫氣罐處理后排海。每天有大量生產(chǎn)水排海，而僅僅通過平臺(tái)物理設(shè)備，生產(chǎn)水無法達(dá)標(biāo)排放，往往通過加注破乳劑和清水劑等化學(xué)藥劑共同處理達(dá)標(biāo)后排海。某平臺(tái)由于增產(chǎn)提液，在現(xiàn)有的生產(chǎn)工況下，外排水無法達(dá)標(biāo)排放，需對(duì)化學(xué)藥劑進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化。鑒于此，對(duì)在用的清水劑進(jìn)行優(yōu)化，以期評(píng)選出效果更優(yōu)的產(chǎn)品。

1 試驗(yàn)方法

1.1 清水劑評(píng)選方法

本試驗(yàn)過程中，評(píng)價(jià)方法參照SY/T 5797—1993《水包油乳狀液破乳劑使用性能評(píng)定方法》和中國海洋石油總公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/HS 2020—2004《原油破乳劑質(zhì)量檢驗(yàn)方法》[1-2]，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況和試驗(yàn)的可實(shí)施性對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行部分微調(diào)。具體評(píng)選步驟如下：

（1）向洗凈的玻璃瓶中分別加入要評(píng)選的清水劑，并記錄瓶號(hào)；

（2）在上述玻璃瓶中加入現(xiàn)場(chǎng)未加清水劑的油水樣（BS&W＞90%）；

（3）迅速將其平行搖動(dòng)50 次，讓藥劑混合均勻；

（4）靜置，觀察絮團(tuán)上浮速度（快：A+、A、A-；一般：B+、B、B-；慢：C+、C、C-）、油水界面（齊：A+、A、A-；一般：B+、B、B-；差：C+、C、C-）、水色（清：A+、A、A-；一般：B+、B、B-；差：C+、C、C-）變化情況等現(xiàn)象并記錄；

（5）評(píng)選出效果較好的清水劑與在用破乳劑進(jìn)行配伍性試驗(yàn)，考察二者配伍后對(duì)脫水性能以及清水性能的影響。

1.2 試驗(yàn)儀器、設(shè)備

（1）玻璃瓶：100 mL，500 mL；

（2）恒溫水浴：TW-12 水?。ǖ聡鳭ULABO），控溫精度±1 ℃；

（3）微量移液器：0.5～10 μL，20～200 μL；

1.3 樣品信息

評(píng)價(jià)試驗(yàn)中，對(duì)比了聚丙烯酸酯、DTC、無機(jī)高分子絮凝劑和聚丙烯酰胺乳液4 種不同類型的清水劑產(chǎn)品，產(chǎn)品類別（見表1）。

表1 各種清水劑產(chǎn)品類型

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 不同藥劑的清水性能對(duì)比

由于油田現(xiàn)場(chǎng)油水樣自由分離速度較快，評(píng)價(jià)試驗(yàn)時(shí)，玻璃瓶中加入清水劑后，直接接取現(xiàn)場(chǎng)管匯處油水樣，蓋好瓶蓋后，迅速振蕩，并觀察記錄。Q-101A 為在用清水劑，油田現(xiàn)場(chǎng)水溫為82 ℃。其評(píng)價(jià)結(jié)果（見表2、圖1、表3、圖2）。

圖2 清水試驗(yàn)圖片

表3 清水劑性能評(píng)價(jià)表

圖1 清水試驗(yàn)圖片

表2 清水劑性能評(píng)價(jià)表

通過清水劑評(píng)價(jià)可知，評(píng)價(jià)效果較好的樣品有HQ-21，HQ-38，HQ-41，HQ-44，該4 個(gè)樣品均為DTC類的產(chǎn)品，其他類型產(chǎn)品效果均不佳。HQ-40，HQ-42和HQ-43 為無機(jī)鐵鋁鹽，該類產(chǎn)品有較好的水溶性，溶于水后，鐵鋁鹽發(fā)生水解，形成帶有較高正電荷的水合金屬氫氧化物，而產(chǎn)液中的油滴或膠粒一般帶負(fù)電荷，故而產(chǎn)生電中和吸附作用。當(dāng)這些陽離子高分子繼續(xù)水解形成氫氧化物沉淀時(shí)，它們就像多孔的網(wǎng)一樣將水中的膠粒和懸浮顆粒連帶一起捕集清掃，形成絮狀物沉于水底或浮于水面。該類藥劑只有在高濃度的條件下才有較好的絮凝清水作用，由于本試驗(yàn)加注濃度只有10 mg/L，其吸附電中和的功效不明顯，故其清水效果不佳。

HQ-08，HQ-09，HQ-10 和HQ-14 為聚丙烯酸酯，該類產(chǎn)品一般為陰離子型產(chǎn)品，與產(chǎn)液中油滴或膠粒帶有相同電荷，不能形成電中和作用，所以其清水效果不佳。

HQ-23 和HQ-37 為聚丙烯酰胺乳液型產(chǎn)品，該類產(chǎn)品一般分子鏈較長(zhǎng)，相對(duì)分子質(zhì)量較大。在該類產(chǎn)品加入產(chǎn)液之前，產(chǎn)液中的油滴與油滴之間，膠粒與膠粒之間并不直接接觸，該類產(chǎn)品溶于水后，分子鏈逐漸展開，分子鏈上的各種官能團(tuán)與產(chǎn)液中油滴或膠粒通過各種物理化學(xué)作用吸附在一起，如范德華引力、靜電引力、氫鍵、配位鍵等，油滴或膠粒通過長(zhǎng)鏈高分子的穿針引線聚集在一起，形成更大的油滴或膠粒，最后沉于水底或浮于水面，達(dá)到油水分離的目的。在該試驗(yàn)中，該類產(chǎn)品吸附架橋絮凝作用明顯，形成的絮體較大，上浮快，但破乳除油不徹底，導(dǎo)致處理后水中含油較多，另外，該類產(chǎn)品溶解速度較慢，不能迅速形成吸附架橋作用，所以導(dǎo)致其清水效果不佳。

HQ-21，HQ-38，HQ-41 和HQ-44 均為二硫代氨基甲酸鹽類產(chǎn)品，該類產(chǎn)品溶解性很好，溶于水后，分子立即擴(kuò)散開來，產(chǎn)品中的硫離子與產(chǎn)液中的Fe2+迅速形成配合物，而Fe2+具有良好的電中和及吸附作用，在水里攪拌條件下形成絮體，絮體在攪拌過程中吸附大量分散油滴并不斷長(zhǎng)大，從而達(dá)到除油的目的[3-6]。不同的有機(jī)胺制備的二硫代氨基甲酸鹽其清水除油效果不一樣，一般支網(wǎng)狀和高相對(duì)分子質(zhì)量的有機(jī)胺制備的二硫代氨基甲酸鹽具有更好的除油效果。

綜上所述，通過評(píng)價(jià)，HQ-21，HQ-38，HQ-41 和HQ-44 具有更好的除油效果，下一步將考察其配伍性試驗(yàn)。

2.2 清水劑與破乳劑的配伍性試驗(yàn)（脫水率）

評(píng)選的清水劑在應(yīng)用于油田現(xiàn)場(chǎng)前要進(jìn)行多方面的考察，與在用產(chǎn)品的配伍性是很重要的一方面，本試驗(yàn)中將考察其與在用破乳劑的配伍性。試驗(yàn)中，在各脫水瓶中加入不同清水劑和同一濃度的破乳劑，加入油水樣后考察脫水效果。試驗(yàn)溫度為82 ℃，油水樣體積60 mL，含水率60%。結(jié)果（見表4、圖3）。

圖3 清水試驗(yàn)圖片

從表4 中數(shù)據(jù)可知，在用的破乳劑和清水劑配伍性良好，其二者配伍后，脫水速率基本沒有影響，評(píng)選出的清水劑HQ-21 和HQ-38 與在用破乳劑P-20 配伍時(shí)，40 min 脫水量達(dá)到36 mL，脫水基本完畢，其脫水速率與在用產(chǎn)品相當(dāng)。而HQ-41 和HQ-44 與破乳劑配伍時(shí)，40 分鐘脫水量只有10 mL 和15 mL，嚴(yán)重影響脫水效果。所以，通過配伍性評(píng)選，效果較好的樣品只有HQ-21 和HQ-38。

表4 破乳劑與清水劑配伍脫水試驗(yàn)

2.3 清水劑與破乳劑的配伍性試驗(yàn)（水質(zhì)）

配伍性試驗(yàn)在考察了脫水速率的同時(shí)，還需考察其配伍性的水質(zhì)。本試驗(yàn)中，在500 mL 玻璃瓶中同時(shí)加入破乳劑和清水劑，取管匯產(chǎn)液，搖晃后進(jìn)行觀察，結(jié)果（見表5、圖4）。

表5 清水劑性能評(píng)價(jià)表

圖4 清水試驗(yàn)圖片

試驗(yàn)結(jié)果表明，HQ-21 和HQ-38 分別與破乳劑配伍后，HQ-38 的水質(zhì)更好，表現(xiàn)為油珠上浮速度快，界面清晰，水色更透亮，而HQ-21 的表現(xiàn)為油珠上浮速度較慢，油水界面不齊，水色不如在用清水劑Q-101A。由此可見，HQ-38 與破乳劑的配伍性較好，HQ-21 的配伍性不佳。

3 結(jié)論

本文針對(duì)南海某海上油田增產(chǎn)提液，外排水OIW超標(biāo)問題，對(duì)在用清水劑進(jìn)行重新優(yōu)化評(píng)選。通過對(duì)4類清水劑共計(jì)14 種產(chǎn)品進(jìn)行初評(píng)，結(jié)果顯示，聚丙烯酰胺乳液、無機(jī)高分子絮凝劑和聚丙烯酸酯清水效果均不佳，只有DTC 類產(chǎn)品具有較好的清水劑效果。評(píng)選出效果較好的DTC 清水劑為HQ-21，HQ-38，HQ-41 和HQ-44，再將這些樣品與破乳劑進(jìn)行配伍性試驗(yàn)，結(jié)果顯示，只有HQ-38 的配伍性較好，其脫水率與在用產(chǎn)品相當(dāng)，水質(zhì)優(yōu)于在用產(chǎn)品。