海上油田工藝艙原油乳化異常分析及處理

＊孫鏡凱

（中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津 300452）

引言

渤海灣某油田標(biāo)準(zhǔn)油緩沖室T-102的標(biāo)準(zhǔn)油品緩沖室，在0.05%的范圍內(nèi)，在無明水產(chǎn)油的情況下，發(fā)現(xiàn)底部乳化超過1%，影響了油田主機(jī)供油及油工藝艙其它正常功能。

對(duì)油品乳化異常上升的原因進(jìn)行了分析，并對(duì)其進(jìn)行了修復(fù)。通過對(duì)油料倉的流路分析，對(duì)各個(gè)工藝艙油進(jìn)行了化驗(yàn)和檢驗(yàn)，并與常規(guī)時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，結(jié)果表明：1號(hào)污油艙T-551A的浮油乳化異常增高，造成了T-102的乳化異常；最后，通過對(duì)T-551A的分析，得出了影響T-551A的液位影響因素的結(jié)論，即：改變了螺桿式過濾器的回洗工藝，使T-551A的浮油干擾加劇，從而形成了不適合分離的乳化油。

通過對(duì)胡桃殼濾器的反沖洗工藝的恢復(fù)，油工藝艙內(nèi)的油液質(zhì)量得到了恢復(fù)，并清楚地表明，水工藝艙內(nèi)的浮油層未被嚴(yán)重干擾，易于產(chǎn)生高乳化油，為后續(xù)的工藝調(diào)整提供了新的思路。

1.概況

浮采儲(chǔ)油設(shè)備（FPSO）是一種集海洋石油、石油、石油、石油等為一體的綜合設(shè)備；一種集發(fā)電、供熱、控制和生活于一體的漂浮容器型生產(chǎn)體系。

渤海灣油田FPSO的處理工藝主要包括原油處理系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、伴生氣系統(tǒng)、藥劑系統(tǒng)、工藝倉系統(tǒng)等。KL10-1油田地處渤海地區(qū)，主要生產(chǎn)的原油是重油，采用了典型的自由水分離工藝；三個(gè)階段分別進(jìn)行了熱化學(xué)脫水和電脫水；A平臺(tái)上的流體通過節(jié)流捕集器進(jìn)行氣液分離；液相和 B型液相混合；在經(jīng)過合格的油井換熱器的加熱后，再將其輸送到石油中；將氣、水三相分離，將油相加熱送入熱化學(xué)分離器，然后用高壓電干法將其轉(zhuǎn)化為合格的原油，再將合格的油與井液進(jìn)行交換，再由泵進(jìn)行增壓。

通過灰盒模型計(jì)算，該裝置的煙氣利用率為25.07%，各裝置的煙損率分別為：32.8%、0.2%、4.2%、54.2%、8.6%。結(jié)果表明：KL10-1工藝中，采用換熱器作為主要煙耗裝置，其中合格的油井流式換熱器、熱媒式換熱器的煙損率分別為38.2%、68.1%、48.4%。KL10-1井中的熱介質(zhì)與井內(nèi)的熱交換溫差比EP24-2低，從而提高了換熱器的煙氣利用率。KL10-1工藝由于采用了大量的集裝箱裝置和電氣脫水（電力消耗設(shè)備），所以其分離裝置的煙損率高達(dá)32.8%。同時(shí)，它的外輸水泵具有很大的壓力（1200kPa，EP24-2200kPa），它的設(shè)備功率大，相應(yīng)的煙耗也比EP24-2高。另外，在A、B兩個(gè)物流平臺(tái)物流中，物流溫度、壓力、成分存在差異，在混合時(shí)會(huì)出現(xiàn)不可逆的煙損，其煙損率為4.2%。

油品工藝倉的關(guān)鍵是緊急排泄；油工藝倉由1個(gè)原油處理室T-101A、2個(gè)原油處理室T-101B、標(biāo)準(zhǔn)原油緩沖器T-102、T-103組成；污水工藝倉的作用是對(duì)污水的沉淀，主要由T-301A、T-301B、T-551B、T-551B和T-551B組成。合格的石油緩沖器T-102的主要功能是將合格的石油儲(chǔ)藏在油田的主機(jī)中用于發(fā)電。T-102的合格原油是從T-101A和T-101B的頂部溢出的。T-102提供主機(jī)油的前提是，原油中的水分含量低于0.2%，一般情況下，水分含量在0.05%左右，超過0.2%的話，就會(huì)造成主機(jī)的故障，從而影響到整個(gè)油田的供電。

在對(duì)主機(jī)進(jìn)行一次補(bǔ)油時(shí)，檢測(cè)出原油的乳化程度為0.6%，隨后的追蹤也始終高于0.5%。為了確保設(shè)備的正常運(yùn)行，必須對(duì)T-102標(biāo)準(zhǔn)原油的乳化異常上升進(jìn)行及時(shí)處理。

2.工程實(shí)例分析

(1)T-101A高乳化油來源分析

T-101A的石油資源有4種；原油系統(tǒng)應(yīng)急泄放，原油系統(tǒng)正常下艙，貨油艙底轉(zhuǎn)油，水處理艙浮油等。經(jīng)過檢查，近一年來，原油體系沒有緊急排放和程序，采樣和檢驗(yàn)油制度，底層的合格油蒸餾率一直保持在1%以下，因此，高的乳化油可能是從水處理艙的浮油中產(chǎn)生的。油品體系中的水相會(huì)進(jìn)入到水工藝艙沉淀并分離出的浮油，然后在T-551A級(jí)和從水系統(tǒng)中回收的油中經(jīng)過處理，形成了一個(gè)水處理艙的浮油。

2018年9月26日至10月2日，浮油含油量為40%～50%，一般為20%；在11月22號(hào)，由于油品加工倉出現(xiàn)了不正常的乳化現(xiàn)象，并對(duì)其進(jìn)行了加密檢測(cè)，結(jié)果顯示，T-551A的浮油乳化率由20%增至50%～70%，含油率為30%～40%，含水量由50%降到0～15%。根據(jù)以上分析，T-551A型浮油的乳化過程中出現(xiàn)了不正常的乳化改變，從而使T-101A的乳化程度提高。

(2)一級(jí)污油艙T-551A浮油乳化異常分析

在浮油乳化異常升高的過程中，油水系統(tǒng)的影響因素有兩個(gè)：①BH-16X、BH-17Y的中試試驗(yàn)。為了提高原油系統(tǒng)的處理效率，減少乳化，提高原油的質(zhì)量，油田技術(shù)服務(wù)公司對(duì)新型的破乳劑進(jìn)行了試制，并對(duì)BH-16X、BH-17Y進(jìn)行了中試。兩個(gè)試驗(yàn)的流程都很平穩(wěn)，下艙水的含油量在800～ 1200mg/L之間，沒有任何異常，中試后又回到原來的BH-10X，所以這個(gè)因素是可以排除的。②向T-551A注入核桃殼過濾器的反沖洗水。

反洗水回箱工藝從進(jìn)T-301A改為進(jìn)T-551A，其原因如下：核桃殼過濾器反沖水量大，反沖次數(shù)高（1h后沖一次，1次倒灌25min，容積140m3/h)，反沖洗水進(jìn)入T-301A，對(duì)一級(jí)水工藝艙的干擾大，影響下游生產(chǎn)水系統(tǒng)處理效果，T-301B出口水質(zhì)水中含油處于300～400mg/L較高水平，為優(yōu)化水系統(tǒng)處理效果，提升注水水質(zhì)品質(zhì)，提出反洗水回T-551A改造。通過對(duì)T-301A的逆洗水的沖擊，使T-301B出水的含油量降至250-300mg/L，從而大大緩解了下游供水系統(tǒng)的壓力。

經(jīng)分析，進(jìn)入T-551A后，對(duì)1號(hào)污油艙T-551A造成了強(qiáng)烈的擾動(dòng)，使其難以沉淀和分離。因此，初步推測(cè)，T-551A的浮油乳化現(xiàn)象是由逆洗法工藝的改進(jìn)引起的，因此建議將逆洗法重新切入T-301A，并對(duì)其進(jìn)行分析。

3.原油乳化成因

(1)天然乳化劑導(dǎo)致原油形成穩(wěn)定乳化油

在油田中，由于流體流動(dòng)狀況的變化，原油、水、蠟晶、機(jī)械雜質(zhì)等在與原油、水、機(jī)械雜質(zhì)等進(jìn)行混合時(shí)，通過一定的能量補(bǔ)充而形成的。由于存在一種維持液體乳化的穩(wěn)定力，所以乳化液相對(duì)穩(wěn)定。

原油和地層水中都含有一定數(shù)量的天然表面活性劑，這些活性劑可以局部濕潤(rùn)微粒的外膜，從而促進(jìn)微粒的穩(wěn)定性。液體中的小顆?？梢酝ㄟ^增大顆粒周圍的薄膜顆粒大小或者起到氧化劑的作用，并且束縛具有電荷的分散液體以穩(wěn)定其乳化狀態(tài)，從而得到相對(duì)穩(wěn)定的原油乳化液。

(2)采油過程中原油乳化液的形成

在開采過程中，可以將油完全與水隔離，阻止油井中的液體被各種形式的攪動(dòng)而不產(chǎn)生乳化液體。在某些油井中，很難將水完全隔離，而不能阻止攪動(dòng)。埕島油田電泵采出液流量大，最大流量為250mg/L，所有油井都使用油嘴節(jié)流，而且從井口流程到生產(chǎn)流程，到管道的厚度都有很大差別，流體通過分離器計(jì)量，平臺(tái)增壓泵增壓，都會(huì)引起油水的乳化。為了降低油液的乳化，在油水分離前，要盡可能地減小由于離心泵、油嘴和控制閥造成的壓差，并盡可能地減小在中央平臺(tái)上流體的攪動(dòng)。

(3)溫度影響埕島油田乳狀液的流變性

另外，在稠油中，溫度對(duì)乳狀液的流變性有很大的影響。當(dāng)溫度上升時(shí)，乳劑分子之間的相互作用變?nèi)酰瑥亩鴮?dǎo)致乳劑的粘度下降。結(jié)果表明：隨著含水量的增加，乳化液的粘度降低，由于溫度較低，顆粒布朗運(yùn)動(dòng)較慢，因此更有利于雜亂的卷曲分子在剪切方向上有秩序地分布。所以，在減少原油乳化過程中，最大限度地提高水的溫度也是一個(gè)非常重要的手段。

(4)油井酸化解堵致使原油乳化嚴(yán)重

由于海洋作業(yè)平臺(tái)等因素的限制，低產(chǎn)、低效井的出現(xiàn)，酸解堵成了當(dāng)前解決低產(chǎn)、低效井的主要途徑。由于近海生產(chǎn)流程的縮短，使得海上油田的原油脫水難度大，而在酸化過程中，由于酸化返排液的存在，使得脫水變得更為困難。影響油水乳化液穩(wěn)定性的主要因素有三個(gè)方面：產(chǎn)出液的pH、酸化返排液中所含的粘土顆粒和助劑。

隨著界面張力的降低，油水乳化液的穩(wěn)定性也隨之提高，從而使原油的脫水變得更加困難。在pH值區(qū)，pH值較低時(shí)，油水界面張力較低；pH值區(qū)，界面張力隨pH值的增加而急劇下降。酸化工藝中使用的酸以緩蝕酸為主，酸化返排液的pH值較低，通常低于4，故在回排結(jié)束后，在返排液pH值為7后，才能進(jìn)行回排。地層酸化作業(yè)液與地層礦物反應(yīng)后，會(huì)生成大量的硫化氫氧化物，從而提高了原油的乳化性能。酸化返排液中所攜帶的粘土粒子，可以被水分和石油所浸潤(rùn)，而濕潤(rùn)后的粘土粒子可以在油水界面上形成一種穩(wěn)定而牢固的界面薄膜，從而產(chǎn)生一定的電勢(shì)。

酸化返排液中含有的表面活性物質(zhì)可以在油水界面上進(jìn)行吸附，從而影響到油、水的界面特性和吸附劑在界面上的分布，從而提高了乳化體系的穩(wěn)定性，提高了乳化過程中的破乳率。埕島油田使用最多的緩速酸中，添加了許多添加劑，以減慢酸液與地層反應(yīng)速度，減少酸化時(shí)對(duì)地層造成的新?lián)p傷，從而提高酸化效果。大部分的酸性助劑都是表面活性劑，使酸性返排中的粘土顆粒親油或親水性穩(wěn)定性得到提高。

4.解決方案

油氣集輸是海洋石油和天然氣的重要組成部分，其中包括各種熱量消耗；耗電、耗能高。目前，在海洋平臺(tái)的設(shè)計(jì)中，常使用焓值分析方法來分析原油的能量消耗。焓分析法基于熱力學(xué)第一定律，從“量”的觀點(diǎn)分析了能量，但是卻無法從源蓋中得到“質(zhì)”的評(píng)估。在石油價(jià)格不斷下跌、開采費(fèi)用不斷上升的新形勢(shì)環(huán)境下，對(duì)能源消耗進(jìn)行優(yōu)化，可以有效地提高能源利用效率，減少資源浪費(fèi)，節(jié)能減排，降低生產(chǎn)成本。通過將熱力學(xué)第一定律與第二定律相結(jié)合的煙氣分析方法，將能源質(zhì)量綜合運(yùn)用到系統(tǒng)能源消耗的分析中。通過對(duì)煙氣分析法的研究，指出了能源合理利用的方向，使其在能源消耗分析中得到了廣泛的應(yīng)用。

通過分析，可以發(fā)現(xiàn)能源使用的不合理之處，解決能源使用中的能源質(zhì)量不匹配問題，建議采取分級(jí)串聯(lián)、分級(jí)使用的總能源系統(tǒng)，以確保能源的最大利用率；項(xiàng)新耀提出了一種準(zhǔn)確可靠的煙氣分析方法，通過深入的計(jì)算，對(duì)大慶油田的集輸工藝進(jìn)行了優(yōu)化，使其煙氣效率得到了極大的提升；通過對(duì)長(zhǎng)清魯寧線輸油泵站及陸上油氣集輸系統(tǒng)的煙氣試驗(yàn)，提出采用與原油能量等級(jí)相匹配的低溫?zé)崃魈娲加突螂娂訜嵩停愿纳葡到y(tǒng)煙氣的利用率；利用黑、灰兩種模式對(duì)儲(chǔ)罐系統(tǒng)的煙氣進(jìn)行了分析，得出了降低儲(chǔ)罐煙氣損耗是提高儲(chǔ)罐煙氣利用率的重要措施；通過對(duì)大慶薩南油田兩個(gè)中轉(zhuǎn)站天然氣集輸系統(tǒng)的灰箱煙氣進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

結(jié)果表明，原油加熱爐、熱水爐、外輸加熱爐是主要的煙耗裝置。將核桃殼濾器反洗水流程切回至原有進(jìn)入T-301A的流程，通過試驗(yàn)分析，判斷是否為流程改變導(dǎo)致高乳化產(chǎn)生。

5.結(jié)論

流程切換后，通過2個(gè)月的恢復(fù)，T-551A艙內(nèi)的浮油乳化含量、含油量、含水量都逐步恢復(fù)至2018年10月之前的正常水平。取樣化驗(yàn)結(jié)果表明，油工藝艙T-101A、F-101B乳化也在逐步降低并恢復(fù)至正常水平，滿足了T-102溢流補(bǔ)油要求。

反洗流程切換回T-301A，油工藝艙乳化問題得以解決，水系統(tǒng)處理效果恢復(fù)到之前水平，也能滿足流程工藝要求，生產(chǎn)水水質(zhì)處理結(jié)果能夠達(dá)到注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，反洗水保持進(jìn)入T-301A。