風(fēng)城油田超稠油污油處理技術(shù)

霍 進(jìn)，周 鶴，劉 勇，崔婷婷，寧紀(jì)偉

(中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

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風(fēng)城油田超稠油污油處理技術(shù)

霍 進(jìn)，周 鶴，劉 勇，崔婷婷，寧紀(jì)偉

(中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

以新疆風(fēng)城油田超稠油聯(lián)合站污油為研究對(duì)象，針對(duì)污油難處理問題，通過對(duì)污油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和固體顆粒雜質(zhì)等物質(zhì)含量及污油特性的分析，找出污油破乳脫水困難的原因，最終確定雜質(zhì)和Zeta電位是超稠油污油脫水困難的主要因素。在污油傳統(tǒng)處理技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合該聯(lián)合站污油的特點(diǎn)，進(jìn)行現(xiàn)場處理技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究，最終確定采用“有機(jī)弱酸破乳劑體系下的摻柴油和熱化學(xué)沉降”處理工藝。該工藝應(yīng)用后，有效解決了超稠油污油的處理難題，累計(jì)處理污油液量23.1×104t，節(jié)約污油破乳劑34.6 t，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益4 704.9×104t元。

超稠油；污油；有機(jī)弱酸；摻柴油降黏；脫雜；破乳劑脫水；風(fēng)城油田

0 引 言

風(fēng)城油田超稠油污油具有“三高”(高含砂、高黏度、高密度)特性，Zeta電位高達(dá)-45 mV，使污油乳狀液穩(wěn)定性增強(qiáng)，處理難度增大。隨著SAGD采出液的增加，污油的產(chǎn)生量增大，進(jìn)一步影響污油的處理效果，并將會(huì)影響原油處理系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行；交由外單位處理，則需要交付185 元/t的高額處理費(fèi)用，生產(chǎn)成本增加。因此，超稠油污油的合理處理是急需解決的現(xiàn)實(shí)問題。

1 超稠油污油穩(wěn)定機(jī)理研究

1.1 污油穩(wěn)定性分析

污油和管匯原油85℃時(shí)物性見表1。由表1可知，污油黏度、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、泥砂含量均高于管匯原油。為降低污油黏度、促進(jìn)脫水，污油處理過程必須保證足夠的溫度[1-2]；污油中，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)極性較弱，但乳化能力較強(qiáng)，可充當(dāng)乳化劑，增加界面膜強(qiáng)度；泥砂等細(xì)小顆粒具有極強(qiáng)的吸附性，是重要的乳化劑，在油水界面可形成剛性結(jié)構(gòu)，且可增加界面膜的厚度，油水界面上的黏土顆粒帶有負(fù)電荷，液滴之間形成雙電層，使污油乳狀液保持動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)一步增加乳狀液的穩(wěn)定性。其中，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)以及泥砂等雜質(zhì)是造成污油難破乳的關(guān)鍵因素[3-5]。因此，開發(fā)針對(duì)超稠油污油特性的處理藥劑是解決污油處理難題的關(guān)鍵[6]。

表1 污油及管匯原油性質(zhì)

1.2 污油乳化形態(tài)

觀測污油上中下3層的顯微照片和放大后污油的顯微照片(圖1)可知，老化油呈明顯的油包水型乳化形態(tài)，乳狀液中水珠粒徑分布范圍小，約為5～35 μm；通過對(duì)水珠局部放大，可明顯觀察到油水界面有一圈黑色物質(zhì)，膜厚約為15 μm，黑色物質(zhì)是老化油中的固體雜質(zhì)，且含量較多，說明雜質(zhì)易富集在油水界面上，形成較厚的界面膜。

圖1 污油顯微照片

1.3 SAGD采出液對(duì)污油穩(wěn)定性的影響

SAGD采出液進(jìn)入原油處理系統(tǒng)后，污油物性發(fā)生較大變化，含水上升，密度增大，油層表面明顯不光滑，表明雜質(zhì)含量增多，進(jìn)一步增加了乳化液穩(wěn)定性(表2、圖2)。

表2 SAGD進(jìn)入系統(tǒng)前后污油物性

圖2 SAGD進(jìn)入系統(tǒng)前后污油形態(tài)

1.4 污油穩(wěn)定機(jī)理探討

膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、固體顆粒以及水處理過程中加入的反相破乳劑是造成污油難破乳的主要原因，污油中的雜質(zhì)是影響破乳脫水的關(guān)鍵因素。因界面膜上雜質(zhì)帶有負(fù)電荷，Zeta電位為-20～-45 mV，形成動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，因此，污油破乳脫水的前提是脫除其中的雜質(zhì)[7]?；瘜W(xué)破乳就是根據(jù)污油特性，研制出針對(duì)污油物性的破乳劑，同時(shí)優(yōu)選出能有效脫除雜質(zhì)的助劑，即破乳劑+助劑的藥劑體系。

2 污油脫水脫雜藥劑體系研究

2.1 不同破乳劑對(duì)污油的脫水脫雜效果

選用4種常用稠油破乳劑，85 ℃溫度下進(jìn)行破乳實(shí)驗(yàn)(表3、圖3)。1號(hào)和3號(hào)破乳劑脫出水水質(zhì)較清，說明污油中的固體顆粒聚集在油相或過渡層中；2號(hào)和4號(hào)破乳劑脫出水水質(zhì)較濁，表明固體顆粒分散到水相中。根據(jù)污油脫水量和脫水率的變化，表明單一破乳劑無法實(shí)現(xiàn)處理污油的目的。

表3 不同破乳劑的脫水效果

圖3 不同破乳劑的脫水效果

2.2 復(fù)配破乳劑的脫水效果

實(shí)驗(yàn)選用8種助劑與優(yōu)化后的1號(hào)破乳劑復(fù)配使用，在85 ℃溫度下檢測脫水效果(表4、圖4)。無機(jī)酸與1號(hào)破乳劑配合使用時(shí)，脫水效果好，下層水相對(duì)較清，底部有較多雜質(zhì)沉降，有較好的破乳效果。其原因?yàn)闊o機(jī)酸中和了界面雜質(zhì)攜帶的負(fù)電荷[7]，通過脫雜脫穩(wěn)實(shí)現(xiàn)破乳脫水。

表4 1號(hào)破乳劑與助劑復(fù)配使用的脫水效果

圖4 1號(hào)破乳劑與助劑配合使用的脫水效果

2.3 有機(jī)酸對(duì)污油的破乳效果

因無機(jī)酸容易對(duì)設(shè)備造成腐蝕，腐蝕速率為0.376 2 mm/a，因此，需考慮有機(jī)酸+緩蝕劑是否具有同樣的破乳效果(表5、圖5)。加入助劑5 h后，無機(jī)酸脫水效果較好，改進(jìn)后的有機(jī)酸+破乳劑+緩蝕劑的藥劑體系脫水脫雜效果十分明顯，且腐蝕速率為0.065 mm/a，明顯較無機(jī)酸腐蝕速率慢，同時(shí)低于國家標(biāo)準(zhǔn)(0.076 mm/a)，因此，確定破乳劑+有機(jī)酸+緩蝕劑為處理超稠油污油的藥劑體系。

表5 無機(jī)酸與有機(jī)酸酸化實(shí)驗(yàn)對(duì)比

3 摻柴油降黏脫水現(xiàn)場試驗(yàn)

摻柴油不僅能降低污油黏度，還能增大油水密度差，有利于脫水[8-13]。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明，摻柴油比例控制在污油處理量的15%時(shí)效果最佳?，F(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證摻柴油效果，條件為：摻柴油比例為15%，加藥濃度為1 500 mg/L，沉降時(shí)間為4 h，溫度為95 ℃。通過摻柴油前后表層污油含水和黏度分析可以看出，摻柴油后表層污油含水顯著降低，污油黏度明顯變小(表6)。

圖5 不同助劑體系脫水效果

時(shí)間含水/%黏度/(mPa·s)摻柴油前17.63547.6摻柴油后7.90275.8

4 污油處理現(xiàn)場試驗(yàn)及工業(yè)化應(yīng)用

4.1 污油處理現(xiàn)場試驗(yàn)

根據(jù)“有機(jī)弱酸破乳劑體系下的摻柴油和熱化學(xué)沉降”處理工藝的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在污油含水為48.2%、加藥濃度為1 500 mg/L、摻柴油比例為15%、污油溫度為95 ℃的條件下，進(jìn)行污油熱化學(xué)單獨(dú)處理現(xiàn)場試驗(yàn)(表7)。污油上中下層含水有一定梯度，隨著時(shí)間延長，不同層的含水不斷下降，足以證明污油中的乳化水已經(jīng)破乳集結(jié)沉降。圖6是超稠油污油不同位置的顯微照片，可以看出，上部1 m處油層含水較少，脫雜效果良好；2、3 m處油層中有較大量的乳化水，而4、5 m處油層中主要是游離水和大量固體顆粒，表明乳化水和固體顆粒正在逐漸集結(jié)沉降，與現(xiàn)場處理結(jié)果一致，達(dá)到了處理污油的目的。

表7 污油處理現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果

圖6 5d后不同位置油層的顯微照片

4.2 污油處理工業(yè)化應(yīng)用

現(xiàn)場生產(chǎn)過程中，各節(jié)點(diǎn)參數(shù)控制如下：摻蒸汽壓力為0.3 MPa，加藥濃度為1 500 mg/L，摻柴油比例為15%，進(jìn)罐溫度為95～98 ℃，處理后污油含水小于1.5%。

目前風(fēng)城油田聯(lián)合站年處理污油能力達(dá)16×104t，綜合含水率為40%，完全實(shí)現(xiàn)了污油的站內(nèi)回收處理，污油綜合處理費(fèi)用約為40 元/t，完成了污油處理的工業(yè)化應(yīng)用。

4.3 社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益

(1) 截至2014年，風(fēng)城油田累計(jì)處理污油液量23.1×104t，凈化后油量為11.8×104t，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益4 273.5×104元；節(jié)約污油破乳劑34.6 t，節(jié)約費(fèi)用431.4×104元。綜合計(jì)算，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益4 704.9×104t元。

(2) 污油單獨(dú)熱化學(xué)沉降處理減少對(duì)系統(tǒng)沖擊，減少了污油拉運(yùn)量和污油堆積，實(shí)現(xiàn)了資源化利用，為同類油田污油回收處理提供了借鑒。

5 結(jié) 論

(1) 污油中，富集在界面膜上的雜質(zhì)增加了膜的機(jī)械強(qiáng)度，形成雙電層，阻礙液滴聚并。

(2) “有機(jī)弱酸破乳劑體系下的摻柴油和熱化學(xué)沉降”處理工藝解決了超稠油污油的破乳難題，可實(shí)現(xiàn)站內(nèi)污油全部處理。

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編輯 姜 嶺

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.01.034

20150710；改回日期：20151125

國家油氣重大專項(xiàng)“蒸汽輔助重力泄油提高采收率技術(shù)”(2011ZX05012-001)

霍進(jìn)(1967-)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，《特種油氣藏》編委，1990年畢業(yè)于西南石油學(xué)院地質(zhì)工程專業(yè)，2005年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣田開發(fā)專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)研究工作。

TE869

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1006-6535(2016)01-0146-05