酸化后原油電脫水困難原因分析

吳澤美,孫玉民

(中石油華北油田分公司第五采油廠,河北辛集052360)

史貴生

(中石油華北油田分公司質量安全監督中心,河北任丘062552)

趙尚柱,付亞榮

(中石油華北油田分公司第五采油廠,河北辛集052360)

華北油田第五采油廠H16井投產前實施酸化,酸化用酸187m3。2010年5月14日正式投產,前4天含水較高,5月22日以后含水降到1%以下,生產數據見表1。酸液基本排完,產出液中無游離水后原油經管線輸至深一聯合站處理。深一聯合站主要處理Z1和Z2兩個斷塊的混合液,總液量1800m3/d。該站采用沉降罐重力沉降加電脫水器處理工藝,站外來液先經沉降罐沉降分離大部分游離水,乳化油和少量游離水經過換熱器加熱后再進入電脫水器進行高壓電場脫水。2臺電脫水器日處理液量500m3,H16井日產液50～55m3,約占電脫水器日處理量的10%。

表1 H16井投產初期生產數據

從5月16日起深一聯合站2臺電脫水器開始頻繁跳閘,此間H16井僅含少量乳化水,深一聯合站進電脫水器混合液含水也一直控制在20%以內,符合電脫水器要求的脫前原油含水不高于30%的指標。為保證正常生產,首先把沉降罐溫度從48℃提高到55℃,破乳劑用量從50kg/d增加到100kg/d,進電脫水器前乳化原油含水量逐步下降到8%,電脫水器仍然無法正常工作,電脫水器排量一再降低,最低時一個班8h只能處理30m3液量,沉降罐液位不斷上升,嚴重影響了深一聯合站的正常生產。

1 原因分析

酸化措施對原油脫水的影響以前也多有發現,主要表現為酸液攜帶出來的粘土、地層腐蝕產物等一些雜質使油水界面膜增厚,乳狀液變得更加穩定。只要沒有大量溶有殘酸的游離水進入系統,通過適當提高沉降溫度,增加破乳劑用量,可以保證正常生產。5月下旬連續監測H16井和深一聯合站混合液pH值均在7附近,說明集中的酸液已經排完。

1.1 脫水器跳閘原因分析

電脫水器的原理可以簡單概括為:在交流電場中乳化原油里的水珠發生震蕩和偶極聚結,在直流電場中還同時發生電泳聚結。在相鄰微滴間,微滴與電極間產生靜電力,微滴受靜電作用運動速度加快,在互相碰撞過程中,乳狀液的界面膜被破壞,水滴慢慢聚集起來[1],從而實現油水分離-小水滴聚集成大水滴-水滴沉降的過程,達到油水分離的目的。

電脫水器跳閘排除了電路的原因后,唯一可能的因素就是電脫水器中介質的電導率上升,工作電流超過了額定值。以深一聯2臺電脫水器為例,當電流大于12A時,電脫水器進入不穩定狀態,隨著脫水器內介質電導率的變化電流急劇波動。

表2 油樣電導率測試數據

表2是油樣去除游離水后電導率測試數據,取樣日期2010年6月1日。從表2的數據看H 16井含水雖然很低,但電導率遠高于Z1、Z2斷塊原油的電導率。Z1、Z2斷塊的混合液摻入H 16井原油后電導率也隨之上升,正常情況下深一聯進電脫原油電導率在0.1μs/cm以內,可以保證脫水系統運行平穩。

1.2 酸化后原油電導率上升原因分析

酸化后原油在乳化水含量很低的情況下電導率異常升高的原因在于殘留在原油中的無機離子顯著增多,而且Z1和Z2斷塊是稠油區塊,50℃時平均粘度為1025mPa·s,在沉降罐中原油對流慢,包裹在原油中的無機離子不能完全被游離水洗滌出來。室內分析表明,深一聯混合原油酸值由H 16井酸化前的0.13mg(KOH)/g上升到12mg(KOH)/g,說明有殘酸留在原油中,同時酸化過程中形成的大量Ca2+、Mg2+、Fe2+等金屬陽離子也在原油中形成導電介質。尤其是H+由于其質量小,體積小,在外電場作用下移動速度比其他離子快5～8倍[2],會使脫水器電流顯著增加,當電流超過電脫水器額定電流時,就會發生跳閘現象,這是酸化后原油導致電脫水器不能正常工作的主要原因。

1.3 降低原油電導率的技術措施

從上面的分析可以看出,要控制酸化后原油電導率就必須減少H+和其他陽離子的殘留,引入OH-就可以實現這個目的。

取脫前原油加入不同濃度NaOH堿液,當加量達到30mg/L時,脫前原油電導率下降到0.1μs/cm以下,達到安全值。

2 現場試驗

2010年6月3日在深一聯1#沉降罐內加入200kg濃度為40%的NaOH溶液,當時罐內混合液約1500m3,反應5h后開始進電脫水器,電脫水器恢復正常,脫水器最高排量達到每臺38m3/h。沉降罐底水水質也明顯好轉,底水機械雜質含量從68mg/L下降到12mg/L。Z1、Z2斷塊均為聚合物調驅區塊,產出污水水質差[3],加堿后不僅降低了混合液中H+濃度,降低了混合液電導率,同時Ca(OH)2、Mg(OH)2、Fe(OH)2絮狀沉淀在沉降罐中起到了絮凝作用,促進了油水分離,加堿后脫水效果迅速改善。

2010年從6月3日開始向沉降罐加堿,持續處理了1個月,期間電脫水器工作正常,后經測試原油電導率下降到0.08μs/cm,停止加堿措施。

3 結 論

1)通過室內分析及現場試驗,得出酸化后原油電脫困難的原因在于帶殘酸的原油雖然含水低,但是電導率高,電脫水器工作電流超過額定電流,這是電脫水器頻繁跳閘的原因。

2)酸化后原油如果用其他原油稀釋的辦法不能使電導率下降到電脫水器許可的范圍,可以實施加堿處理,降低混合液電導率,保證正常生產。

[1]于濤,丁偉,曲廣淼.油田化學劑 [M].北京:石油工業出版社,2008.

[2]項玉芝.酸化返出液中分離出的原油脫水時電脫水器跳閘原因及對策 [J].油田化學,2003,20(4):342-344.

[3]董培林,寇杰,曹學文.三次采出液處理技術及應用[M].北京:中國石化出版社,2010.