海上平臺乙二醇再生工藝研究與應用

顧常月(中海石油(中國)有限公司上海分公司，上海 200335)

0 引言

在海上氣田開發過程中，開采出的井流中含有地層水，隨著開發時間的延長，地層水在井流中的比例逐漸加大。自井口流出的含地層水的氣流，在輸送過程中會產生較大的溫降，易在海底管道中產生水合物。對井口至平臺間的管線常用的防水合物的方法是注入水合物抑制劑。乙二醇(MEG) 凝點高，蒸氣壓低，氣相損失小，可回收循環使用，得到了廣泛應用，再生工藝也在不斷完善與優化[1-4]。

針對乙二醇再生過程中出現的粘稠黑色物質難題，確立了“源頭控制，分級加熱，逐級破乳，多級撇烴”的思路，進行了不同試驗和分析、獲得了豐富的實驗數據和理論結果，逐漸摸清了影響MEG 再生回收的各個原因，并利用舊系統，進行了“多級緩沖預熱破乳，新舊雙撬串聯撇烴” MEG 再生系統的改造，通過最小的改造成功實現了MEG 的高效回收。

1 乙二醇再生面臨的問題

MEG 再生系統頻繁發生再沸器出口管線堵塞，再沸爐撇烴流程出現大量黑色粘稠狀物質，常溫下能夠凝固板結，造成MEG 再生系統無法運行。對MEG 再沸爐進行了開罐清污，發現罐內污染嚴重，存在大量黑色粘稠狀物質，是造成管線堵塞和MEG 再生系統污染的主要原因。

2 技術研究方向

(1) 通過組分分析和實驗，鎖定污染物來源及形成機理。

(2) 通過破乳對比實驗，篩選最有效的破乳方案。

(3) 根據現有MEG 再生工藝，設計破乳和撇烴的工藝流程。

3 乙二醇再生工藝改造路線

3.1 確認污染物的組分

對再沸爐內的污染物進行了取樣，對樣品進行了全油氣相色譜分析，組分分析和化驗。通過組分分析來看，其成分是重烴類，主要構成是C19-27。

3.2 確認污染物的來源

明確了污染物的組分后，為查明其來源，分別對生產井井口、海管進出口、段塞流捕集器水相出口、MEG 系統入口等處進行了取樣分析。通過取樣觀察發現各井口平臺生產水比較清澈透明、但海管出口及段塞流捕集器水樣存在嚴重乳化。據此初步判斷，再沸爐內的污染物可能是乳化液在高溫加熱下形成的。

3.3 確認污染物的形成

為了確認再沸爐內污染物為井口平臺MEG 乳化液高溫形成，進行了實驗室模擬實驗。

實驗1：將200 mL 水樣進行加熱蒸餾，模擬MEG 再生實驗并觀察記錄。

(1) 從捕集器水相取含有富MEG 的水樣，觀察水樣顏色為淺乳黃色；測試水樣密度：1.018 9 g/L；化驗水樣氯離子：1 100 mg/L；靜置72 h 以上，乳化程度未見減輕。

(2) 加熱伊始，隨著溫度上升，上層出現棕紅色泡沫狀物物質。

(3) 繼續加熱至樣品沸騰(模擬再生) 后，泡沫快速消失，燒瓶邊緣開始出現黑色團塊，目測團塊直徑0.5～1 mm 左右。

(4) 繼續加熱沸騰，黑色物質快速增多，生成溫度在100 ℃左右。

通過模擬實驗可以得出：MEG 再生過程中黑色污物主要是MEG 富液中的乳化液，在經過MEG 再沸爐中的高溫條件下，在100 ℃左右其乳化液破乳裂解后，原油和膠質組分形成黑色粘稠狀物資，生成重烴組分。其且有粘度高、凝固點高的特性，容易污染系統和堵塞管線。

3.4 乙二醇再生工藝分析

當井口或海底管道注入了水化物抑制劑MEG，生產液到達中心平臺后，自段塞流捕集器分離出來的生產水中將富含MEG 的富液首先與來自MEG 再生器的MEG 進行換熱，降低再生后MEG 的溫度，同時起到預熱富液的作用。富液進入MEG 閃蒸罐，將天然氣閃蒸分離出來，液體將進入MEG 過濾器過濾后，進入MEG 再生器進行再生。

由于海管段塞流影響，導致MEG 系統不能連續運行，原設計的MEG 貧液和富液熱交換器不能正常運行，進一步影響了乳化富液的處理。因此可以看出，原設計中的MEG 再生處理流程中并不具備處理乳化液的功能。

3.5 解決問題技術路線

通過以上實驗和分析，將解決污染物的重點明確為處理MEG 富液中的乳化液的研究與探索。

4 乙二醇富液破乳再生實驗

4.1 乙二醇富液化學破乳實驗

試驗機理：化學破乳劑能使乳化液變得極不穩定并降低界面膜的彈性和粘性，從而降低其強度，造成油水界面破裂并加速液滴的聚結。

實驗1：取捕集器水樣分別用清水劑BHQ-316 和破乳劑BH-205、BH-316 進行滴定實驗，觀察三種不同的水處理劑對水樣乳化油的處理效果：清水劑BH316、破乳劑BH-205 和BH-316均能能在較短的時間內打破乳化狀態，有較好的破乳效果，但同時會生成大量絮凝物并分層。

實驗2：對破乳后的樣品進行分液過濾，提取不含絮凝物的樣品進行“實驗室模擬MEG 再生工藝”實驗，沒有黑色的污物生成，得到純度為84% 的MEG 富液。更進一步確認，水樣中的乳化油應該是MEG 再生工藝過程中黑色污物的主要來源。

實驗3：用分液漏斗，提取水樣加注破乳劑破乳后生成的含有大量絮狀物的上層樣品，進行“實驗室模擬MEG 再生工藝”實驗，破乳后產生的絮凝物，遇加熱后會進一步聚集而變得呈凝實的瀝青狀物質而不易散開，更加易污染容器。

結論如下：

(1)MEG 富液中的乳化油是MEG 回收過程中產生黑色污物根源。

(2) 油氣混輸海管的劇烈紊流是導致原油乳化的主要原因。

(3) 清水劑BH316、破乳劑BH-205 和BH-316 均能在較短的時間內打破乳化狀態，起到良好的破乳效果，但破乳后產生的大量絮凝物在加熱時仍會生產大量黑色污物，影響MEG 再生效果。

(4) 在現場的加注破乳劑試生產過程中，還發現由于絮凝物的產生，導致了凝析油外輸泵濾網堵塞頻繁、開排沉箱絮凝物回收困難、閉排罐污染嚴重等現象。

4.2 乙二醇富液加熱+化學破乳實驗

試驗機理：當加熱時，使被包裹的乳化液不斷膨脹，加劇了液滴間的相互運動和碰撞，更加容易破壞乳化膜，使乳狀液解體。

改造方案：盡量減少破乳劑的加注，同時將MEG 富液倒運到凝析油流程進行加熱破乳，再生撬內由原來的A、B 兩列并聯流程改造為串聯流程，由一級再生變為分級再生，乳化油在再沸爐B 內低溫加熱后與MEG 富液分層，通過再沸爐溢流口撇除；撇除乳化油黑色污物，潔凈MEG 富液在再沸爐A 中再生，再生合格后的MEG 進入緩沖罐。

運行效果與分析：

(1) 通過利用原有的MEG 再生橇，對乳化液進行分級加熱破乳，成功地獲取了濃度合格的MEG 成品。

(2) 驗證化學藥劑和物理加熱法結合的方式能夠在實現MEG 破乳再生的同時。減少破乳劑的用量并降低絮凝物對輔助流程的影響。

(3) 破乳的次生物絮凝狀重烴需要人工方式撇除，撇除后重烴需返回陸地處理。

(4) MEG 再生橇處理能力有限，當大量來液時會超過(舊)MEG 再生橇處理量。

(5) 化學破乳劑需要持續添加，會增加破乳成本。

4.3 乙二醇富液加熱+氣浮破乳實驗

試驗機理：通過加熱可以破壞液膜界面，形成細小的微滴和微絮體，通過加注汽提氣，形成微氣泡并吸附油滴和微絮體，加速液滴的上浮和聚結分離，從而進一步提高乳化液的分離效果。

氣浮實驗：取TEG 再沸爐內汽提氣為氣源，利用水浴加熱裝置(實際汽提氣溫度約為40 ℃) 進行實驗，實驗流程如圖1所示。

圖1 實驗流程

氣浮實驗結論：

(1) 相同溫度、相同流量下，糊狀物氣提時間越長，分層越明顯。

(2) 采取汽提氣浮能增加MEG 破乳效率，對乳化液分層具有積極作用。

(3) 相同時間、相同流量下，溫度越高，糊狀物分層速度越快，分層越明顯。

5 乙二醇再生工藝改造

多級緩沖預熱破乳，新舊雙撬串聯撇烴。調整了MEG 再生流程，將新增加的MEG 處理裝置作為一級緩沖加熱裝置，由于其處理量大，能很好地解決海管段塞時MEG 富液的回收。同時利用固體活性炭過濾器能有效去除富液中的液烴和雜質，降低乳化液及絮凝物的影響，具體改造設計流程框架圖如圖2 所示。

圖2 工藝改造流程

改造后總體系統運行平穩，已經回收再生合格MEG 產品，對海管段塞也有較大的緩沖處理能力，MEG 富液乳化液能有效運行，對再沸爐中撇出的重烴也成功實現回收，確保了MEG回收再生，取得了顯著的經濟效益。

6 結語

(1) 通過新老系統的串級使用，提高了MEG 富液回收流程緩沖能力，有效增加了抗海管段塞流的能力，降低了MEG 的損耗。

(2) 利用多級加熱破乳替代化學破乳，減少了化學破乳劑破乳后產生的絮凝物，也可以有效避免MEG 再沸爐一次再生加熱中出現的局部高溫現象，避免了膠質瀝青的高溫裂解反應，從而避免了對生產系統的影響，保證了系統的穩定與正常運行。

(3) 利用平臺閑置的舊MEG 再生裝置完成系統的調整和改造，既解決了生產難題又最大限度地減少了改造費用。

(4) 回收MEG 還能減少生產污水的外排，有效減少對海洋環境的污染。