超聲波破乳脫水技術(shù)在塔河油田的應(yīng)用

楊 偉 付秀勇

1.中國石化西北油田分公司塔河采油一廠 ，新疆 輪臺 841600；

2.中國石化西北油田分公司采油氣工程管理處，新疆 烏魯木齊 830011

0 前言

塔河油田主力油藏為奧陶系碳酸鹽巖型稠油藏[1]，其中75%的開發(fā)井需經(jīng)酸壓措施后才能投產(chǎn)，因此含酸稠油產(chǎn)量較大，僅2010年含酸稠油處理量就達(dá)18.4×104t[2]。由于酸化原油構(gòu)成復(fù)雜，有水包油、油包水、多層包覆等情況，有極強(qiáng)的油水界面張力，原油中含有較高的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)以及固體顆粒，且措施作業(yè)后返排液中含有一定量殘余助劑，致使含水原油形成比較穩(wěn)定的稠化乳狀液，常規(guī)的化學(xué)破乳、多級沉降等方法難以實(shí)現(xiàn)脫水達(dá)標(biāo)。

由于塔河油田酸化稠油雜質(zhì)多、乳化嚴(yán)重、處理困難、對聯(lián)合站影響大，需采用簡易流程集中單獨(dú)處理。但采用常規(guī)的破乳劑+加熱+三級沉降脫水的脫水工藝難以滿足酸化油處理要求，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。2012年，通過在原酸化油流程上增設(shè)超聲波輔助脫水新工藝后，脫水效率大幅提升，效果理想。

1 超聲波作用機(jī)理

超聲波是指振動頻率大于20 kHz以上，其每秒振動次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（20 kHz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波[3]。工業(yè)中常用的超聲波頻率為 20 ～2 000 kHz。其中，20～100 kHz之間的超聲波在工業(yè)中最為常用，又稱為功率超聲。與普通聲波相比，超聲波具有方向性好、能量大、穿透能力強(qiáng)等特點(diǎn)，超聲波技術(shù)在固體和液體中應(yīng)用較廣。

超聲波原油破乳脫水主要是利用超聲波的機(jī)械振動作用和熱作用[4]。機(jī)械振動作用促使水粒子凝聚，當(dāng)超聲波作用于原油時，造成懸浮的水粒子與原油介質(zhì)一起振動，由于大小不同的水粒子具有不同的相對振動速度，水粒子將相互碰撞、黏合，使其體積和重量增大，最后沉降分離；機(jī)械振動作用可使原油中的石蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等天然乳化劑分散均勻，增加其溶解度，降低油水界面膜的機(jī)械強(qiáng)度，有利于水相沉降分離。熱作用可降低油水界面膜強(qiáng)度和原油黏度，邊界摩擦使油水分界處溫度升高，有利于界面膜的破裂；原油吸收部分聲能轉(zhuǎn)化成熱能，可降低原油的黏度，有利于水粒子的油水重力沉降分離。

2 國內(nèi)應(yīng)用概況

20世紀(jì)50、60年代，國外就開始了超聲波輔助破乳的研究。80年代，美國Tekoix公司已分別在美國的8家工廠進(jìn)行工業(yè)化試驗(yàn)，且取得良好的應(yīng)用效果。日本三菱重工、美國Exxonmobil研究工程公司等也開展了相關(guān)研究。國內(nèi)此項(xiàng)研究開始于90年代[5]，起步較晚。齊魯石化研究院于2001年開展超聲波脫水試驗(yàn)研究，并于2003年在齊魯石化原油脫鹽脫水裝置試驗(yàn)成功。此后，中國石化的勝利石化總廠、洛陽石化、揚(yáng)子石化、長嶺石化，中國石油的慶陽石化、長慶石化，延長油田的榆林 煉油廠、延安煉油廠 、永坪煉油廠，大慶油田、勝利油田、遼河油田、長慶油田等，陸續(xù)開展了超聲波破乳脫水技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用，均取得了顯著成效，現(xiàn)已逐年擴(kuò)大規(guī)模和應(yīng)用范圍。

3 方案及應(yīng)用效果

3.1 原處理流程及存在問題

塔河油田有5座含酸油臨時處理裝置，每座裝置處理液量約為200～400 m3/d，主要采用熱化學(xué)三級沉降脫水工藝流程，其流程示意見圖1。

由于含酸油構(gòu)成復(fù)雜，破乳脫水存在以下問題：

a）加藥濃度高。正常情況下，稠油聯(lián)合站破乳劑的加藥濃度低于200×10-6，而含酸油加藥濃度需要達(dá)1 000×10-6，且脫水效果仍不是很理想，處理后的含酸油含水率常常超過5%。

b）沉降脫水時間長。需先在含酸油流程一二三級沉降罐沉降2 d，再在凈化油罐沉降2 d，最后再拉至聯(lián)合站酸油罐沉降數(shù)天，脫水速度慢、時間長。

c）重復(fù)處理量大。由于脫水效果差，處理后的含酸油沉降脫水后仍有乳化層，不僅脫出的水含油量高，而且在每次沉降罐取樣化驗(yàn)含水前，需再將罐底的30 cm乳化油壓回流程 (重復(fù)處理約占15% ～ 20%)，大幅增加流程的處理負(fù)荷。

d）系統(tǒng)穩(wěn)定性差。受含酸油性質(zhì)（黏度、密度、尤其是含酸量）波動影響，造成含酸油流程處理后的原油含水波動較大，經(jīng)常出現(xiàn)含水不達(dá)標(biāo)、系統(tǒng)紊亂等情況。

3.2 超聲波脫水流程改造及效果

為解決含酸油處理難的問題，2012年引進(jìn)了超聲波破乳脫水技術(shù)，在圖1流程的三級沉降罐與凈化油罐之間增設(shè)了一套50 m3超聲波作用罐，并配套了相應(yīng)配電、自控、提升泵等輔助成橇裝置。將超聲波破乳脫水技術(shù)投運(yùn)后77d（2012年12月27日-2013年3月13日）的運(yùn)行數(shù)據(jù)與投運(yùn)前的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對比，得出該裝置投運(yùn)后效果如下：

a）脫水合格率大幅度提高。投運(yùn)期間，凈化油罐中部油樣的含水合格率由74.3%升至93.3%，凈化油罐底部油樣的含水合格率由51.4%升至86.0%，均滿足合格率大于85%的試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

b）系統(tǒng)穩(wěn)定性大幅提高。投運(yùn)期間，該流程日均處理液量209 m3/d，最高處理液量達(dá)486 m3/d，未出現(xiàn)因處理能力不足造成系統(tǒng)紊亂的現(xiàn)象，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。

c）脫水平均沉降時間大幅縮短。脫水沉降時間由投運(yùn)前的24～48 h，縮短至投運(yùn)后的7～12 h（平均低于9 h）。

d）凈化油罐沉降后的乳化層變薄。超聲波破乳脫水技術(shù)投用前，為使含酸油含水5%以下，需排出凈化油罐底部20～30 cm的乳化液進(jìn)行重復(fù)處理；超聲波破乳脫水技術(shù)投用后，凈化油罐底部僅需排液0～13 cm即可達(dá)0.5%的含水率，乳化層消失或減薄，降低了重復(fù)處理量。

e）凈化油罐的脫水水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)。超聲波破乳脫水技術(shù)投運(yùn)后，凈化油罐沉降后的脫出水表現(xiàn)為白水多黑水少，且脫出的黑水和乳化油量較投運(yùn)前明顯減少，脫水水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)。

4 結(jié)論及建議

通過現(xiàn)場試驗(yàn)，超聲波破乳脫水技術(shù)對塔河油田難以處理的含酸油破乳脫水具有顯著效果，主要表現(xiàn)在脫水效果好、運(yùn)行穩(wěn)定性高、脫水速度快、原油乳化層減少、脫出水的水質(zhì)好等方面，各項(xiàng)處理指標(biāo)較該技術(shù)投運(yùn)前全面好轉(zhuǎn)，達(dá)到了預(yù)期試驗(yàn)效果。

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，受現(xiàn)場條件簡陋等因素限制，臨時處理流程仍存在兩方面不足，在建設(shè)正規(guī)流程時建議進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化：一是流程處理溫度偏低（超聲波作用罐僅有55℃左右），難以滿足稠油處理65～75℃的最佳脫水溫度要求，對超聲波脫水的效果有一定影響；二是破乳劑加藥濃度仍然偏高，一直保持在1 000×10-6未變，需對破乳劑選型、加藥量、運(yùn)行參數(shù)等進(jìn)一步優(yōu)化，以降低運(yùn)行成本。

[1]胡國亮.塔河油田酸壓工藝技術(shù)研究[J].西部探礦工程,2004, 102(11): 86-88.Hu Guoliang. Acid Fracturing Fechnology in Tahe Oilfield Research[J]. West-China Exploration Engineering, 2004,102(11): 86-88.

[2]宋志峰,張 燁,楊勝來,等.塔河油田含酸稠油破乳脫水工藝探討[J].油田化學(xué)，2012, 29(04): 482-485.Song Zhifeng, Zhang Ye, Yang Shenglai ,et al. Study on the Demulsification Technology of Acid-Heavy Oil Emulsion in Tahe Oilfield[J]. Oilfield Chemistry, 2012, 29(04): 482-485.

[3]馮 若.超聲手冊[M].南京:南京大學(xué)出版社,1999.Feng Ruo. Ultrasonic Manual[M]. Nanjing:Nanjing University Press, 1999.

[4]戰(zhàn) 靜. 稠油、超稠油綜合脫水技術(shù)研究[J].油氣田地 面工程，2010, 29(10): 29-30.Zhan jing. Comprehensive Dehydration of Heavy Oil,Ultra-Heavy Oil Technoiogy[J]. Oil-Gasfield Surface Engineering, 2010, 29(10): 29-30

[5]趙雙霞,張義玲,張紅宇，等.超聲波輔助原油破乳研究 進(jìn)展[J].齊魯石油化工，2010, 38(2): 151-154.Zhao Shuangxia ，Zhang Yiling, Zhang Hongyu, et al.Research Process on Ultrasonic-Assistant Demulsification of Crude Oil[J]. Qilu Petrochemical Technology, 2010,38(2): 151-154.