風城稠油采出液脫水集輸一體化技術研究

尹曉君，唐曉東，李晶晶，卿大詠，鄧杰義，張洋勇

（西南石油大學化學化工學院，四川成都 6l0500）

風城稠油屬于瀝青基超稠油具有高密度、高粘度、膠質瀝青質含量的特點，50 ℃條件下的表觀粘度為2×104～1 000×104mPa·s[1]。目前，風城稠油以注蒸汽開采方式為主。在注蒸汽開采過程中，稠油在地層中與高溫蒸汽、儲層中的粘土等相互作用，使稠油采出液在一定程度上呈現出水包油乳化現象，采出液含水量高達80 %，破乳脫水困難。目前，稠油采出液破乳脫水方法主要分為化學破乳法[2-4]、物理破乳法[5]、生物破乳劑法[6]、聯合破乳法[7,8]和膜破乳法[9]。風城作業區現有的稠油脫水集輸方法是在采出液中摻入8 %～12 %質量分數的柴油和200～300 mg/L 化學破乳劑，在90 ℃保溫沉降55 h進行采出液的破乳脫水，脫水后補加柴油至25 %的質量分數保溫（60 ℃～90 ℃）輸送至煉廠，煉廠在350 ℃高溫下蒸餾回收柴油，后者再反輸回聯合站。該工藝存在脫水后破乳劑進入水相導致COD 值高、脫水工藝流程長、脫水時間長、柴油用量大、回收柴油能耗高等缺點。本文采用自制的SW-Ⅰ專利脫水劑[10]，對風城稠油采出液進行破乳脫水實驗，提出了新的風城稠油采出液脫水集輸的原則工藝流程，取得了滿意的效果。

1 實驗原理

稠油中含量較高的膠質和瀝青質之間的相互作用，是導致稠油粘度大的主要原因[11]。在采出液中加入密度低和溶解膠質、瀝青質能力強的脫水劑，脫水劑分子擴散進入稠油膠體結構內部，增加了膠質、瀝青質分散體系之間的距離，削弱了大分子之間的相互作用力，破壞了稠油膠體結構[12]，宏觀表現為稠油粘度降低。同時，隨著溫度升高，稠油中膠質、瀝青質分子間通過氫鍵和分子糾纏產生結構的作用減弱，稠油膠體穩定性下降[13]，稠油粘度進一步降低，體積膨脹加大，后者使稠油的密度降低。而脫水劑的加入也可降低稠油密度。根據Stokes 定律，黏滯阻力與兩相密度差成正比，與流體粘度成反比，油水分相黏滯阻力減小，破乳脫水速度加快。

2 實驗部分

2.1 實驗試劑與儀器

風城稠油采出液，含水率80 %；正庚烷、正辛烷、甲苯和鹽酸均為AR，成都科龍化工試劑廠；SW-Ⅰ專利脫水劑，自制。DV-II 數顯旋轉粘度計，上海精密科學儀器有限公司。

2.2 實驗方法和分析方法

2.2.1 實驗方法 稠油采出液脫水：在100 mL 具塞量筒中按一定比例加入風城稠油采出液和脫水劑，在水浴鍋中保溫到一定溫度強制混合、保溫沉降脫水一定時間后，測定脫水后油相的含水率。

脫水劑回收：脫水劑采用常壓蒸餾法進行回收。2.2.2 分析方法 油相含水率：根據GB/T 8929-2006《原油水含量測定 蒸餾法》進行測定。

稠油粘度：根據SY/T 0520-2008《原油粘度測定旋轉粘度計平衡法》進行測定。

3 實驗結果與討論

3.1 脫水劑評選

向稠油采出液中按脫水劑/稠油（質量比）=1:1 的比例分別加入不同種類脫水劑，攪拌混勻后置于90 ℃水浴中保溫沉降。不同種類脫水劑的脫水效果（見表1和圖1）。

表1 不同種類脫水劑的脫水效果

圖1 脫水時間-稠油含水率關系曲線

從圖1 可以看出，在90 ℃條件下向稠油采出液中按脫水劑/稠油（質量比）=1:1 的比例分別加入不同種類脫水劑后油水開始分相，脫水稠油含水率隨脫水時間延長而降低。這是由于脫水劑可降低稠油密度，增加稠油中膠體分散系之間的距離，減少膠體分散系間的相互締合作用，破壞稠油膠體結構，稠油粘度降低；同時，溫度升高更有利于脫水劑分子嵌入膠質和瀝青質分子之間，削弱了后者分子間的作用力，導致稠油體系粘度進一步降低[11]，從而加速油水的相分離。根據斯托克斯定律可知油水分離速度加快。脫水一定時間后，油相含水率不再降低，表明摻稀后重新形成的稠油膠體結構已經趨于穩定。從表1 數據表明，不同脫水劑對采出液脫水效果不同。SW-Ⅰ在90 ℃保溫脫水11 h，油相含水率降至0.48 %，脫水效果最佳。因此，選取SW-Ⅰ作為脫水劑。

3.2 脫水條件考察

3.2.1 脫水劑用量實驗 向稠油采出液中按不同質量比加入SW-Ⅰ，攪拌混勻后置于90 ℃水浴中保溫沉降。測定不同脫水劑用量下的脫水時間、脫水后油相含水率，結果（見圖2）。

圖2 脫水劑用量實驗

由圖2 可以看出，脫水劑加量越大，脫水時間越短、脫水效果越好。這是由于脫水劑加量越大，稠油膠體體系密度越低，脫水劑分子對稠油膠體結構的分散破壞作用越大，稠油的粘度越低，因此沉降分離效果越好。其中脫水劑加量在20 %以下時，脫水后油相含水率均高于1 %；脫水劑用量20 %時，脫水稠油含水率為0.48 %，繼續增加脫水劑用量，脫水后油相含水率變化很小。考慮成本因素，建議脫水劑加量為20 %。

3.2.2 脫水溫度實驗 向稠油采出液中加入20 %SW-Ⅰ脫水劑，攪拌混勻后分別置于不同水浴中保溫沉降，測定不同脫水溫度下的脫水時間、脫水后油相含水率，結果（見圖3）。

從圖3 可以看出，脫水溫度越高，脫水時間越短，脫水后稠油含水率越低。這是由于溫度越高，稠油膠體粒子的動能增加，分子間作用力降低，稠油粘度越低；同時稠油的體積膨脹也隨著溫度的增加而增加。這些因素都有利于稠油的破乳脫水分離。脫水溫度為90 ℃，脫水14 h 油相含水率降至0.48 %，繼續升高脫水溫度，脫水后油相含水率基本不變。因此，選取脫水溫度為90 ℃。

圖3 不同脫水溫度脫水效果

綜上，在常壓、脫水溫度90 ℃、脫水14 h，加入20%自制脫水劑SW-Ⅰ對采出液進行脫水，采出液含水率可從80%降至0.48 %，脫水率99.40 %。

將含有20 %脫水劑SW-Ⅰ的脫水稠油加入圓底燒瓶中，進行脫水劑蒸餾回收實驗，實驗結果（見表2）。

3.3 脫水劑回收

表2 脫水劑回收實驗結果

由表2 可見，脫水稠油在130～150 ℃溫度條件下蒸餾回收脫水劑2 h，脫水劑回收率可達到99.60 %，脫水劑回收后稠油含水率降至0.27 %。

3.4 脫水稠油粘溫性質

測定含20 % SW-Ⅰ的脫水稠油的粘溫曲線，在不含水稠油中加入25 %質量分數的柴油測定粘溫曲線，結果（見圖4）。

由圖4 可見，采用脫水劑SW-Ⅰ脫水得到的含脫水劑稠油在各個溫度下粘度均低于加入25 %柴油的摻稀稠油。其中在60 ℃時，脫水后稠油粘度為93 mPa·s，為加入25 %柴油的稠油的64 %（145 mPa·s）；在90 ℃時，含20 %脫水劑的稠油粘度為23 mPa·s，僅為加入25 %柴油的稠油（47 mPa·s）的50 %左右。綜上，加入20 %質量分數SW-Ⅰ脫水稠油的管輸流動性優于加入25 %的柴油的脫水稠油。

圖4 脫水稠油粘溫曲線

3.5 風城稠油采出液脫水原則工藝流程

根據SW-Ⅰ的脫水實驗結果，提出的風城稠油采出液脫水原則工藝流程（見圖5）。脫水劑與含水稠油在混合器1 中強制混合均勻，混合液在沉降罐2 中保溫沉降分離。分離所得上相稠油經泵4 泵入外輸管線，直接外輸至煉廠回收脫水劑；所得下相去污水處理。整個系統工藝流程簡單，操作方便，溶劑損失小。

圖5 風城油田稠油采出液脫水集輸原則工藝流程圖

對采出液脫水工藝流程和目前現場采用的脫水管輸方法進行對比，結果（見表3）。

表3 兩種破乳脫水集輸方法對比

從表3 可以看出，SW-Ⅰ脫水集輸工藝與現有脫水集輸工藝相比，脫水工藝流程簡單、無化學破乳劑，脫水時間短、為現有脫水工藝的25 %左右，溶劑用量、回輸量均降低20 %，脫水后管輸粘度為現有方法的50 %～64 %，脫水劑回收溫度從350 ℃下降到130～150 ℃。綜上所述，SW-Ⅰ脫水集輸工藝優于現有柴油+破乳劑脫水集輸工藝。

4 結論

（1）綜合考慮脫水效果和成本，質量分數20 %自制的專利SW-Ⅰ脫水劑為最佳脫水劑；在常壓、脫水溫度90 ℃和脫水14 h，采出液含水率可從80 %降至0.48 %，脫水率可達99.40%。（2）在溫度130 ℃～150 ℃密閉條件下，采用蒸餾法回收脫水稠油中的脫水劑2 h，脫水劑回收率可達到99.60 %，稠油含水率可降至0.27 %。（3）提出的采出液脫水方法與現場現有的脫水管輸方法相比，具有溶劑用量小、脫水時間短、脫水后稠油管輸流動性好、脫水劑再生條件緩和等優點。

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