風城油田超稠油污油處理技術

霍 進，周 鶴，劉 勇，崔婷婷，寧紀偉

(中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

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風城油田超稠油污油處理技術

霍 進，周 鶴，劉 勇，崔婷婷，寧紀偉

(中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

以新疆風城油田超稠油聯合站污油為研究對象，針對污油難處理問題，通過對污油中膠質、瀝青質和固體顆粒雜質等物質含量及污油特性的分析，找出污油破乳脫水困難的原因，最終確定雜質和Zeta電位是超稠油污油脫水困難的主要因素。在污油傳統處理技術基礎上，結合該聯合站污油的特點，進行現場處理技術實驗研究，最終確定采用“有機弱酸破乳劑體系下的摻柴油和熱化學沉降”處理工藝。該工藝應用后，有效解決了超稠油污油的處理難題，累計處理污油液量23.1×104t，節約污油破乳劑34.6 t，產生經濟效益4 704.9×104t元。

超稠油；污油；有機弱酸；摻柴油降黏；脫雜；破乳劑脫水；風城油田

0 引 言

風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-45 mV，使污油乳狀液穩定性增強，處理難度增大。隨著SAGD采出液的增加，污油的產生量增大，進一步影響污油的處理效果，并將會影響原油處理系統的平穩運行；交由外單位處理，則需要交付185 元/t的高額處理費用，生產成本增加。因此，超稠油污油的合理處理是急需解決的現實問題。

1 超稠油污油穩定機理研究

1.1 污油穩定性分析

污油和管匯原油85℃時物性見表1。由表1可知，污油黏度、膠質、瀝青質、泥砂含量均高于管匯原油。為降低污油黏度、促進脫水，污油處理過程必須保證足夠的溫度[1-2]；污油中，膠質、瀝青質極性較弱，但乳化能力較強，可充當乳化劑，增加界面膜強度；泥砂等細小顆粒具有極強的吸附性，是重要的乳化劑，在油水界面可形成剛性結構，且可增加界面膜的厚度，油水界面上的黏土顆粒帶有負電荷，液滴之間形成雙電層，使污油乳狀液保持動力學穩定狀態，進一步增加乳狀液的穩定性。其中，膠質、瀝青質以及泥砂等雜質是造成污油難破乳的關鍵因素[3-5]。因此，開發針對超稠油污油特性的處理藥劑是解決污油處理難題的關鍵[6]。

表1 污油及管匯原油性質

1.2 污油乳化形態

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，乳狀液中水珠粒徑分布范圍小，約為5～35 μm；通過對水珠局部放大，可明顯觀察到油水界面有一圈黑色物質，膜厚約為15 μm，黑色物質是老化油中的固體雜質，且含量較多，說明雜質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采出液對污油穩定性的影響

SAGD采出液進入原油處理系統后，污油物性發生較大變化，含水上升，密度增大，油層表面明顯不光滑，表明雜質含量增多，進一步增加了乳化液穩定性(表2、圖2)。

表2 SAGD進入系統前后污油物性

圖2 SAGD進入系統前后污油形態

1.4 污油穩定機理探討

膠質、瀝青質、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，污油中的雜質是影響破乳脫水的關鍵因素。因界面膜上雜質帶有負電荷，Zeta電位為-20～-45 mV，形成動力學穩定狀態，因此，污油破乳脫水的前提是脫除其中的雜質[7]。化學破乳就是根據污油特性，研制出針對污油物性的破乳劑，同時優選出能有效脫除雜質的助劑，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 ℃溫度下進行破乳實驗(表3、圖3)。1號和3號破乳劑脫出水水質較清，說明污油中的固體顆粒聚集在油相或過渡層中；2號和4號破乳劑脫出水水質較濁，表明固體顆粒分散到水相中。根據污油脫水量和脫水率的變化，表明單一破乳劑無法實現處理污油的目的。

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 復配破乳劑的脫水效果

實驗選用8種助劑與優化后的1號破乳劑復配使用，在85 ℃溫度下檢測脫水效果(表4、圖4)。無機酸與1號破乳劑配合使用時，脫水效果好，下層水相對較清，底部有較多雜質沉降，有較好的破乳效果。其原因為無機酸中和了界面雜質攜帶的負電荷[7]，通過脫雜脫穩實現破乳脫水。

表4 1號破乳劑與助劑復配使用的脫水效果

圖4 1號破乳劑與助劑配合使用的脫水效果

2.3 有機酸對污油的破乳效果

因無機酸容易對設備造成腐蝕，腐蝕速率為0.376 2 mm/a，因此，需考慮有機酸+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，無機酸脫水效果較好，改進后的有機酸+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，明顯較無機酸腐蝕速率慢，同時低于國家標準(0.076 mm/a)，因此，確定破乳劑+有機酸+緩蝕劑為處理超稠油污油的藥劑體系。

表5 無機酸與有機酸酸化實驗對比

3 摻柴油降黏脫水現場試驗

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]。室內實驗證明，摻柴油比例控制在污油處理量的15%時效果最佳。現場試驗驗證摻柴油效果，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 污油處理現場試驗及工業化應用

4.1 污油處理現場試驗

根據“有機弱酸破乳劑體系下的摻柴油和熱化學沉降”處理工藝的實驗結果，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，進行污油熱化學單獨處理現場試驗(表7)。污油上中下層含水有一定梯度，隨著時間延長，不同層的含水不斷下降，足以證明污油中的乳化水已經破乳集結沉降。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沉降，與現場處理結果一致，達到了處理污油的目的。

表7 污油處理現場試驗結果

圖6 5d后不同位置油層的顯微照片

4.2 污油處理工業化應用

現場生產過程中，各節點參數控制如下：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%，進罐溫度為95～98 ℃，處理后污油含水小于1.5%。

目前風城油田聯合站年處理污油能力達16×104t，綜合含水率為40%，完全實現了污油的站內回收處理，污油綜合處理費用約為40 元/t，完成了污油處理的工業化應用。

4.3 社會效益及經濟效益

(1) 截至2014年，風城油田累計處理污油液量23.1×104t，凈化后油量為11.8×104t，產生經濟效益4 273.5×104元；節約污油破乳劑34.6 t，節約費用431.4×104元。綜合計算，產生經濟效益4 704.9×104t元。

(2) 污油單獨熱化學沉降處理減少對系統沖擊，減少了污油拉運量和污油堆積，實現了資源化利用，為同類油田污油回收處理提供了借鑒。

5 結 論

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

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

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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“蒸汽輔助重力泄油提高采收率技術”(2011ZX05012-001)

霍進(1967-)，男，教授級高級工程師，《特種油氣藏》編委，1990年畢業于西南石油學院地質工程專業，2005年畢業于西南石油大學油氣田開發專業，獲博士學位，現從事油氣田開發研究工作。

TE869

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1006-6535(2016)01-0146-05