聚丙烯酸酯乳液反相破乳劑在曹妃甸油田化學藥劑國產化中的應用

張繼偉，張 濤，馬永清，李德輝，李志平

(1.中海石油(中國)有限公司曹妃甸作業公司，天津 300461；2.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452)

曹妃甸油田2004年8月正式投產，位于渤海灣西部海域。自投產起，該油田一直使用國外化學藥劑。隨著油田含水逐漸升高到93%，處理水量越來越大，為提高藥劑使用效果，降低藥劑成本，從2015年開始進行反相破乳劑的國產化研發和替換。

1 曹妃甸油田簡介

曹妃甸油田地層復雜，原油性質隨井深變化很大。原油中含有石蠟(約9.4%)、瀝青質和膠質等物質，水分(93%)和天然表面活性劑含量高，原油密度和原油黏度低，不利于原油破乳和O/W乳狀液的破壞。另外，某些單井還有出砂現象，使油水產出液中含有一定量的黏土類礦物顆粒，礦物顆粒的存在使油水界面更加穩定，進一步增加了破乳難度。

整個油田的產液均由海管輸送至浮式生產儲油卸油裝置(FPSO)進行處理，FPSO日處理液量約為70 000 m3，日產油約 4 400 m3，日排海約 6 000 m3，其處理標準要求外輸原油含水小于0.5%，生產水處理后含油低于20 mg/L，因此對現場藥劑要求極高。曹妃甸FPSO包含油系統處理流程和水系統處理流程，油系統流程設有3級處理設備(一級分離器V-2140，二級分離器V-2160以及電脫水器V-2190)；水系統處理流程則依次為斜板除油器、浮選器、核桃殼過濾器及注水緩沖罐。由于處理量大，產液在油水處理設備中滯留時間特別短，這就要求反相破乳劑必須脫水速度快、破乳效率高。

2 丙烯酸酯乳液反相破乳劑研制

隨著油田開采，油田采出液中水包油(O/W)乳狀液的比重越來越大，O/W乳狀液乳化程度更加嚴重，且乳狀液越來越穩定，處理難度有所增加。乳狀液中含有原油、固體顆粒、鹽類及采油助劑等成分，主要污染物由浮油、分散油、乳化油及微量的溶解油組成，其中乳化油的處理難度最大。曹妃甸油田液處理量大、處理流程短，沒有足夠的停留時間供沉降脫油，污水處理難度較大，對反相破乳劑性能提出了更高要求[1]。

從國內外的研究和發展的趨勢來看，非聚醚類破乳劑是近十年發展較快的一類破乳劑。一些專利提及烷基丙烯酸酯類聚合物可以用于原油乳液的破乳。聚丙烯酸酯乳液是一大類具有多種性能的用途很廣泛的聚合物乳液，在涂料、紡織[2]、原油破乳劑[3]等方面得到廣泛應用。采用不同聚合方式合成具有較好的破乳性能的丙烯酸酯類聚合物，特別是對稠油乳液的破乳，呈現水色清、用量少、藥劑脫水性持久的特點。

BH-512為聚丙烯酸酯類乳液的低分子聚合物，該藥劑相對分子質量較小，能夠快速的對高含水的水包油乳液進行油水分離[4]，與破乳劑協同作用好，對水無較強的絮凝力，油水分離后大部分藥劑留存在水相中，對后續的原油處理影響較少，對含油更少的水包油乳液有持續、逐步的、較徹底的破乳作用，除油效果優異[5]。同時留存在水相中的反相破乳劑，在清水劑的配合下可達到水質處理要求。基于上述原因，針對曹妃甸油田采油污水特性和污水處理流程滯留時間短的特點，成功開發出適用于曹妃甸油田FPSO的聚丙烯酰胺反相破乳劑BH-512，旨在替代現用的強品產品SZB-4590。

表1 現場水處理藥劑加注情況

3 試驗部分

3.1 現場藥劑應用情況

曹妃甸FPSO生產水處理主要加注5種化學藥劑，自投產起現場使用反相破乳劑為強品公司反相破乳劑SZB-4590，加注量濃度3 mg/L(基于產液)，具體加注情況(見表1)。

表2 現場試驗監測項目列表

3.2 現場應用試驗

3.2.1 現場試驗監測項目 現場試驗期間，對藥劑注入情況、一系列污水含油值、一系列油中含水、撇油入口、撇油、氣浮選器水樣、核桃殼出口水樣及緩沖罐出口水樣進行監測分析，確認藥劑的最終處理效果，監測頻率為每3小時1次，具體監測項目(見表2)。

3.2.2 藥劑配伍性驗證 試驗前對試驗藥劑、現場在用反相破乳劑按照不同比例進行配伍性試驗。試驗結果表明：試驗反相破乳劑BH-512與在用反相破乳劑SZB-4590配伍性良好，試驗藥劑切換時不存在堵塞藥劑管線的風險。

3.2.3 試驗效果評價 現場試驗采用移動式藥撬加注，主要設備為威廉姆斯氣動加藥泵，利用快速接頭直接連接裝有反相破乳劑的2 m3藥劑罐，通過威廉姆斯泵將試驗藥劑分別加注至原藥劑加注點，藥劑加注濃度參照現場在用藥劑加注濃度。

現場試驗期間，其余藥劑保持原有加注量不變，將反相破乳劑切換為試驗藥劑。關注藥劑加注濃度、藥劑加注量，油田的產油量、產水量、產氣量、海管壓力以及外輸原油含水值；密切監測原油系統一級分離器V-2140，二級分離器V-2160以及電脫水器V-2190油相出口、水相出口以及斜板除油器、氣浮選器、核桃殼過濾器及注水緩沖罐出口水樣，監測各級油相出口原油含水值、水相出口污水含油值，通過與在用藥劑監測數據進行對比來評價反相破乳劑應用效果。

2016年6月29日將現場在用反相破乳劑SZB-4590切換為試驗反相破乳劑BH-512。試驗期間原油含水值隨時間的變化曲線(見圖1)，從圖1中可以看出，試驗開始后一級分離器V-2140、二級分離器V-2160出口油含水均有所降低，電脫水器V-2190出口油含水正常0.35%。說明反相破乳劑BH-512對分離器脫水效果無不良影響。

試驗期間油系統水相含油隨時間的變化曲線(見圖2)，從圖2中可以看出，試驗前后油系統各級分離器水相出口含油值基本保持穩定，其中V-2140在流程穩定后水相含油值有降低的趨勢。由此可見，反相破乳劑BH-512對油系統的污水處理效果略優于現場在用藥劑SZB-4590。

圖1 試驗期間原油含水值變化曲線

試驗期間水系統各級處理設備出口含油隨時間的變化曲線(見圖3)，從圖3中可以看出，試驗前后水系統各級處理設備水質均保持穩定，排海水質良好，平均含油值小于10 mg/L，滿足現場要求。

圖2 試驗期間油系統水相含油變化曲線

圖3 試驗期間水系統含油值變化曲線

圖4 試驗前后核桃殼進出水壓差變化曲線

試驗前后一級分離器V-2140中控核子界面儀的觀察結果。顯示，藥劑替換后一級分離器油水界面清晰，乳化層較薄，處理效果優良，整個流程運行穩定。

試驗前后核桃殼進出口壓差變化曲線(見圖4)，從圖4中可以看出藥劑替換前后核桃殼壓差無明顯變化，說明反相破乳劑BH-512對核桃殼濾器無不良影響。

4 結論

新開發的聚丙烯酸酯乳液類反相破乳劑BH-512在曹妃甸FPSO現場應用效果良好，一、二級生產分離器油相出口含水均有所降低，水相出口含油保持穩定，電脫水器出口油含水正常0.35%，生產水處理達標。說明反相破乳劑BH-512對曹妃甸油田高含水原油油水分離效果良好，可進行國產化替換。

參考文獻：

［1］苗志超，李娟，郭海軍，等.海洋油田破乳劑應用綜述［J］.化工科技市場，2010，33(9)：30-32.

［2］Shi Y C，Wu Y S，Zhu Z Q.Modification of aqueous acrylicpolyyrethane via epoxy resin postcrosslinking［J］.Journal of Aqueous of Applied Polymer Science，2003，(88)：470-475.

［3］蔣明康，郭麗梅，劉宏魏，等.丙烯酸類共聚原油破乳劑的制備［J］.精細石油化工，2007，24(6)：58-62.

［4］Mohammed R A，Bailey A I，Lucklam P F，et al.Dewate-ring of crude oil emulsion 2.Interfacial properties of the asphaltic constituents of crude oil［J］.Colloids and Surface A:Physicochem Eng Aspects，1993，(80)：237-242.

［5］Leng C T，Li X R，Fei G Q，et al.Preparation and performance analysis of demulsification containing sulfonate organic silicon polyether demulsifier［J］.Journal of Northeast Petroleum University，2012，36(6)：88-92.