污水除油和原油破乳的綜合處理分析

王 勇，劉志光

（中海油（天津）油田化工有限公司，天津 300450）

1 污水除油與原油破乳現狀

1.1 原油脫水

現階段，我國海上采油平臺原油脫水通常采用自由水分離-熱處理-電脫水三段式工藝，與原油化學破乳技術相結合，在破乳劑添加時，大多采用一次或兩段加藥法，在一次加藥中，在井口管匯處進行加藥。在兩段加藥中，采出井井口管匯處進行一段加藥，原油熱處理器或電脫水處理器之前進行二段加藥。

1.2 含油污水

此類污水是從三相分離器中被分離出的污水，可采用物理、化學、生物等方式進行處理。在處理過程中，一般先在除油罐前方加入一定的除油劑，使污水中水包油乳液被破壞，對存油進行回收；然后，在沉降罐前方加入絮凝劑，使水中雜質被清除；最后在罐的后方加入緩蝕劑、殺菌劑與阻垢劑。為了提高油田產量，勢必要使用一定的化學藥劑，但這樣會引發地層污染，一旦處理不當，便會隨著水注入地層，形成惡性循環，使采油成本增加[1]。

2 污水除油與原油破乳的影響因素

2.1 原油破乳

當采出液中的含水率不斷增加時，破乳劑從原本的水溶性轉變為高分子表面活性劑，此類試劑的特點在于用量較少、脫水速度快、效果好。經過三次采油技術的應用，采出液的乳化黏度更大，含有黏土、瀝青質、粉細砂等多種材料，還包括大量水包油乳液，導致水質降低，乳化難度增加。由于利用聚合物含量與原油物性存在較大變化，在利用破乳劑時，脫水效果不夠理想，這一點與污水實驗結果相一致。

2.2 污水處理

在污水處理過程中，主要通過凈水劑、絮凝劑等方式，使水中油與機械雜質被有效去除，但用量較多，通常超過50mg/L。由于采出液中含有大量水分，使污水處理量增加，需投入更多成本完成該任務。據調查，當前部分聯合站中污水的含油量遠遠超出規定，外輸污水的含油量達到1400mg/L，處理難度增加，究其原因，主要受以下因素影響：

1） 大規模注聚。

2）各類化學助劑的應用使污水治理難度增加。在提高油井產能的過程中，很可能產生負面影響。

3）對于局部稠油區域來說，在熱采時采用的增產劑、降黏劑等，可使乳狀液的體系更加牢固，在一定程度上使污水水質發生改變。

4）原油脫水與污水處理無法共存。在部分油田采出液中，含水量達到90%，原油的黏度為700mPa·s。

5）污水處理難度較低，但治理投入不足[2]。

3 污水除油與原油破乳的處理方法

在采油平臺流程來液中，原油存在方式多種多樣，主要包括以下四種，一是上浮油，在靜止狀態下，以連續相呈油膜浮在水面上；二是油包水乳化油，直徑不超過1μm，以油包水的形式漂浮在水中；三是分散油，直徑超過1μm，以微小油珠的形式分散在水中，并形成水包油的乳狀液，原油的處理方式主要有以下幾種。

3.1 采用油包水乳化劑

現階段，不同采油平臺使用的原油破乳大多為第三代試劑，以非離子型表面活性劑為主，此類試劑對來液油包水乳化油效果十分顯著，可將上浮油與分散油分離后進入油相，但對水包油乳化液的處理效果不夠理想，導致油進入水站中，增加水站的處理難度。當前，解決水包油乳狀液處理的方式主要是將同類型的原油破乳劑加入其中，在破乳機理下，與乳化劑之間進行反應，形成不穩定的吸附膜，以此實現破乳[3]。

3.2 加藥方式

在平臺現有流程中，還可在原油到達沉降罐之前，采用加水包油破乳劑的方式實現原油破乳凈水目標。根據實驗情況選擇藥劑類型與劑量，劑量低于液量的20×10-6，此種方式可使來液水中的油充分分離，油只進入原油處理系統，而不入水處理系統，從而降低污水處理系統處理難度，此種加藥方式的優勢體現在：

1）降低分離器中水含油的比例，使水和油能夠自動分離；且污水的含油量較低，在除油罐后所增加的絮凝劑效果更加明顯。

2）在沉降罐中，油水界限更加清晰，底部水含油量極大減少，可有效減輕水系統處理負荷。

3）水包油破乳劑的成本相對較低，而油包水藥劑以聚醚為主，采用的原料多為環氧乙烷等，價格漲幅較大，需投入較大成本。相比來看，在相同藥劑濃度的情況下，此種方式的成本更低，效果更加明顯。

3.3 發展油水分離設備

在日常操作中，應注重發展多種類型的油水分離設備，使污水得到高效處理。在工藝優化中，重心應放置在工藝流程方面，以化學藥劑為輔助，由于投入了化學藥劑雖然劑量不大，但不可避免的有部分藥劑與原油一同進入煉油系統中，從而引發化學反應，使煉油效率降低。例如，藥劑與原油中有機氯含量過高，將導致催化劑中毒，縮短催化劑使用壽命，進而增加煉油成本。對此，可研制SCL·1油水分離劑，該試劑為水溶性聚醚，擁有凈水和破乳雙重效果。經過現場試驗表明，當加藥濃度達到18mg/L時，外輸污水將從115mg/L降低到50mg/L，且原油破乳的要求得到基本滿足[4]。

4 實驗分析

4.1 實驗基礎

在采出液含水率不斷上升時，生產系統的溫度逐漸降低，從投產初期的55℃降低到50℃以內。在常規狀態下，操作溫度僅為45℃。在此基礎上，對采出液開展脫水實驗，并對問題的成因進行分析。

1）實驗條件。采用平臺生產管匯原油，含水量為41.5%，現場使用的破乳劑。

2） 實驗現象。在50℃以內，包括空白處，雖然在脫水后原油含水率顯著降低，但脫水管中且不存在顯著的脫出水。從沉降現象可知，在脫水后原油含水呈現出一定梯度，但乳化水并未完全破乳、分離和聚并。

3）原因。該原油的類型為石蠟基型，當溫度達到30℃時凝固，析蠟點為50℃左右。當溫度不足50℃時，原油中大部分蠟晶的析出致使乳狀液的界面膜黏彈性、機械強度有所提升，對乳化分散的聚結、聚并起到阻礙作用，無法順利實現油水分離。

4.2 破乳結構設計

通過對實驗現象的分析，可對破乳結構進行設計，使合成工藝得以優化。

1）試劑主要成分。在破乳劑中，主鏈為碳結構，并以硅為骨架，形成表面活性劑；在功能基團方面，主要為醚基團，采用交聯與改性的方式，使部分酯基和離子基團相結合；在功能基團方面，堅持匹配原則，明確破乳劑中主分子量后，對試劑中HLB值進行計算和測定，使破乳劑達到最佳功能。

2）試劑構成。包括增效助劑、協同效應助劑等，前者主要是與適量的潤濕劑相混合，使破乳劑對蠟晶的潤濕作用得以提升，使乳化膜富集的作用降低，減輕油水界面膜的強度；后者則是將適量的化學藥劑加入，使蠟晶立體結構發生改變，減少蠟晶對水的包裹作用，為分散水滴創造良好的條件。按照破乳劑結構方案，開展大量實驗，最后明確最適用于油田的破乳劑，即DCP-F原油破乳劑。

4.3 脫水實驗

在明確破乳劑類型后，在室內開展模擬脫水實驗，將其與現場藥劑進行對比，使藥劑的適用性得以明確。本次實驗的條件為：采用平臺生產管匯原油，含水量為41.5%，DCP-F原油破乳劑。通過實驗結果可知，在相同的實驗條件下，DCP-F原油破乳劑可使脫水量得到顯著提升，在脫水后，原油的含水量明顯降低，該結果充分說明在低溫狀態下，DCP-F原油破乳劑的破乳、聚結、聚并效果最佳，可為油水分離打下堅實基礎[5]。

4.4 現場應用

在以往破乳劑應用過程中，投放藥劑量在100mg/L左右，三相分離器出口處的原油含水范圍為1～3%，污水顏色為黑色。在利用DCP-F原油破乳劑后，對脫水溫度、脫后原油含水情況進行12h的監測，結果如下：投藥量均為75～80mg/L，在1:00時，脫水溫度為49℃，分離器出口含水0.35%，脫出水質為清；在7:00時，脫水溫度為45℃，分離器出口含水0.28%，脫出水質為清；在16:00時，脫水溫度為46℃，分離器出口含水0.27%，脫出水質為清；在0:00時，脫水溫度為47℃，分離器出口含水0.35%，脫出水質為清。

5 結語

綜上所述，通過本文研究表明，DCP-F破乳劑擁有良好的脫水效果，通過對破乳劑結構進行優化，發揮潤濕反相助劑的輔助作用，使破乳劑的脫水效果得到顯著提升。在污水處理方面，通過研制SCL·1油水分離劑，該試劑為水溶性聚醚，擁有凈水和破乳雙重效果。總之，上述措施的應用使油田原油生產指標順利完成。