老化油研究及處理試驗

呂勇明 李福章（大慶油田有限責任公司第九采油廠）

采油九廠龍某聯合站是北部油田轉輸油的樞紐站，擔負本站所轄油井的產液處理和摻水功能，還擔負著整個北部油田的含水油處理、凈化油外輸任務，該站采用“五合一”電脫水工藝，老化油進入系統后使電場紊亂、油水分離不徹底，2015年垮電場79次，嚴重影響站內正常生產運行[1]。

為實現老化油處理，進行了技術調研：老化油的原油脫水處理，一直是一個的生產難題[2]。老化油成分復雜，含有絮狀物、乳化顆粒，還含有高于普通原油的膠質、瀝青質等重組分和固體雜質[3-4]。特別是膠體FeS 顆粒促進老化油的形成[5]。通常先通過對老化油進行物性分析，為研究老化油處理工藝技術做好準備[6]。老化油處理應該有單獨系統處理[7]，主要處理方式有：高溫破乳+離心機分離；熱化學+離心脫水技術；氧化破乳、三相分離；熱化學重力沉降法；熱化學脫水[8-11]。其中熱化學脫水工藝是處理老化油比較有效的方法，具有較強的實用性，流程操作簡便、投資少、處理效果好[12-13]。

1 老化油組成分析研究

在3 000 m3含水油事故罐、1 000 m3污水沉降罐和卸油池現場取樣8 次，進行了老化油組成分析研究。

1.1 乳化情況

利用OMEC顆粒圖像處理儀觀測乳化情況。樣品中水滴數目較多，呈現不規則大小，多數粒徑較小，少數粒徑較大，自由分散，且界面膜厚度較大，乳化較為嚴重，其中以油包水型（W/O）為主，同時存在油水互相包裹（O/W/O）的情況，呈現多種乳狀液混合的復雜情況。

1.2 界面強度測定

利用DHR-2 界面流變儀測定界面強度。界面膜的強度決定水珠聚并的難易程度。3 000 m3事故罐中老化油彈性模量、黏性模量、復合模量及界面黏度最高，彈性模量是普通原油的5倍，黏性模量是普通原油的2.7倍，復合模量是普通原油的3.9倍；1 000 m3沉降罐和卸油池中老化油的各項參數分別次之，均比普通原油大1 倍以上。界面強度越大，乳狀液越穩定，油水分離越困難。

1.3 雙電層電位檢測

利用Zeta-pals電位儀檢測雙電層電位。3 000 m3事故罐老化油測定值最高，平均為43.6；1 000 m3沉降罐的平均為33.7，卸油池的平均22.6，是普通外輸油的1.6～3.2 倍；電位絕對值越高，乳狀液越穩定，油水分離越困難。

1.4 雜質含量測定

利用脫水儀，在測定含水率的同時，將水及油吸出，在實驗瓶底部剩余黏稠物（油泥），共進行了9組測試。1 000 m3沉降罐測得油泥52 mL，即雜質含量占13%；3 000 m3事故罐測得油泥84 mL，即雜質含量占21%；卸油池測得油泥68 mL，即雜質含量占17%。

1.4.1 有機、無機雜質含量

分別取5 mL混合物放于試管中，加入55 mL石油醚，搖晃后用濾紙過濾。過濾后，濾紙上出現大量黏稠狀物質，烘干取出，根據雜質加入石油醚前后的重量差值，確定雜質中有機雜質、無機雜質所占的比例，得到的結果是有機雜質含量占75%～87%，無機雜質含量占13%～25%。

1.4.2 FeS含量

采用滴加鹽酸的方法驗證固體雜質是否含有FeS，發現滴加后產生氣泡，溶液變成黃綠色，說明有FeS產生，過濾后烘干、稱重，根據反應前后重量差，確定FeS 含量，得到的結果是1 000 m3沉降罐FeS 占無機雜質質量分數為13.82%；3 000 m3事故罐為31.71%；卸油池為3.58%。

1.4.3 不溶固體化學元素分析

利用掃描電子顯微鏡觀察不溶固體雜質形貌結構。在電子顯微鏡放大24 000 倍后，觀察到CaCO3晶體，說明雜質中含垢；雜質中C 元素較多，含Si、O、Fe、S元素，說明含石英SiO2和FeS。

通過室內實驗可以看出龍某聯合站的老化油成分復雜，乳化較為嚴重，呈現多種乳狀液共存，油水分離困難。老化油在采油、集輸過程中，經過多種硫酸鹽類和化學藥劑的混合，慢慢聚集形成了多種雜質顆粒，在顆粒與膠質瀝青質吸附一起后，致使油水界面膜黏彈性增加，阻礙了老化油破乳過程，從而影響油水分離效果[14-15]。

2 老化油處理室內實驗

首先選取了15 種破乳劑進行篩選。取老化油和現場污水在45 ℃恒溫箱中加熱24 h，用乳化機在模擬現場工況的條件下，配制成含水率為30%的乳狀液，再加入一定量的破乳劑，使樣品中破乳劑濃度為200 mg/L，進行均勻搖動3 min 后，倒入100 mL 試瓶中，在恒溫水浴中加熱6 h后，觀察記錄不同時間的脫水情況。在15 種破乳劑中，通過對脫出水質、出水速度、過渡層厚度進行比較，優選得出其中兩種破乳劑對處理老化油效果較好，因此選擇這兩種破乳劑進行復配篩選。兩種藥劑配比為1∶1 時，乳狀液脫出水量最大，且過渡層相對較薄。因此選擇兩種藥劑配比1∶1 的破乳劑進行下步實驗?？紤]到現場指導價值，分別選65、70、75 ℃的加熱溫度，進行不同加藥濃度（包括100、150、200、250、300、350 mg/L）的脫水實驗，結果發現隨著加藥濃度和加熱溫度的變化，脫水量隨之變化，在20～24 h后脫水效果基本達到穩定。通過18 組實驗，得出不同溫度對應的加藥濃度和處理時間，不同參數實驗結果見表1。

表1 不同參數實驗結果

3 老化油處理現場試驗

依托現場試驗流程（圖1），在2017 年10 月27至11 月17 日共進行了7 次現場試驗（表2）。2017年10 月27—28 日開展第一次現場試驗，將事故罐的老化油（含水53%）用脫水泵房的事故泵轉輸至站外四合一，四合一加熱溫度保持在65 ℃，分離時間控制在20 h以上，加藥濃度為300 mg/L，見油后間隔10 min 連續取10 個樣，分別對油樣進行含水率及雜質分析，陸續又完成了6次現場試驗。

圖1 現場試驗流程示意圖

從七次現場試驗結果來看，處理結果含水率均小于1%，最小達到0.1%，能夠滿足生產要求。對比試驗結果可以看出，加熱75 ℃、加藥200 mg/L時，處理時間短，含水率低，因而老化油處理溫度推薦為75 ℃，加油量為200 mg/L。

此外，為了處理返排液回收池中的老化油，在試驗流程的基礎上增加了加熱沉降預處理工藝，防止泥沙大量進入老化油處理裝置，從2018 年11 月11 日開始運行，已累計處理老化油約2 000 m3，處理后原油均滿足含水小于0.3%的外輸要求，截止2019 年3 月底已回收原油約1 200 t，原油按60 美元/桶計算，經濟效益達356.28 萬元，此外減少清運費用82 萬元，減少老化油反復加熱的耗氣量約0.5×104m3。

表2 現場試驗結果

4 結論

1）老化油界面強度是普通油的3～5 倍，電位絕對值是普通油的2～3 倍，界面強度越大，電位絕對值越高，乳狀液越穩定，油水分離越困難。

2）老化油中雜質含量20%左右，雜質中無機雜質占15%左右，有機雜質占85%左右，各類雜質混合聚集形成微小顆粒，在顆粒與膠質瀝青質吸附一起后，致使油水界面膜黏彈性增加，阻礙了老化油破乳過程[16]。

3）室內實驗和現場試驗表明，采用熱化學脫水并加長破乳時間的處理方式可以達到破乳脫水的目的，從而有效處理老化油[17-20]。

4）及時處理老化油，可以減少老化油反復加熱的耗氣量。