孤六聯(lián)稠油脫水增效破乳劑試驗(yàn)研究

張巖 萬慧清 許浩偉 李云濤 初偉 王睿

1中國石化勝利油田分公司孤島采油廠

2中國石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院

3山東省稠油開采技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

近年來，隨著稠油開采規(guī)模逐步加大，孤六聯(lián)合站（孤六聯(lián)）稠油采出液油水分離問題日益突出，給實(shí)際生產(chǎn)帶來了極大的不利影響。一是原油黏度高、油水密度差值小（孤六聯(lián)進(jìn)站原油黏度高達(dá)2 860 mPa·s，原油密度0.978 0 g/cm3，油水乳化嚴(yán)重），油水分離效果差，原料油含水率高，造成脫水器運(yùn)行不平穩(wěn)，影響凈化油和外輸原油含水率指標(biāo)，特別是到了冬季來液溫度低，脫水更加困難，部分聯(lián)合站脫水溫度甚至要求達(dá)到80 ℃左右；二是稠油破乳難度增大，需要升溫至80 ℃以上進(jìn)行脫水，導(dǎo)致能耗大大增加；三是常規(guī)的聚氧乙烯、聚氧丙烯醚類非離子破乳劑藥劑[1]對(duì)稠油脫水速度偏慢，無法滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要。為了提高破乳劑在較低溫度下的脫水速度，研制一種破乳增效劑，并對(duì)破乳增效劑合成分子的碳鏈長度和原子官能團(tuán)進(jìn)行嚴(yán)格控制，形成性能良好的單劑[2]。根據(jù)不同原油的特點(diǎn)，與破乳劑進(jìn)行合理復(fù)配使用，發(fā)揮兩種藥劑的協(xié)同效應(yīng)，能夠快速提高破乳劑的脫水速度[3]，在55 ℃條件下提高破乳劑脫水速度1倍以上，大大降低了原料油含水率。在進(jìn)入電脫水器升溫之前分離出大量游離水，利用有限的熱量給更少的液量加熱，提高加熱效率，從而提高脫水溫度和破乳效果，也間接實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。

1 破乳增效劑制備

（1）合成原料及設(shè)備。原料包括改性淀粉起始劑、氫氧化鉀、環(huán)氧乙烷、芐基氯、有機(jī)胺等。設(shè)備包括不銹鋼高壓反應(yīng)釜、高位滴加罐、加熱系統(tǒng)、計(jì)量泵、真空系統(tǒng)等。

（2）生產(chǎn)流程。稱取一定量起始劑和一定量的固體氫氧化鉀投入高壓釜中，將高壓釜密封好并試壓[4]，用氮?dú)庵脫Q2～3次；然后開始攪拌，升溫至100 ℃，啟動(dòng)真空泵抽真空；當(dāng)溫度升至120 ℃時(shí)，停真空泵；打開進(jìn)料閥，利用氮?dú)鈮毫?chǔ)罐內(nèi)已稱量好的環(huán)氧乙烷逐漸壓入反應(yīng)釜中，進(jìn)料速度的控制以釜壓不超過0.4 MPa為準(zhǔn)，并保持反應(yīng)溫度130～140 ℃；進(jìn)料完畢后，持續(xù)加入芐基氯和有機(jī)胺，繼續(xù)保持反應(yīng)溫度反應(yīng)0.5 h降溫，出料得破乳增效劑（圖1）。

圖1 破乳增效劑制備流程示意圖Fig.1 Preparation flow diagram of demulsifier synergist

2 破乳增效劑評(píng)價(jià)

2.1 濃度評(píng)價(jià)

最佳濃度是指破乳效率最高時(shí)所對(duì)應(yīng)的破乳劑濃度。比較優(yōu)秀的破乳劑是指在破乳效率相同的情況下最佳濃度最低的破乳劑。考查破乳劑的好壞時(shí)，不僅要考慮破乳劑的最佳濃度，還要考慮經(jīng)濟(jì)效益問題。孤六聯(lián)過去使用的常規(guī)聚氧乙烯、聚氧丙烯醚類非離子破乳劑藥劑，對(duì)稠油脫水速度偏慢，無法滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要，（55 ℃，60 min脫水率≤50%，120 min脫水率≤80%），最終脫水率偏低（≤90%）（表1、表2）。

表1 油水分離實(shí)驗(yàn)Tab.1 Separation experiment of oil and water

表2 原油脫水實(shí)驗(yàn)Tab.2 Dehydration experiment of crude oil

開展破乳增效劑綜合性能測試，確定藥劑的適合加藥濃度[5]，以滿足孤六聯(lián)稠油采出液處理需求。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，加入破乳增效劑以后，脫水率大幅提高（表3）。

表3 不同增效劑濃度與脫水率關(guān)系Tab.3 Relationship between different synergists concentration and dehydration rate

2.2 破乳增效劑溫度評(píng)價(jià)

一般來講，破乳劑在一定的破乳濃度下，破乳效果隨著溫度的增加而提高，但從能量方面看，破乳劑的破乳溫度越低，耗能越少[6]，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）如果破乳溫度較低，原油中可能析出蠟晶、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)顆粒[7]，這些顆粒會(huì)對(duì)中間乳化層的形成產(chǎn)生促進(jìn)作用。所以選擇合適的破乳劑時(shí)，應(yīng)當(dāng)綜合考察脫水的各項(xiàng)指標(biāo)，并不是溫度越低其破乳效果越好，而是選擇出來的破乳劑要具有適當(dāng)破乳溫度。

（2）當(dāng)破乳劑具有較低的破乳溫度時(shí)，非離子型破乳劑會(huì)更多地溶解在水中，從而被分離出來的水帶走的破乳劑會(huì)更多[8]。

在不同溫度條件下對(duì)研制的破乳增效劑進(jìn)行功能測試，選擇適合的溫度降低原料油含水率，以減少加熱液量，提高脫水率（表4）。

表4 破乳增效劑的溫度敏感性評(píng)價(jià)Tab.4 Evaluation of temperature sensitivity of demulsifier synergist

2.3 破乳增效劑配伍性評(píng)價(jià)

原油的脫水率與破乳劑的用量并不是成正比。脫水率并不是隨著破乳劑用量的增加而提高，當(dāng)用量達(dá)到一定值時(shí)，脫水率并不會(huì)提高。篩選破乳劑時(shí)，必須考慮最佳用量[9]，此外還需考察不同原油對(duì)破乳劑的適用性。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)檢測，在55 ℃條件下，隨著破乳增效劑濃度增加，脫水率明顯提高，增加破乳增效劑濃度有利于脫水，但是超過一定濃度之后，再增加增效劑的比例，脫水率不再增加，趨于平穩(wěn)[10]（表5）。建議破乳劑與增效劑按照6∶4的比例復(fù)配投加，60 min脫水率即可達(dá)到90%以上，且隨著溫度的升高脫水率增加，同時(shí)脫水速度加快，脫出來水具有清晰的界面，脫水所需溫度比較低，可滿足現(xiàn)場生產(chǎn)要求。

表5 破乳劑與增效劑不同復(fù)配比例對(duì)脫水影響評(píng)價(jià)Tab.5 Evaluation of effect of different proportion of demulsifier and synergist on dehydration

3 現(xiàn)場應(yīng)用

目前孤六聯(lián)脫水工藝采用三段沉降、電化學(xué)脫水工藝，采出水處理為二級(jí)氣浮除油工藝。

孤六聯(lián)采出液處理工藝為：井排來液→三相分離器→原油一次沉降罐→原油二次沉降罐→脫水泵→換熱器→電脫水器→凈化油罐→外輸。

采出水處理工藝流程為：油站來水→一次除油罐→二次除油罐→一級(jí)氣浮→二級(jí)氣浮→外輸緩沖罐→外輸泵→注水站。

試驗(yàn)期間，將破乳劑與破乳增效劑在二次罐出口復(fù)配投加，通過初步升溫至55 ℃，將大部分水通過沉降罐沉降出來，大幅降低原料油含水率（圖2）。配合破乳劑“多點(diǎn)”加藥[11]，考察原料油含水率變化情況，及時(shí)根據(jù)現(xiàn)場條件對(duì)破乳增效劑加藥量進(jìn)行調(diào)整，確保聯(lián)合站生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行（表6）。

圖2 孤六聯(lián)加藥流程示意圖Fig.2 Flow diagram of dosing process in Guliu United Station

表6 孤六聯(lián)破乳增效劑現(xiàn)場實(shí)施方案Tab.6 Field implementation plan of demulsifier synergist in Guliu United Station

通過對(duì)試驗(yàn)方案和現(xiàn)場工藝流程進(jìn)行完善，反復(fù)考察了破乳增效劑對(duì)原油脫水影響的程度。充分考慮了解決采出水含油可能會(huì)對(duì)原油脫水帶來的負(fù)面影響，采取開始低濃度、小劑量調(diào)整的運(yùn)行模式。通過結(jié)合破乳劑的作用機(jī)理，細(xì)化了加藥工藝流程，實(shí)施了三相分離器運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化以及精細(xì)操作工藝管理等措施，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)整改，確保原油脫水不亂。

2019年1月在孤六聯(lián)合站實(shí)施投加破乳增效劑試驗(yàn)。加藥后2天，原料油含水率和脫水器電場沒有出現(xiàn)明顯變化，三相分離器出水水質(zhì)有所改善，化驗(yàn)出水含油質(zhì)量濃度為800～1 000 mg/L；繼續(xù)觀察2天，原料油含水率由32%降至19%。脫水器電場運(yùn)行正常，凈化油含水率由加藥前的2.9%左右降至2.4%，之后穩(wěn)定運(yùn)行20天以上，聯(lián)合站運(yùn)行平穩(wěn)，取得了較好效果。

運(yùn)行平穩(wěn)后，孤六聯(lián)的主要生產(chǎn)指標(biāo)見表7、圖3和圖4。

表7 試驗(yàn)前后孤六聯(lián)主要運(yùn)行指標(biāo)對(duì)比Tab.7 Comparison of main operation indexes of Guliu United Station before and after the test

圖3 孤六聯(lián)投加破乳增效劑含水率變化曲線Fig.3 Water content change curve of adding demulsifier synergist in Guliu United Station

圖4 孤六聯(lián)投加破乳增效劑含水率變化柱狀圖Fig.4 Water content change histogram of adding demulsifier synergist in Guliu United Station

4 結(jié)論

（1）投加破乳增效劑后，在55 ℃條件下提高孤六聯(lián)破乳劑脫水速度1倍以上，為提高孤六聯(lián)稠油脫水效率開辟了一條新途徑。

（2）投加破乳增效劑后，電脫水器的日處理液量由原來的1 600 m3/d降至目前的1 100 m3/d，減少約30%的無效加熱液量，保證了現(xiàn)場生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行。在70 ℃即可保證孤六聯(lián)正常運(yùn)行，外輸原油指標(biāo)優(yōu)于單獨(dú)投加破乳劑時(shí)指標(biāo)。

（3）破乳增效劑可以與破乳劑復(fù)配在二次罐出口投加，其與破乳劑配伍性好，施工方便，不影響現(xiàn)場平穩(wěn)生產(chǎn)。