海上油田清水劑評價研究

石華前，張 穎，邵顯華，張 震，孫伶俐，黃 孟，孫愛平

（中海油（天津）油田化工有限公司，廣東惠州 516086）

南海某油田海上設施包括遠端井口平臺和生產儲油輪（FPSO），產液通過生產井抽取至井口平臺，產液經過生產分離器初步油水分離后，原油外輸至生產儲油輪進行深度處理，含油污水則通過水力旋流器，脫氣罐處理后排海。每天有大量生產水排海，而僅僅通過平臺物理設備，生產水無法達標排放，往往通過加注破乳劑和清水劑等化學藥劑共同處理達標后排海。某平臺由于增產提液，在現有的生產工況下，外排水無法達標排放，需對化學藥劑進行升級優化。鑒于此，對在用的清水劑進行優化，以期評選出效果更優的產品。

1 試驗方法

1.1 清水劑評選方法

本試驗過程中，評價方法參照SY/T 5797—1993《水包油乳狀液破乳劑使用性能評定方法》和中國海洋石油總公司企業標準Q/HS 2020—2004《原油破乳劑質量檢驗方法》[1-2]，根據現場工況和試驗的可實施性對標準進行部分微調。具體評選步驟如下：

（1）向洗凈的玻璃瓶中分別加入要評選的清水劑，并記錄瓶號；

（2）在上述玻璃瓶中加入現場未加清水劑的油水樣（BS&W＞90%）；

（3）迅速將其平行搖動50 次，讓藥劑混合均勻；

（4）靜置，觀察絮團上浮速度（快：A+、A、A-；一般：B+、B、B-；慢：C+、C、C-）、油水界面（齊：A+、A、A-；一般：B+、B、B-；差：C+、C、C-）、水色（清：A+、A、A-；一般：B+、B、B-；差：C+、C、C-）變化情況等現象并記錄；

（5）評選出效果較好的清水劑與在用破乳劑進行配伍性試驗，考察二者配伍后對脫水性能以及清水性能的影響。

1.2 試驗儀器、設備

（1）玻璃瓶：100 mL，500 mL；

（2）恒溫水浴：TW-12 水浴（德國JULABO），控溫精度±1 ℃；

（3）微量移液器：0.5～10 μL，20～200 μL；

1.3 樣品信息

評價試驗中，對比了聚丙烯酸酯、DTC、無機高分子絮凝劑和聚丙烯酰胺乳液4 種不同類型的清水劑產品，產品類別（見表1）。

表1 各種清水劑產品類型

2 試驗結果

2.1 不同藥劑的清水性能對比

由于油田現場油水樣自由分離速度較快，評價試驗時，玻璃瓶中加入清水劑后，直接接取現場管匯處油水樣，蓋好瓶蓋后，迅速振蕩，并觀察記錄。Q-101A 為在用清水劑，油田現場水溫為82 ℃。其評價結果（見表2、圖1、表3、圖2）。

圖2 清水試驗圖片

表3 清水劑性能評價表

圖1 清水試驗圖片

表2 清水劑性能評價表

通過清水劑評價可知，評價效果較好的樣品有HQ-21，HQ-38，HQ-41，HQ-44，該4 個樣品均為DTC類的產品，其他類型產品效果均不佳。HQ-40，HQ-42和HQ-43 為無機鐵鋁鹽，該類產品有較好的水溶性，溶于水后，鐵鋁鹽發生水解，形成帶有較高正電荷的水合金屬氫氧化物，而產液中的油滴或膠粒一般帶負電荷，故而產生電中和吸附作用。當這些陽離子高分子繼續水解形成氫氧化物沉淀時，它們就像多孔的網一樣將水中的膠粒和懸浮顆粒連帶一起捕集清掃，形成絮狀物沉于水底或浮于水面。該類藥劑只有在高濃度的條件下才有較好的絮凝清水作用，由于本試驗加注濃度只有10 mg/L，其吸附電中和的功效不明顯，故其清水效果不佳。

HQ-08，HQ-09，HQ-10 和HQ-14 為聚丙烯酸酯，該類產品一般為陰離子型產品，與產液中油滴或膠粒帶有相同電荷，不能形成電中和作用，所以其清水效果不佳。

HQ-23 和HQ-37 為聚丙烯酰胺乳液型產品，該類產品一般分子鏈較長，相對分子質量較大。在該類產品加入產液之前，產液中的油滴與油滴之間，膠粒與膠粒之間并不直接接觸，該類產品溶于水后，分子鏈逐漸展開，分子鏈上的各種官能團與產液中油滴或膠粒通過各種物理化學作用吸附在一起，如范德華引力、靜電引力、氫鍵、配位鍵等，油滴或膠粒通過長鏈高分子的穿針引線聚集在一起，形成更大的油滴或膠粒，最后沉于水底或浮于水面，達到油水分離的目的。在該試驗中，該類產品吸附架橋絮凝作用明顯，形成的絮體較大，上浮快，但破乳除油不徹底，導致處理后水中含油較多，另外，該類產品溶解速度較慢，不能迅速形成吸附架橋作用，所以導致其清水效果不佳。

HQ-21，HQ-38，HQ-41 和HQ-44 均為二硫代氨基甲酸鹽類產品，該類產品溶解性很好，溶于水后，分子立即擴散開來，產品中的硫離子與產液中的Fe2+迅速形成配合物，而Fe2+具有良好的電中和及吸附作用，在水里攪拌條件下形成絮體，絮體在攪拌過程中吸附大量分散油滴并不斷長大，從而達到除油的目的[3-6]。不同的有機胺制備的二硫代氨基甲酸鹽其清水除油效果不一樣，一般支網狀和高相對分子質量的有機胺制備的二硫代氨基甲酸鹽具有更好的除油效果。

綜上所述，通過評價，HQ-21，HQ-38，HQ-41 和HQ-44 具有更好的除油效果，下一步將考察其配伍性試驗。

2.2 清水劑與破乳劑的配伍性試驗（脫水率）

評選的清水劑在應用于油田現場前要進行多方面的考察，與在用產品的配伍性是很重要的一方面，本試驗中將考察其與在用破乳劑的配伍性。試驗中，在各脫水瓶中加入不同清水劑和同一濃度的破乳劑，加入油水樣后考察脫水效果。試驗溫度為82 ℃，油水樣體積60 mL，含水率60%。結果（見表4、圖3）。

圖3 清水試驗圖片

從表4 中數據可知，在用的破乳劑和清水劑配伍性良好，其二者配伍后，脫水速率基本沒有影響，評選出的清水劑HQ-21 和HQ-38 與在用破乳劑P-20 配伍時，40 min 脫水量達到36 mL，脫水基本完畢，其脫水速率與在用產品相當。而HQ-41 和HQ-44 與破乳劑配伍時，40 分鐘脫水量只有10 mL 和15 mL，嚴重影響脫水效果。所以，通過配伍性評選，效果較好的樣品只有HQ-21 和HQ-38。

表4 破乳劑與清水劑配伍脫水試驗

2.3 清水劑與破乳劑的配伍性試驗（水質）

配伍性試驗在考察了脫水速率的同時，還需考察其配伍性的水質。本試驗中，在500 mL 玻璃瓶中同時加入破乳劑和清水劑，取管匯產液，搖晃后進行觀察，結果（見表5、圖4）。

表5 清水劑性能評價表

圖4 清水試驗圖片

試驗結果表明，HQ-21 和HQ-38 分別與破乳劑配伍后，HQ-38 的水質更好，表現為油珠上浮速度快，界面清晰，水色更透亮，而HQ-21 的表現為油珠上浮速度較慢，油水界面不齊，水色不如在用清水劑Q-101A。由此可見，HQ-38 與破乳劑的配伍性較好，HQ-21 的配伍性不佳。

3 結論

本文針對南海某海上油田增產提液，外排水OIW超標問題，對在用清水劑進行重新優化評選。通過對4類清水劑共計14 種產品進行初評，結果顯示，聚丙烯酰胺乳液、無機高分子絮凝劑和聚丙烯酸酯清水效果均不佳，只有DTC 類產品具有較好的清水劑效果。評選出效果較好的DTC 清水劑為HQ-21，HQ-38，HQ-41 和HQ-44，再將這些樣品與破乳劑進行配伍性試驗，結果顯示，只有HQ-38 的配伍性較好，其脫水率與在用產品相當，水質優于在用產品。