高乳化陈旧原油脱水困难的影响因素分析刘琴

石油石化节能刘琴等：高乳化陈旧原油脱水困难的影响因素分析第8卷第9期高乳化陈旧原油是指油水乳化严重且放置时间相对较长的原油。集输系统内的高乳化陈旧原油主要有三个来源：一是从脱水转油站内污水沉降罐上部回收的污油；二是从污水处理站除油罐回收的污油；三是从污水处理站过滤罐反冲洗后进回收水池内回收的污油。这部分原油进入联合站脱水处理系统后，往往会导致电脱水装置出现频繁跳闸，甚至垮电场，造成脱水电场运行不平稳，给生产管理带来很大的问题。因此，需从形成机理上进行研究，据此制定出相应的处理工艺及技术。1高乳化陈旧原油脱水困难的关键影响原因大庆油田在以往的现场试验中进行了大量的研究来寻找影响高乳化陈旧原油难处理的原因，取得了许多认识。我们通过大量的现场试验跟踪，根据大量的室内原油评价测试，找到了影响高乳化陈旧原油难处理的两个关键原因。1.1高乳化高乳化是增大原油处理难度的关键原因之一。高乳化是增大原油处理难度的关键原因之一。这其中包括三个方面的因素：一是FeS（或Fe化合物）的存在是增大原油的乳化强度，二是高乳化陈旧原油杂质含量较高，增强了原油的稳定性，三是固体颗粒与沥青质吸附在一起，增大了原油的稳定性。原油中若含有较多的金属离子，杂质较多，导电性强，经过泵叶轮的搅拌就容易形成乳化液。乳化液中含有铁的硫化物，其密度介于油水之间，使油水乳状液趋于稳定。固体杂质则进一步增强了原油的稳定性，胶质、沥青质的存在又使原油的界面膜进一步增台，从而增大了原油的处理难度。1）FeS（或Fe化合物）的存在是增大原油的乳化强度。FeS主要是硫酸还原菌所产生的H2S腐蚀油井和地面设备的产物[2]。根据乳状液的稳定机理，胶态FeS颗粒沉积在油水界面上形成紧密排列的刚性界面膜，阻止水珠之间的聚并和水滴与水相之间的融合，使油水乳状液趋于稳定化，加大脱水的难度。这种稳定作用一般以两种方式实现：吸附在油水界面上或分散在水滴之间。FeS颗粒和由其稳定的乳化原油在污水沉降罐、除油罐等部位大量富集，影响了生产管理。将高乳化陈旧原油样品通过离心后得到固体颗粒，经超声波水浴处理，使胶态FeS颗粒的聚集体破碎，再采用激光粒度仪检测出粒度分布情况，测试结果见表1、图1。表1高乳化陈旧原油FeS粒径分布表单位：μm样品宋一联高乳化陈旧原油朝一联高乳化陈旧原油榆二联高乳化陈旧原油D[4,3]33.1045.3718.58D[3,2]10.539.016.37D[v,0.1]5.713.802.63D[v,0.5]27.3124.6014.79D[v,0.9]67.06115.6840.39除此之外，FeS颗粒以及其他固体颗粒等进入脱水系统后，造成沉降罐内油—水中间过渡层加厚，占用沉降罐的有效容积，对罐内油的上浮和水、固体颗粒的下沉运动起到屏障作用，使分离速度变慢，降低有效沉降时间，分离效果变差，影响高乳化陈旧原油脱水困难的影响因素分析刘琴姚洪英冷冬梅周继芊（大庆油田工程有限公司）摘要：针对大庆油田高乳化陈旧原油由于成分复杂，进入采出液处理系统后，易造成脱水电场运行不平稳等生产问题，在大量室内实验的基础上，确定了影响高乳化陈旧原油难处理的关键原因，由于FeS（或Fe化合物）的存在，以及杂质含量高并与固体颗粒和沥青质吸附在一起致使原油出现了高乳化；原油在系统中停留时间长，轻组份过于挥发，形成陈旧原油。并据此提出了高乳化陈旧原油有效处理工艺，在现场应用后取得了较好的节能效果。关键词：高乳化陈旧原油；脱水困难；影响因素；现场验证DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2018.09.012第一作者简介：刘琴，高级工程师，2002年毕业于大庆石油学院（石油工程专业），从事三次采油科研及设计工作，E-mail：[e-mail]，地址：黑龙江省大庆市大庆油田设计院集输工艺研究室，163712。36管理·实践/Management&Practice石油石化节能正常生产原油脱水，对脱水系统造成不利影响。这种乳化液中含有铁的硫化物密度介于油水之间，很难分层，在容器中主要存在于油水界面之间，积累到一定程度后就会引起脱水电场强烈放电，油水进入污水沉降罐，再次收油又会进入电脱水器，形成恶性循环。图1老化油胶态FeS粒径分布图2）高乳化陈旧原油杂质含量较高，增强了原油的稳定性。高乳化陈旧原油内的固体杂质主要来源于集输过程中残留的金属硫酸盐类、胶态硫化亚铁粉粒等物质[3]，经过长期积存，形成许多微小的固体颗粒，与沥青质相吸附，共同存在于油水界面上，它能够进一步增强胶质、沥青质降低界面张力的能力。当固体颗粒与沥青质含量达到一定的比例和浓度时所形成的油水乳状液具有很高的稳定性。抽取高乳化陈旧原油中的固体杂质，反复用石油醚冲洗，待收集的石油醚完全挥发后，留下的胶状成分就是有机质，未溶解的杂质是无机质，将固体无机质杂质研磨成细粉末，使用X射线衍射的方法对无机质的成分进行精确测定。测试结果见表2。表2高乳化陈旧原油杂质组成表类别总杂质占油样质量分数/%无机质占总杂质质量分数/%有机质占总杂质质量分数/%油中不溶固体含量/%榆二联事故罐高乳化陈旧原油18.5586.5913.4116.06朝一联污水沉降罐高乳化陈旧原油48.8881.9518.0540.06宋一联回收水池高乳化陈旧原油12.8769.7330.278.97从表2可知，高乳化陈旧原油中杂质成份主要以无机质为主。原油中携带的污泥等机械杂质带有一定的负电性，它们吸附在油水界面上，可使原油的乳化颗粒带电，导致了常用的非离子型破乳剂对其作用不大，使乳化膜不易破裂，阻碍了水滴的聚结沉降。3）高乳化陈旧原油中易于吸附固体杂质的胶质含量较高，增大了形成固体杂质的机率。原油中的胶质、沥青质等带有强极性基团，表面活性高，吸附在油水界面，可形成高弹性的界面膜。胶质、沥青质含量越高，油水界面膜强度越大，乳状液也越稳定[4-5]，典型高乳化陈旧原油原油胶质、沥青质测试数据见表3。从表3可以看出，高乳化陈旧原油的沥青质含量与常规原油相比没有大的差异，但胶质含量却高于常规原油。这些胶质物质与固体机械杂质一起，吸附在油水界面上，降低界面张力，增强高乳化陈旧原油的乳化性能。而且，这些物质同菌胶团构成了粘稠状物质夹带水分，无机铁盐及硫化物溶于水相中，使高乳化陈旧原油能够形成稳定的乳状液，增大了脱水的难度。1.2陈旧新鲜的原油从井口采出后，经转油站进行气、液分离，再集输至联合站进行油水分离，原油处理的难度较小。从脱水系统的污水沉降罐、污水处理系统的沉降除油罐等容器中回收的油，由于在系统中停留时间较长，轻组份过于挥发，油水乳化严重，乳化颗粒已老化，不易破乳，极易形成稳定的乳状液[6-7]，从而变成高乳化陈旧原油，处理困难。由于无法找到典型站污水沉降罐清罐后进行常规原油老化试验的现场，只能模拟在常温、敞口条件下，对现场取的常规原油进行放置老化试验，在不同的放置时间，对试验样品进行原油性质测试。测试结果表明（表4），随着原油存放时间的延长，原油轻组份挥发变成陈旧原油，会增大原油处理难度，主要包括三个方面的原因：一是轻组份减少，盐、胶质等含量呈增加的趋势；二是蜡、硫等含量均高于常规原油；三是凝点和密度略高于常规原油；四是原油馏程回收百分数低于常规原油。从表4可以看出，随着常规原油放置时间的延长，一是轻组份减少，盐胶质等含量增加的趋势；表3典型高乳化陈旧原油胶质、沥青质测试对比表检测项目胶质含量/%沥青质含量/%朝一联污水沉降罐高乳化陈旧原油10.10.05新鲜原油8.50.05榆二联事故罐高乳化陈旧原油14.70.05新鲜原油8.50.05宋一联回收水池高乳化陈旧原油15.20.10新鲜原油9.80.05杏13－1联污水沉降罐高乳化陈旧原油8.20.10新鲜原油8.00.05中十六联事故罐高乳化陈旧原油12.60.05新鲜原油8.60.0537石油石化节能刘琴等：高乳化陈旧原油脱水困难的影响因素分析第8卷第9期二是蜡、硫等含量均高于常规原油；三是凝点和密度略高于常规原油；四是原油馏程回收百分数低于常规原油。反映出原油轻组份挥发变成陈旧原油，会增大原油处理难度。2现场试验及效果针对回收油，推荐采用热化学沉降连续收油工艺，新建单独设备或对现有利旧设备进行改造。在南四联合站和中105联合站开展了验证试验，试验结果表明，处理后油中含水能够达到0.5%以下，水中含油能够达到1000mg/L以下。针对高乳化陈旧原油，推荐采用热化学沉降工艺，新建单独设备或对现有利旧设备进行改造。在聚中16联合站和朝一联合站开展了验证试验。试验结果表明，处理后油中含水1.8%～3.5%，水中含油低于1000mg/L。当原油机械杂质含量较高时，推荐采用离心加热化学处理工艺。在朝一联合站开展了验证试验，试验结果表明，存放了1年的高乳化陈旧原油，来液含水10%以内，处理温度65℃，破乳剂加入量40mg/L，通过两级分离后，油中含水低于6%，对其采用热化学沉降，沉降温度70℃，沉降时间1h内，油中含水降至0.41%。在沉降温度65℃，沉降时间18h，油中含水降至0.47%以下。采用推荐的工艺、设备、技术方法可以提高污油的回收率，减少了系统内整体原油处理温度及加药量，产生了节省天然气、节约处理药剂费用，合计2868.9万元。3结论1）通过实验研究表明，高乳化和陈旧是增大原油处理难度的两大关键原因。随着常规原油放置时间的延长，轻组分减少，馏程回收百分数减少。随着时间的推移，油水乳化严重，处理难度增大。2）针对影响高乳化陈旧原油难处理的关键原因，推荐以下两种高乳化陈旧原油的有效处理工艺：一是针对高乳化的特点，采用热化学处理工艺或者离心加热化学联合处理工艺；二是针对原油轻组份挥发变成陈旧原油的特点，采用热化学沉降连续收油工艺，新建单独设备或对现有利旧设备进行改造，以提高收油效果。3）针对不同性质的原油，在开展了现场验证后，取得了2868.9万元的节能效果。参考文献：[1]陈霞，李杰训.油水中间过渡层的预防及处理技术[J].油气田地面工程，2002，21（5）：51-53.[2]吴迪.胶态FeS颗粒在电脱水器油水界面上的沉积与防治[J].油田化学，2001，25（5）：317-319.[3]王洪国.辽河高乳化陈旧原油物性分析及脱水技术研究[J].当代化工，2012，41（3）：242-246.[4]聂建波，黄万抚.乳状液破乳机理研究进展[J].江西有色金属[J].2004，18（2）：38-40.[5]杨小莉，陆婉珍.有关原油乳状液稳定性的研究[J].油田化学，1998，15（1）：87-95.[6]杨帆.大庆油田高乳化陈旧原油性质[J].油气田地面工程，2013，32（1）：104-105.[7]李清作.老化油集中处理的工艺探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2009（61）：65-66.收稿日期2018-05-10（编辑沙力妮）表4常规原油不同老化时间原油性质对比测试时间2014年8月2014年10月2014年11月2014年12月2015年6月2015年12月2016年6月2016年9月酸值/(mg·g-1)0.10.10.10.10.10.10.20.2硫含量/%0.1120.1100.1140.1130.1130.1130.1140.114盐含量/%0.0030.0090.0060.0320.0320.0350.0380.038蜡含量/%28.731.929.130.229.430.231.532.2胶质含量/%7.522.111.913.213.213.514.014.0沥青质含量/%0.05〈0.050.100.050.050.100.100.05氮含量/(mg·kg-1)8351257154718541735181818321919凝点/℃3434353535383838灰分/%0.0020.0020.0050.0020.0030.0030.0030.005残炭/%1.331.452.123