梁金祿，焦淑菲，方麗萍，尹艷鎮(zhèn)，鐘瑩瑩

（欽州學(xué)院，廣西 欽州 535000）

常規(guī)原油剩余儲量的減少，迫使各國加快開發(fā)稠油資源；但在稠油開采中遇到降凝、降粘、破乳脫水、外輸?shù)入y度加大的技術(shù)難題，尤其是各種工藝技術(shù)之間的相互作用和影響，解決好稠油破乳脫水難題是其中關(guān)鍵一環(huán)。研究和技術(shù)人員經(jīng)過大量努力，攻克了非洲某高含蠟稠油開采后經(jīng)過降凝、降粘處理后的破乳脫水難題，對中國石油公司今后在此地油田開發(fā)事業(yè)的二期、三期及長遠發(fā)展壯大具有重要的戰(zhàn)略意義。

1 原油及采出液特征

非洲某油田現(xiàn)處于開發(fā)初期，采出液綜合含水率約為3.5%，該區(qū)塊稠油的突出特點是采出水礦化度高，原油含蠟量高，凝固點高，粘度高（表1、表2），某些單井的原油含蠟量高達62%，容易析蠟或因粘度過高造成井筒蠟堵，給油井管理帶來較大難題。即使在全年平均地表溫度29℃下，原油的粘度也高達1000mPa·s（圖1），甚至?xí)斐刹沙鲆杭數(shù)墓艿拦收稀，F(xiàn)場通過添加適當(dāng)降凝劑和降粘劑來減緩問題，但卻增加了后續(xù)對采出液破乳脫水的難度，使用國內(nèi)常見破乳劑無法達到原油合格外輸標(biāo)準(zhǔn)，且脫出污水的含油率也不達標(biāo)。此外，該區(qū)塊采出水礦化度較高，在一定程度上，對破乳劑作用的發(fā)揮也造成影響。

表1 該稠油區(qū)塊部分特征參數(shù)

表2 該區(qū)塊稠油部分物性特征（常溫25℃下）

圖1 該區(qū)塊稠油粘溫曲線（測試儀器Brookfield 流變儀）

2 表面活性劑體系的室內(nèi)研制

2.1 實驗方法

2.1.1 降凝降粘稠油采出液體系配制

采出液直接取自進聯(lián)合站后破乳劑加藥點之前，及時送達實驗室進行破乳脫水實驗，實驗用樣前搖勻，以便具有代表性，使得實驗狀況盡量跟現(xiàn)場狀況一致，減少實際現(xiàn)場應(yīng)用中與實驗結(jié)果的差異。

2.1.2 降凝降粘稠油采出液體系化學(xué)破乳實驗

室內(nèi)篩選不同配方破乳劑對上述2.1.1 的體系進行破乳脫水實驗，并使用瓶試法和穩(wěn)定性分析法進行效果分析評價。

（a）按照國標(biāo)SY/T 5281-2000《原油破乳劑使用性能檢測方法（瓶試法）》的方法和步驟，評價篩選出脫水速度和脫水率較好的配方。

（b）穩(wěn)定性分析法。使用法國Formulaction 公司的穩(wěn)定性分析儀Turbiscan?LAB Expert 對破乳劑的破乳效果進行測試分析；其主要測試原理依據(jù)是米氏理論和多重光散射原理，通過對乳狀液體系進行掃描分析（圖2），定量得出乳狀液體系脫水速度、脫水量及定性分析脫出水含油率[1-4]。

圖2 Turbiscan 測試原理示意圖

2.1.3 破乳效果的含水率和含油率評價

（a）使用瑞士梅特勒-托利多（METTLER TOLEDO）公司的卡爾費休水分滴定儀，測定稠油乳狀液破乳后的凈化油含水率。（b）使用紫外分光光度計測定稠油乳狀液破乳后的脫出污水含油率。

2.2 實驗結(jié)果分析與討論

2.2.1 瓶試法結(jié)果與討論

圖3 不同破乳劑的破乳脫水效果對比

（1）選出效果較優(yōu)的破乳劑。經(jīng)過對目前各油田現(xiàn)場常用的稠油破乳劑及其適用性進行分析比較，選出效果較好的幾種（AP221、M-501、AE9901、TA1031、SP169、SAE、AR101 等），加上自制破乳劑產(chǎn)品DH，進行室內(nèi)初選實驗；結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有DH 和AR101 破乳劑效果尤為突出顯著（圖3）；DH 脫水量雖然比AR101 少一些，但是其脫出水較清澈，雖然TA1031 脫出水也清澈，但是脫水率太小，不到80%。因此，經(jīng)過綜合考慮后，選取DH、AR101 和TA1031 進行下一步的復(fù)配，以便得到優(yōu)異配方，提高整體破乳脫水效果。

發(fā)現(xiàn)，這2種破乳劑均具有相同的烷基酚聚醚部分，使得破乳劑的親水能力大為增強，溶解和擴散加快，迅速達到油-水界面，通過吸附和電中和作用，親油基團快速與稠油顆粒結(jié)合，取代油-水界面膜上的原油乳化劑成分，破壞原界面膜的結(jié)構(gòu)，并促使界面膜破裂，達到破乳脫水的良好效果。而DH破乳劑高分子具有高分支結(jié)構(gòu)，可形成微網(wǎng)絡(luò)，并容納脫出的石蠟微晶，阻止其相互聚集變大，從而阻止了油相的粘度和凝固點的升高，因此，破乳脫水過程較快[5-6]。

（2）選出合適的破乳劑用量。經(jīng)過大量實驗，選用DH、AR101 和TA1031 進行多次復(fù)配，得出效果優(yōu)異的破乳劑體系DH-fp，并對其進行一系列濃度優(yōu)化實驗，發(fā)現(xiàn)其用量達到50 mg·L-1后，在55℃下脫水3h 后，即可使原油采出液體系脫水率超過95%（圖4）；而當(dāng)該破乳劑用量低到40 mg·L-1時，濃度太低，沒有足量的破乳劑分子充分布滿油-水界面膜，就不能完全擠兌乳化劑以及刺穿油-水界面膜，脫水率太低；但是，當(dāng)用量高于60 mg·L-1后，由于邊際效應(yīng)，該濃度已經(jīng)接近臨界膠束濃度cmc，會使得多余密集的破乳劑相互之間聚集成膠束，無法更好地破壞油水界面膜，反而不利于進一步提高脫水率；因此，合理的破乳劑用量為50mg·L-1。

圖4 DH-fp 在不同使用濃度和脫水溫度下的脫水率（脫水3h 后）

(3)選出合適的脫水溫度?？紤]到原油的析蠟點在43℃左右，初鎦點在68℃，因此破乳溫度較為合適的范圍為45～60℃。確定破乳劑的最佳用量后，再進行大量實驗確定合理的破乳溫度，既要滿足取得較高脫水效果，又要達到節(jié)能降耗效果。實驗發(fā)現(xiàn)破乳溫度從55℃降低到50℃后，脫水率降低顯著，從96%降低77%（圖4）；雖然破乳溫度從55℃提高到60℃，但脫水率僅從96%提高到97%，顯然能耗增加很多，得不償失。分析認(rèn)為，過低的脫水溫度，破乳劑分子活動較慢，滲透和破壞油-水界面膜的作用較弱，脫水效果差；過高的脫水溫度，反而容易導(dǎo)致破乳劑分子遭到破壞，甚至反相，達不到脫水目的。因此，確定破乳脫水溫度控制在55℃較為合理。

2.2.2 穩(wěn)定性分析法結(jié)果與討論

使用儀器附帶軟件Turbisoft Lab EXPERT 1.23，對測試得到的透射光與背散射光隨時間及高度變化的曲線進行軟件處理，可計算出粒子的移動速率，能快速分析乳狀液體系的破乳脫水、分相等現(xiàn)象，定量分析出脫水速率，并給出樣品的分散穩(wěn)定性參數(shù)，比較方便地連續(xù)監(jiān)測分散體系的穩(wěn)定性。

從圖5 可以看到，隨著脫水時間的延長，脫出水層的厚度在縱向上逐漸增加，在曲線上反映出來是曲線在向右側(cè)移動，表明脫出水與油層的分界面的高度在逐漸上升；從透射光強比的增加，判斷出水質(zhì)也在逐漸變清澈。而且，前期脫水較快，脫水率增加明顯，因為大顆粒較容易發(fā)生破乳脫水，脫水量較大；后期以水色變清澈為主，主要是小顆粒逐漸被絮凝、聚并，污水中的含油率越來越低。

對一系列不同破乳條件下的破乳體系進行穩(wěn)定性測試和分析，結(jié)果見表3。當(dāng)脫水率較低時（小于80%），會有1%～2%的差異，而脫水率高于86%以后，穩(wěn)定性分析法得到的脫水率測試結(jié)果與瓶試法的基本一致。

圖5 原油乳狀液體系穩(wěn)定性分析測試曲線

表3 瓶試法與穩(wěn)定性分析法的脫水率結(jié)果對比

2.2.3 凈化油含水率分析

使用卡爾費休水分滴定儀，對不同破乳條件下的凈化油的含水率進行測試分析。從實驗結(jié)果來看，在55℃下脫水3h 后，破乳劑DH-fp 的用量達到50 mg·L-1以上，凈化油中含水率即可小于0.5%（圖4），達到國家脫水后原油外輸標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 不同DH-fp 用量條件下的凈化油中含水率（55℃下脫水3h）

2.2.4 脫出污水含油率分析

用紫外分光光度計對脫出污水的含油量進行測試分析。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低溫時（小于50℃下脫水）脫出污水的含油率較高（高于500mg·L-1）；而溫度升高到55℃下脫水，在破乳劑用量達到50mg·L-1時，脫出污水的含油率可以降低到200mg·L-1；后續(xù)只要加少量濃度（約20×10-6）的絮凝清水劑，就可以降低污水含油率，滿足低于50mg·L-1的外排要求。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

該油田區(qū)塊原油采出液集輸?shù)铰?lián)合站采用密閉脫水工藝流程，經(jīng)過三合一臥式罐進行一段熱-化學(xué)脫水后，進入3萬m3的沉降罐進行熱-化學(xué)-重力沉降，實現(xiàn)油水最終有效分離，合格原油外輸，脫出污水經(jīng)過處理后外排。

表5 不同加藥量下現(xiàn)場脫水效果

經(jīng)過投產(chǎn)后約7d 的現(xiàn)場加藥調(diào)試磨合，在采出液綜合含水率為5%范圍內(nèi)（投產(chǎn)初期），加熱爐脫水溫度控制在55℃之上，使用DH-fp 破乳劑，當(dāng)破乳劑用量較少（40mg·L-1）時，達不到破乳脫水合格標(biāo)準(zhǔn)（表5）；經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用證實，保持破乳劑添加量50mg·L-1，沉降罐出口原油均符合外輸標(biāo)準(zhǔn)，底端污水出口的污水含油量為420 mg·L-1，經(jīng)過后續(xù)添加少量絮凝清水劑（約30×10-6）處理后，即可以達到低于50mg·L-1的污水外排標(biāo)準(zhǔn)。總體上來看，現(xiàn)場應(yīng)用效果與實驗室的效果差別極少，主要是實驗樣品處理得當(dāng)，雖然現(xiàn)場脫出污水含油率比實驗的高，這可能是采出液夾帶有其它微小懸浮顆粒和其它難溶成分導(dǎo)致的。

4 結(jié)語

針對含蠟量高達60%、析蠟點高達43℃的稠油開發(fā)，需要添加適當(dāng)降凝降粘劑以改善原油采出液流動性，但對其采用已有的常用化學(xué)破乳劑脫水效果欠佳，經(jīng)過我們大量的室內(nèi)實驗和研究，用自制破乳劑DH，加上篩選和復(fù)配，得出適用于此類原油采出液的高效化學(xué)破乳劑DH-fp，并且在現(xiàn)場中應(yīng)用熱-化學(xué)脫水也取得優(yōu)異效果。添加較少用量的DH-fp（50mg·L-1），在55℃下脫水3h，達到97.5%的脫水率，且凈化油含水率達到低于0.5%的外輸標(biāo)準(zhǔn)，且脫出污水含油率較低（420 mg·L-1），再經(jīng)后續(xù)清水劑作用，污水達到外排標(biāo)準(zhǔn)，整體取得較優(yōu)的綜合效果。實驗過程中除了使用常規(guī)的瓶試法進行破乳脫水效果評價之外，還采用了先進的自動化檢測方法——穩(wěn)定性分析法來進行效果評價，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其與瓶試法結(jié)果大體一致，卻大大節(jié)約了工作時間，提高評價效率，減少瓶試法評價的人為誤差，預(yù)計該法今后可能會取代繁瑣復(fù)雜、費時費力的瓶試法。

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