李志國孫森張建軍劉婷

（1.中國石油新疆油田公司風城油田作業(yè)區(qū)；2.中國石油新疆油田公司石西油田作業(yè)區(qū)）

超稠油污油熱化學處理技術應用研究

李志國1孫森1張建軍1劉婷2

（1.中國石油新疆油田公司風城油田作業(yè)區(qū)；2.中國石油新疆油田公司石西油田作業(yè)區(qū)）

通過對新疆油田風城超稠油污油物性的分析及對污油中膠質、瀝青質和固體顆粒雜質等物質的含量和乳化形態(tài)的分析，找出難破乳的主要原因，在污油傳統(tǒng)處理工藝基礎上，結合風城污油的特點，進行現(xiàn)場處理工藝技術的實驗研究，最終確定“有機弱酸破乳劑體系下的摻柴和熱化學沉降”處理技術可以有效解決超稠油污油的處理難題，結果表明：在摻柴油比例15%、加藥濃度1500mg／L、溫度95℃的條件下能夠將污油合格處理，處理后含水小于1.5%。

超稠油；污油；破乳；酸化

0 引 言

新疆油田風城超稠油采出液具有“含砂高、黏度高、密度高”的特點，大量不易分離的粉砂和泥質附在原油中，其乳化穩(wěn)定性強，處理難度大，隨著SAGD（蒸汽輔助重力泄油技術）采出液的增加，污油產(chǎn)量越來越多，油質也將越來越差，外運成本高。因此，經(jīng)濟有效地處理污油已成為迫切需要解決的問題。

1 污油處理工藝及運行狀況

1.1 污油處理工藝簡介

風城油田1＃超稠油處理站每天產(chǎn)生污油量約200m3，污油處理流程見圖1。站區(qū)污油經(jīng)摻蒸汽、加藥、摻柴油后進入污油處理罐，經(jīng)熱化學沉降處理后合格污油與管匯凈化原油混合外輸，過程中產(chǎn)生的污水排進污水池。

圖1 風城稠油聯(lián)合站原油處理工藝流程

1.2 污油處理現(xiàn)狀

截至2014年，風城油田處理污油累計93000t，交給外單位處理污油累計23800t（以上污油均含水40%），污油處理費為185元／t，累計費用約為440萬元。聯(lián)合站自行處理污油的速度小于污油的產(chǎn)生速度，將剩余污油交給外單位處理將支付高額的處理費用。因此，優(yōu)化處理藥劑，提高污油處理速度是解決污油處理難題的關鍵［1］。

2 超稠油污油穩(wěn)定機理分析

2.1 超稠油污油物性分析

超稠油污油的非烴（膠質和瀝青質）含量較高，如表1所示，膠質的表面活性不強，但乳化能力強；瀝青質的表面活性最弱，但乳化能力最強。瀝青質和膠質以膠體狀態(tài)存在于原油之中，膠質之間存在著雙電層，從而增加了破乳難度。污油中固體雜質在污油中含量占0.135%，主要為地層黏土礦物。污油黏度、膠質、瀝青質、泥砂含量均高于管匯原油。為降低污油黏度促進脫水，污油處理過程必須保證足夠溫度［2］；泥砂等細小顆粒具有極強的吸附性，是重要的乳化劑，在油水界面形成剛性結構且增加界面膜的厚度，油水界面上的黏土顆粒還帶有負電荷，使污油乳狀液保持動力學穩(wěn)定狀態(tài)，進一步增加乳狀液穩(wěn)定性。膠質、瀝青質和泥砂等雜質是造成污油難破乳的重要因素［3］。

表1 超稠油污油物性分析

2.2 顯微觀測污油乳化型態(tài)

通過觀測污油上、中、下三層的顯微照片和放大后污油的顯微照片，發(fā)現(xiàn)老化油呈明顯的油包水型乳化形態(tài)，老化油樣品中水珠粒徑分布范圍小，約為5～35μm；通過對水珠局部放大，可以明顯的觀察到油水界面有一圈黑色物質，膜厚約為15μm，黑色物質是老化油中的固體雜質，且固體雜質含量較多，說明雜質易富集在油水界面上形成較厚的界面膜［4］。

2.3 SAGD采出液對污油穩(wěn)定性的影響

SAGD采出液進入原油處理系統(tǒng)后污油物性發(fā)生了較大變化，如表2所示。SAGD采出液進入系統(tǒng)后，污油含水上升，密度增大，油面明顯不光滑，表明雜質含量增多，進一步增加了乳化液穩(wěn)定性。

表2 SAGD采出液進入系統(tǒng)前后污油物性

2.4 污油穩(wěn)定機理探討

風城超稠油污油中膠質含量較高，且有大量固體雜質，膠質、瀝青質、固體顆粒及水處理過程中加入的反相破乳劑是造成污油難破乳的主要原因，其中污油里的雜質是影響破乳脫水的最關鍵因素，因界面膜上雜質帶有負電荷，ζ電位為-30～-10mV，形成動力學穩(wěn)定狀態(tài)，所以污油破乳脫水的前提是脫除其中的雜質［5］?；瘜W破乳就是根據(jù)污油特性，優(yōu)選出能有效脫雜的助劑，同時研制出針對污油物性的破乳劑，即“破乳劑+助劑”的藥劑體系。

3 污油熱化學處理藥劑體系的研究

3.1 污油脫雜助劑

單一破乳劑并不能夠對污油進行單獨處理，因此考慮在破乳劑中添加助劑，脫去固體顆粒雜質從而實現(xiàn)污油破乳脫水的目的。

3.2 污油熱化學處理藥劑體系的研究

本實驗選用8種助劑與優(yōu)化后的破乳劑配合使用，在85℃溫度下檢測脫水效果，結果如表3所示。無機酸與破乳劑配合使用時，脫水效果好，下層水相較清，底部有較多雜質沉降，表明無機酸與破乳劑配合使用對污油有較好的破乳效果，這是由于無機酸中和了界面雜質攜帶的負電荷［5］，通過脫雜脫穩(wěn)達到破乳脫水目的。

表3 破乳劑與助劑配合使用的脫水效果

3.3 有機酸對污油的破乳效果

因無機酸容易對設備造成腐蝕，腐蝕速率為0.3762mm／a，所以考慮“有機酸+緩蝕劑”是否具有同樣的破乳效果，對比結果見表4。加入助劑后5h后，無機酸脫水效果較好，但改進后的“有機酸+破乳劑+緩蝕劑”的藥劑體系脫水脫雜效果也十分明顯，且腐蝕速率為0.065mm／a，比無機酸小很多，同時低于SY／T5329—2012《碎屑巖油藏注水水質指標及分析方法》中腐蝕率0.076mm／a的控制指標，因此確定“破乳劑+有機酸+緩蝕劑”為處理超稠油污油的藥劑體系。

表4 無機酸與有機酸酸化實驗對比

4 摻柴油降黏脫水現(xiàn)場實驗

摻柴油不僅能降低污油黏度，還能增大油水密度差，有利于脫水［6］。室內實驗證明摻柴比控制在污油處理量的15%時效果最佳。通過現(xiàn)場實驗驗證摻柴油效果，在摻柴油比例15%、加藥濃度1500mg／L、沉降時間4h、溫度95℃條件下進行，對摻柴油前后表層污油含水和黏度進行分析，結果見表5。從表5可看出，摻柴油后表層污油含水顯著降低，污油黏度也明顯變小，現(xiàn)場實驗證明了摻柴油對超稠油污油的降黏脫水效果。

表5 表層污油含水、黏度變化情況

5 污油處理現(xiàn)場實驗及工業(yè)化應用

5.1污油處理現(xiàn)場實驗

根據(jù)“有機弱酸破乳劑體系下的摻柴和熱化學沉降”處理工藝的實驗結果，進行污油熱化學單獨處理現(xiàn)場實驗。污油含水48.2%，加藥濃度為1500mg／L，摻柴油比例15%，污油溫度95℃，實驗結果見表6。從表6可看出，污油上、中、下層含水有一定梯度，隨時間延長不同層的含水不斷下降，證明污油中的乳化水已經(jīng)破乳聚結沉降。5d時，上部1m油層含水較少，脫雜效果良好，2m和3m油層中有大量的乳化水，4m油層主要是游離水和大量固體顆粒，表明乳化水和固體顆粒正在逐漸聚結沉降?，F(xiàn)場實驗證明“有機弱酸破乳劑體系下的摻柴和熱化學沉降”處理技術達到了處理污油的目的。

表6 油層含水隨時間變化情況 %

5.2 污油處理工業(yè)化應用

現(xiàn)場生產(chǎn)過程中，各節(jié)點參數(shù)控制如下：摻蒸汽壓力0.3MPa，加藥濃度1500mg／L，摻柴油15%，進罐溫度95℃左右，處理后污油含水小于1.5%。

目前處理站年處理污油能力達16萬t（綜合含水40%），完全實現(xiàn)了污油的站內回收處理，污油的綜合處理費用為40元／t。

6 結 論

風城超稠油污油中固體顆粒雜質含量較多，富集在界面膜上的雜質增加了膜的機械強度，并形成雙電層，阻礙液滴聚并，是造成污油脫水困難的主要原因。

現(xiàn)場實驗及工業(yè)化應用結果表明，采用“有機弱酸破乳劑體系下的摻柴和熱化學沉降”處理技術解決了超稠油污油的破乳難題，實現(xiàn)污油站內處理，處理后污油含水滿足站內要求。

［1］ 易明華,范偉,李姝蔓,等.老化稠油破乳脫水實驗研究[J].重慶科技學院學報(自然科學版),2010,12(3): 76-78.

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［3］ 陳玉祥,陳軍,潘成松,等.瀝青質/膠質影響稠油乳狀液穩(wěn)定的研究[J].應用化工,2009,38(2):195-200.

［4］ 李擁軍.克拉瑪依油田老化油回收實驗研究[D].成都:西南石油大學,2008.

［5］ 白金美.稠油組分及乳化劑對油水界面性質影響的研究[D].東營:中國石油大學(華東),2009.

［6］ 寇杰,楊文,王秀珍.稠油熱化學脫水工藝參數(shù)優(yōu)化研究[J].西南石油大學學報(自然科學版),2013,35(6): 153-158.

（編輯 石津銘）

10.3969／j.issn.1005-3158.2015.03.009

：1005-3158（2015）03-0026-03

2014-06-18）

李志國，2008年畢業(yè)于新疆大學機電一體化專業(yè)，碩士，現(xiàn)在中國石油新疆油田公司風城油田作業(yè)區(qū)從事油氣田開發(fā)工作。通信地址：新疆克拉瑪依烏爾禾區(qū)風城油田作業(yè)區(qū)設備管理科，834014