雷齊玲 葛紅江 程靜（中國石油大港油田采油工藝研究院）

“老化油”主要指存在于油田大罐內(nèi)油水界面附近、含有少量固相顆粒、多重乳化的復(fù)雜油水混合物，其總量近年來在各油田有增加趨勢(shì)，這些老化油不能作為商品原油銷售外輸，也不能交給其它單位處理，常堆積在油田處理站空閑或備用罐中，顯著影響了油田安全生產(chǎn)。目前已有對(duì)部分地區(qū)老化油特性及處理方法的研究[1-5]，但這些處理方法均有很強(qiáng)的針對(duì)性，無法解決各地區(qū)的老化油處理問題。針對(duì)大港油田棗園地區(qū)老化油進(jìn)行特性分析，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行老化油處理技術(shù)對(duì)比研究。

1 老化油組成分析

大港油田棗園地區(qū)老化油樣品外觀不是均勻的一相。油在上部，水在下部，底部有少許沉淀。下部水相很混濁，灰黑色，目測含油、懸浮物很高。利用顯微鏡觀測，發(fā)現(xiàn)其中含有油包水及水包油型乳狀液結(jié)構(gòu)，此外也發(fā)現(xiàn)了大量的黑色絮狀物質(zhì)，這些物質(zhì)內(nèi)部含有大量的水。老化油呈現(xiàn)多層油包水和多重油包水復(fù)雜結(jié)構(gòu)，液膜厚度比正常厚，液膜上雜質(zhì)多。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8929—2006《原油水含量的測定蒸餾法》測定棗園聯(lián)合站堆積老化油的含水率。老化油樣品來自于2#罐下部和4#罐下部的混合樣。經(jīng)測試該樣品平均含水率為32.17%。然而，實(shí)際老化油含水量并不是一個(gè)穩(wěn)定數(shù)值，取樣時(shí)間、部位都會(huì)影響含水量。用測量完含水量的油樣，即無水老化油測量無機(jī)物含量。取約1 g樣品，采用燒失法（1200℃以上氧氣中灼燒）來分析總無機(jī)物。燒失量約88.3%，即油相中無機(jī)物含量約11.7%。依據(jù)石油標(biāo)準(zhǔn)SY/T 7550—2004《原油中蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量測定法》對(duì)老化油成分進(jìn)行分析。分析顯示含蠟為19.32%(占無水老化油比例)，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)合計(jì)29.57%。即老化油中蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量合計(jì)48.89%。由此可見老化油中接近一半的蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量顯著增大了油水乳狀液破乳脫水的難度。

2 油水分離技術(shù)研究

2.1 熱化學(xué)脫水實(shí)驗(yàn)

對(duì)老化油、油泥進(jìn)行破乳往往要用到各式各樣的破乳劑。室內(nèi)取2#罐下部、4#罐下部樣品、加入大港油田常用的14種破乳劑。在200、400、1000 mg/L加量，70℃下24 h脫失量均為零。按破乳劑原理和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)推斷，繼續(xù)提高破乳劑加量也不會(huì)有明顯效果。破乳劑無效的原因是老化油中存在多重油包水、水包油復(fù)雜結(jié)構(gòu)，破乳劑難以滲透到多重復(fù)雜結(jié)構(gòu)中，難以發(fā)揮效果。

2.2 超聲波脫水實(shí)驗(yàn)

超聲波基于空化效應(yīng)表現(xiàn)出機(jī)械振動(dòng)，共振和熱3種作用。使得超聲波作用于不同流體時(shí)均能產(chǎn)生“位移效應(yīng)”。超聲波在流體中產(chǎn)生駐波，乳狀液中的水“粒子”將不斷在波腹或波節(jié)之間移動(dòng)、碰撞并聚積，生成直徑較大粒子，然后沉降。同時(shí)超聲波空化作用將產(chǎn)生高溫高壓沖擊破化油水界面膜；采用自制超聲波處理器處理2#罐樣品50 mL、加入14種破乳劑，加量400 mg/L，70℃下超聲處理20 min，沉降24 h可以使老化油脫出部分水。

2.3 微波脫水實(shí)驗(yàn)

微波脫水的機(jī)理主要為微波對(duì)油水界面膜的破壞和對(duì)水相的加熱。微波對(duì)極性不同的物質(zhì)會(huì)選擇性地加熱，因此主要加熱油中的水滴和極性物質(zhì)，從而引起界面膜被破化。

實(shí)驗(yàn)室取2#罐下部樣品、4#罐下部樣品各100 mL放入燒杯中、加入破乳劑400 mg/L，采用1200 W微波輻射樣品10 min，之后70℃下沉降48 h觀察脫水量多少。實(shí)驗(yàn)顯示，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的油水分離現(xiàn)象。即破乳劑+微波輔助破乳對(duì)大港油田棗園地區(qū)老化油基本無效。老化油中乳狀液膜結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)采用的微波強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間不足以將此破壞。此外，老化油油水密度差太小，即使乳狀液液膜被破化且水滴顆粒發(fā)生聚并，水滴也難以迅速沉降。

2.4 離心脫水實(shí)驗(yàn)

采用離心機(jī)脫水是分離液固混合物的常用方法。實(shí)驗(yàn)室取2#罐下部樣品、4#罐下部樣品，在10 mL離心管中加入1%濃度破乳劑1.0 mL，取油樣5 g，離心機(jī)轉(zhuǎn)速1600 r/min的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（表1）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：50℃時(shí)，樣品經(jīng)過1600 r/min；離心15 min，油中含水能夠控制在2.0%以內(nèi)。機(jī)械雜質(zhì)基本分出、水色較清。由此可見，高速離心機(jī)可以使得復(fù)雜乳狀液體系中的水滴快速下沉，相應(yīng)的分離速度也會(huì)提高很多。進(jìn)行不同條件的離心脫水實(shí)驗(yàn)。

表1 離心脫水實(shí)驗(yàn)結(jié)果 單位：%

2.5 超聲波+熱化學(xué)沉降+離心分離實(shí)驗(yàn)

取2#罐下部樣品、4#罐下部樣品各500 mL，加入KYST-2型破乳劑，攪拌10 min后進(jìn)行超聲波處理20 min，功率為5 w/cm2。將樣品加熱到65℃恒溫靜置24 h，對(duì)樣品進(jìn)行離心處理時(shí)間為10 min，分出油、水、固體三相。實(shí)驗(yàn)后測定分離得到的油中含水量在1%以內(nèi)（表2）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明超聲波+熱化學(xué)沉降+離心分離處理能得到含水較低的原油，而且可分離出的水較清澈。

表2 超聲波+熱化學(xué)沉降+離心分離實(shí)驗(yàn)

常規(guī)熱化學(xué)沉降方法處理老化油需要將老化油從50℃升高到90℃。以處理1 kg老化油為例：耗電為168×103J。采用超聲波+熱化學(xué)沉降+離心處理，不需要對(duì)老化油進(jìn)行加熱，老化油原始溫度為50℃，能耗為0.04 kWh，即144×103J。則每處理1 kg老化油較常規(guī)熱化學(xué)沉降處理法節(jié)約能量24 kJ。

3 結(jié)論

1）大港油田棗園地區(qū)老化油呈現(xiàn)復(fù)雜的油包水、水包油多重乳化結(jié)構(gòu)、且含油泥、瀝青等固相顆粒，含水約27%～32%，無機(jī)物含量約11.7%，蠟、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量合計(jì)48.89%。

2）常見破乳劑、微波破乳技術(shù)對(duì)大港油田棗園老化油基本沒有效果。

3）離心脫水處理老化油具有一定的油水分離效果。50℃時(shí)，以1600 r/min的轉(zhuǎn)速離心15 min可將老化油油中含水控制在2%以下，分離效果明顯。

4）超聲波+熱化學(xué)沉降+離心分離處理能得到含水較低的原油，油中含水可達(dá)到1%，每處理1 kg老化油較常規(guī)熱化學(xué)沉降處理法節(jié)約能量24 kJ，而且可分離出較清澈的水。