黃港港

（西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065）

對于我國的大部分油田而言，單純依靠地層能量來開采油氣資源已無法滿足油田現(xiàn)場的產(chǎn)量需求，油田“二采”、“三采”等強化采油手段必不可少。但是，聚合物大量添加和三元復(fù)合驅(qū)等技術(shù)的應(yīng)用在一定程度上導(dǎo)致了油田老化油的含量隨時間不斷積累增多?？紤]到老化油中含有大量的雜質(zhì)、膠團以及聚合物，其理化性質(zhì)十分穩(wěn)定，用常規(guī)的處理方法收效甚微。因此，油田老化油的處理任務(wù)一直擺在油田開發(fā)過程中的關(guān)鍵位置[1,2]。有效處理老化油，對于提高油田原油利用效率、保護環(huán)境、獲得良好的經(jīng)濟效益都有重要意義。

1 老化油的形成和危害

油田老化油的來源較為復(fù)雜，主要來自于集輸系統(tǒng)、廢液池、落地原油、罐底污泥等等，考慮到原油三次開采過程中大量運用化學(xué)藥劑，老化油的乳化程度會迅速提高。另一方面，老化油內(nèi)部含有的雜質(zhì)、懸浮物在金屬氧化物、硫化物膠團的作用下，其穩(wěn)定性將進一步提升[3]。

目前，一些公認的老化油形成原因如下所示：

1）油氣田開采過程中，原油落地后回收過程中會夾雜黏土、泥沙等雜質(zhì)；

2）原油開采過初步處理過程中，加入不同種類的化學(xué)藥劑之間發(fā)生反應(yīng)；

3）強化采油過程中使用的聚合物會不斷地分散到油水界面膜表面，與一些顆粒物質(zhì)結(jié)合形成了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、機械強度大、界面張力大的空間結(jié)構(gòu)；

4）硫酸鹽還原菌大量增殖，在腐蝕金屬的同時產(chǎn)生了硫化亞鐵膠團，膠團與還原菌之間會形成穩(wěn)定的絮狀結(jié)構(gòu)；

5）破乳劑使用不當(dāng)；

其危害也可總結(jié)為以下幾點[3]：

1）老化油中含有的強導(dǎo)電性的泥沙雜質(zhì)使得電脫水器極易短路跳閘，不僅容易引發(fā)安全事故，還會縮短設(shè)備的使用壽命；

2）老化油的存在會阻礙原油正常脫水工序的進行，降低脫水操作效率與處理量；

3）老化油的存在會導(dǎo)致處理藥劑的需用量提升，在影響環(huán)境的基礎(chǔ)上還會增加處理成本；

4） 老化油的存在會導(dǎo)致輸油管罐壁結(jié)垢，降低管道輸送能力和儲罐的有效容積。

2 老化油的處理方法與技術(shù)

傳統(tǒng)的老化油處理方法主要集中在加熱沉降、電脫水、離心處理、回摻處理等，但是存在著時間長，能耗大、藥劑依懶性大等缺點，并且對含膠量較大的老化油處理效果不明顯，因此需要采用高效、綠色、成本低的新型處理方法。以下對一些新型處理技術(shù)和方法作以梳理：

2.1 微生物處理技術(shù)

該方法的原理是通過在老化油中加入微生物發(fā)酵培養(yǎng)液，利用微生物自身的新陳代謝和代謝產(chǎn)物（生物表面活性劑） 實現(xiàn)老化油破乳的目的。破乳機理主要有增溶機理、變形機理、相轉(zhuǎn)移機理等。早在19世紀90年代，國外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某種微生物發(fā)酵液具有高效破乳作用。之后經(jīng)過我國四川大學(xué)曾里、同濟大學(xué)楊葆華、東華大學(xué)周勁，李春艷等人的研究，逐漸形成了一套高效的生物破乳劑產(chǎn)生菌篩選方法。除了破乳作用之外，微生物同樣可以起到原油脫硫的作用。例如陳忠喜等人所開發(fā)的能夠有效去除硫控菌（SRB）的反硝化抑制劑，秦雙等人分離篩選的脫氮硫桿菌等，經(jīng)實驗證明對于去除老化油罐中的FeS效果很好[2]。

該方法使用范圍廣，對環(huán)境友好且能耗低，應(yīng)用前景廣闊，但是考慮到作用機理不夠完善所以并沒有大面積推廣。

2.2 老化油催化裂解技術(shù)

國外的裂解技術(shù)主要有MaxofinTM工藝、PYPOCAT技術(shù)、NEXCC工藝等，國內(nèi)自主研發(fā)的裂化技術(shù)有催化裂解（DCC）工藝、催化熱裂解（CPP） 工藝以及重油直接裂解制乙烯（HCC）工藝等[2]。

將老化油裂解產(chǎn)物與乙醇、0#柴油按照不同的比例混合制成混合燃料并在柴油發(fā)動機中與純柴油進行燃料性能測試及對比，由測試結(jié)果可知混合燃料在一定程度上可實現(xiàn)滿足實際的動力需求（圖1）。并且在發(fā)動機高負荷運轉(zhuǎn)時，CO、THC的排放量會明顯減少，NOx的排放量會隨著乙醇的含量上升而下降。該方法能夠?qū)⒗匣统浞只厥绽茫軌虍a(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益，前景較好。

圖1 混合燃料與純柴油有效功率對比圖

2.3 二氧化氯氧化法處理技術(shù)

二氧化氯廣泛應(yīng)用于我國的供水系統(tǒng)、醫(yī)療廢水處理系統(tǒng)等，是一種理想的消毒劑[4]。依靠二氧化氯的強氧化性能，不僅可以使老化油中的含鐵雜質(zhì)和含硫雜質(zhì)被氧化為易溶于水的三價鐵離子和硫酸根離子，并且可以去除老化油中含有一些還原菌（如鐵細菌和硫酸鹽還原菌）。與此同時，二氧化氯可將三次采油過程中所添加的聚合物（如聚丙烯酰胺）斷鏈降解，實現(xiàn)老化油的破乳脫水。當(dāng)獨立水相產(chǎn)生之后，老化油中的硝酸根離子、CO2等即可溶解于水中，氧化反應(yīng)的平衡不斷向正向移動從而促進了聚合物的進一步降解（圖2）。該方法中，二氧化氯的處理對象較為全面，對老化油的處理效果好，并且已經(jīng)在生活中得到了廣泛應(yīng)用，其成本較低，應(yīng)用前景廣闊。

圖2 老化油油相中聚合物濃度變化曲線圖

2.4 傳統(tǒng)離心技術(shù)的改進

2015年6月安塞油田首先使用“電脈沖振蕩+翼片框離心”工藝技術(shù)來處理油田老化油，經(jīng)理論和實驗研究發(fā)現(xiàn)，一級離心的處理效果較好，但是設(shè)備長時間運轉(zhuǎn)之后會出現(xiàn)老化油絮狀物、膠質(zhì)、雜質(zhì)堵塞離心機的情況，并且離心設(shè)備無法自主排出堵塞物，導(dǎo)致離心機無法連續(xù)運轉(zhuǎn)[5]。為使得離心機連續(xù)正常工作并且滿足老化油的處理指標，結(jié)合實驗失敗后吸取的經(jīng)驗，提出“電脈沖振蕩+螺旋離心+翼片框離心+翼片框離心”處理工藝。新型工藝較原始工藝的區(qū)別在于重點考慮去除離心機堵塞物，實現(xiàn)設(shè)備的持續(xù)運轉(zhuǎn)。在使用翼片框離心機脫水、脫蠟之前，反復(fù)使用螺旋離心機脫出老化油內(nèi)含有的雜質(zhì)、膠團、絮狀物。經(jīng)室內(nèi)實驗和油田現(xiàn)場處理結(jié)果可知，改進后的老化油處理工藝能夠在解決離心機堵塞問題的同時，滿足老化油處理的含水量、含膠量、處理效率和數(shù)量的要求。

該方法的優(yōu)點是老化油處理數(shù)量大、處理速度快、設(shè)備能夠連續(xù)工作。缺點是設(shè)備一次性投資大，倘若給各聯(lián)合站都配備相同的設(shè)備，會導(dǎo)致處理成本的迅速增加。因此，考慮將各聯(lián)合站內(nèi)老化油統(tǒng)一集中到某個聯(lián)合站內(nèi)，或者將設(shè)備撬裝化改裝，在各聯(lián)合站內(nèi)流動作業(yè)，這樣既可節(jié)約成本，又能滿足老化油的處理要求。

2.5 高頻/高壓脈沖交流電場處理技術(shù)

針對流花油田老化油回收處理問題，中海油研究中心提出高頻/高壓脈沖交流電場老化油處理技術(shù)電場破乳實驗設(shè)備為圖3所示的靜態(tài)靜電聚結(jié)器。試驗方法采用了“電場破乳+離心器強化沉降脫水”模式。通過控制變量法，依次改變電場強度、電場頻率、電場波形來研究各因素對老化油處理效果的影響程度[6]。

由實驗數(shù)據(jù)可知，高頻/高壓電場能夠促進水顆粒的不斷聚結(jié)、長大，但是過高頻率和電壓也會導(dǎo)致原有水顆粒破碎，使得脫水效果變差，因此對于不同來源老化油存在著對應(yīng)的最佳處理頻率和最佳處理電壓。與此同時，不同波形的電場對老化油的破乳、脫水程度也不盡相同，按照處理程度的優(yōu)劣性排序為矩形波＞正弦波＞三角波＞脈沖直流波。例如流花油田老化油最佳處理電場為6kV、2kHz、交流矩形波。該方法的綜合處理效果較好，但是考慮到設(shè)備成本及操作問題，目前還未技術(shù)推廣。

圖3 靜態(tài)靜電聚結(jié)破乳實驗裝置示意圖

除上述處理技術(shù)之外，還有超聲波處理技術(shù)，微波處理技術(shù)、電磁處理技術(shù)等等目前仍處于研究階段。

3 結(jié)語

油田老化油的回收處理工作是目前我國油田實現(xiàn)節(jié)能減排目標的重要內(nèi)容，通過采用高效、節(jié)能、低成本的新型處理工藝可實現(xiàn)將老化油“變廢為寶”，對于保障原油集輸處理工藝的正常進行、提高資源的利用效率、滿足社會發(fā)展的實際需求都會產(chǎn)生積極作用。