程萬軍

（中國石油新疆油田新港公司）

0 引言

隨著稠油資源開采的持續(xù)深入，稠油加工處理難度不斷增加。為改善稠油脫水及污水處理效果和提高效率，國內(nèi)外相關(guān)油公司圍繞稠油油水處理工藝、設(shè)備、化學(xué)藥劑等開發(fā)了一系列技術(shù)。中國石油新疆油田具有三十多年的稠油開發(fā)和處理經(jīng)驗(yàn)，形成了較為完善的脫水及污水處理技術(shù)，支撐了新疆油田的稠油開發(fā)。

1 稠油脫水技術(shù)

2018年 5月，我國頒布的最新原油國家標(biāo)準(zhǔn)GB 36170—2018《原油》中明確規(guī)定了原油中的水含量應(yīng)控制在0.5%～2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），其中，不同的原油基屬要求略有差異，石蠟基略低、環(huán)烷基相對較高。相對于常規(guī)原油，稠油更為復(fù)雜、脫水也更為困難[1]。新疆油田稠油開采主要釆用蒸汽驅(qū)，由于已處于油田開發(fā)的后期，目前稠油開采綜合含水率已高達(dá)90%以上。稠油處理站原油脫水交接含水量要求不大于1%，處理難度大，開釆經(jīng)濟(jì)性也差。

1.1 稠油脫水工藝

國內(nèi)外稠油脫水在工藝方法上區(qū)別不大，主要圍繞加熱、加劑、沉降等技術(shù)脫除稠油中的游離水和乳化水而設(shè)計(jì)[2，3]。

從脫水工藝發(fā)展來看，越來越多的油田基于不同工藝的特點(diǎn)，采用一種或多種工藝的組合。例如，熱化學(xué)沉降脫水工藝操作簡單、可靠性高，但處理時間長、設(shè)備占地面積大、現(xiàn)場施工量大，應(yīng)用于勝利油田陳南聯(lián)合站、塔里木油田英買力某聯(lián)合站；電化學(xué)脫水工藝脫水精度高、利于橇裝化、設(shè)備占地少，但電脫水器對含水率和油品性質(zhì)敏感，對電脫水器的選擇和操作提出了更高要求，應(yīng)用于中海油埕北油田、遼寧綏中油田、勝利油田單家廟區(qū)塊和遼河油田曙五聯(lián)等；一段熱化學(xué)靜止沉降脫水工藝多用于原油密度大、黏度高、瀝青質(zhì)含量高的稠油處理，但需要多座儲罐分別交替靜止，應(yīng)用于遼河油田曙一區(qū)杜32區(qū)塊和杜84區(qū)塊。

此外，利用微波、電磁波、高頻脈沖、靜電、微生物等新方法，脫水工藝也有一些進(jìn)展和應(yīng)用[4-7]，但應(yīng)用較少?？傮w來說還是重力沉降，過濾脫水，以及化學(xué)和機(jī)械破乳等傳統(tǒng)方法工藝簡單、經(jīng)濟(jì)性相對好，在我國主要油田被普遍采用，同時也積累了較多的操作經(jīng)驗(yàn)。為了達(dá)到良好的脫水效果，無論何種工藝，優(yōu)化好操作條件尤為重要。例如，破乳劑的選擇、沉降時間和脫水溫度的控制是熱化學(xué)沉降脫水工藝的關(guān)鍵[8]。此外，每個油田的稠油、超稠油性質(zhì)差異大，現(xiàn)場條件差異大[9]，如何選擇脫水工藝、設(shè)定相應(yīng)的操作條件必須因地制宜，不可照搬照抄。

新疆油田經(jīng)過三十多年的稠油開采，在脫水處理上先后采用了重力沉降法、化學(xué)破乳法、電化學(xué)破乳法、機(jī)械破乳法（離心分離）等單一或復(fù)合的稠油常規(guī)處理方法，目前主要釆用熱化學(xué)重力沉降復(fù)合處理工藝，如圖1所示。

圖1 污水處理工藝示意圖

油井產(chǎn)出液從采油作業(yè)區(qū)集油管線通過匯總后進(jìn)入沉降罐，期間通過比例泵按比例加入正相和反相破乳劑，隨來液混合后進(jìn)入沉降罐。由水、油密度差形成的穩(wěn)定油水界面，上部通過油槽翻油進(jìn)入毛油罐，毛油罐出油經(jīng)泵泵入螺旋板式換熱器加溫后進(jìn)入凈化罐。新疆油田采用的稠油開采工藝簡單、設(shè)備使用較少，主要為立式沉降油罐、加熱裝置、加破乳劑設(shè)備。處理后的原油含水量達(dá)到小于 1%的交接要求。

1.2 稠油脫水處理設(shè)備

與常規(guī)原油相比，稠油處理工藝相對復(fù)雜，涉及的設(shè)備種類較多、參數(shù)要求也相對苛刻。加之隨著油田稠油開采期的延長，油品性質(zhì)發(fā)生較大變化，也給脫水處理設(shè)備帶來諸多挑戰(zhàn)。

靳光新、盧風(fēng)光等[10]提出，最常用的立式沉降罐可以采用優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方式使設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行，包括配液管、集油槽、集水槽等的選型及安裝位置的優(yōu)選等。目前新疆油田立式沉降罐大部分采用了外置平衡水箱結(jié)構(gòu)，利用U型管原理，實(shí)現(xiàn)了沉降罐內(nèi)水層油層的自動控制。

電脫水器主要用于油包水型乳狀液的處理，新疆油田稠油開釆初期釆用了水平電極電脫水器，使用過程中因高含水易發(fā)生電脫水器跳電現(xiàn)象，后期逐漸停用了電脫水器。近年來隨著開發(fā)后期油品脫水難度加大，新疆油田也開始重新試用新型電脫水器。新型電脫水器通過電脫分離器的合理設(shè)計(jì)，引入絕緣電極，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件的有效絕緣，解決常規(guī)電脫水器在稠油處理中出現(xiàn)無法建立足夠高強(qiáng)度電場且電場波動過大等問題。

分離器是稠油處理常見設(shè)備之一，包括兩相、三相、四相分離器等，分別適用于氣液、氣液水、氣液水沙等分離需求，不同的內(nèi)構(gòu)件及尺寸設(shè)計(jì)可以改進(jìn)分離效果。新疆油田稠油普遍為不含氣，且由于釆出液含水量及總液量大，所以兩相、三相分離器等在新疆油田稠油開采工藝中均不適用，因而稠油脫水主要采用沉降罐和電脫器，未使用任何形式的分離器。

1.3 原油破乳劑技術(shù)

我國現(xiàn)有200多個品牌、40多種單劑的破乳劑[11]。盡管稠油脫水破乳劑種類數(shù)量眾多，但受限于油井采出液成分的多樣化及處理?xiàng)l件的差異化，破乳劑還在不斷改進(jìn)和研發(fā)，李剛等[12]針對超稠油的乳化難題開發(fā)了低溫破乳劑。篩選出適用的類型，多種破乳劑復(fù)配使用，以及優(yōu)化加注方式在實(shí)際應(yīng)用中都較為可行[13]。

新疆油田稠油處理目前分別釆用了正相（油包水）、反相（水包油）兩種類型破乳劑，加注方式也根據(jù)不同的油區(qū)環(huán)境，分別采用了端點(diǎn)、來液總管匯、油出口、水出口加藥等靈活的加藥方式。由于油田到了開釆后期，各種增油措施助劑的使用及老化油的增多，在沉降罐中除了油層、水層、油水過渡帶正常工況外，近幾年各稠油處理站在油水過渡帶中均出現(xiàn)不同程度的老化油、助劑層，嚴(yán)重影響了正常的油水分離，造成工藝生產(chǎn)異常，也對破乳劑的功能提出了更高的處理要求，有待進(jìn)一步的研究和新產(chǎn)品研發(fā)。

2 稠油污水處理技術(shù)

稠油污水水質(zhì)復(fù)雜（各類有機(jī)物、無機(jī)物和雜質(zhì)），開采過程還會根據(jù)實(shí)際情況加入不同藥劑（驅(qū)油劑、破乳劑或降凝劑等），使得不同油田稠油污水化學(xué)物質(zhì)成分和含量各有不同[14]，這也給各油田稠油污水處理帶來挑戰(zhàn)。

2.1 稠油污水處理工藝

由于稠油污水處理后水的用途和標(biāo)準(zhǔn)的差異，處理工藝的選擇差異性較大。國外部分發(fā)達(dá)國家選擇去油和懸浮物、軟化和除二氧化硅的深度工藝。通常隨著污水水質(zhì)硬度的增加，依次選用石灰軟化、離子交換或兩者技術(shù)結(jié)合，配置昂貴再生系統(tǒng)的弱酸離子交換樹脂（硬度大于3 000 mg/L）等技術(shù)。

國內(nèi)稠油污水通常為隔油—混凝—過濾三段，目前多為四到六段處理流程，即隔油、凝沉降、粗?；⒏∵x、（一級）粗濾、（二級）精濾等，以達(dá)到除油/懸浮物和軟化目標(biāo)后去熱采鍋爐。總體來看流程較長，主要是去油過程中藥劑用量大同時疊加稠油脫水藥劑也使得過濾流程加長，綜合效果卻未必理想。隨著環(huán)保壓力增大，稠油污水綜合處理技術(shù)是發(fā)展方向[15]。

目前，新疆油田稠油污水處理主要采用物理化學(xué)深度處理工藝，分為重力沉降、化學(xué)沉降、過濾三步，通過添加絮凝劑、殺菌劑等，經(jīng)過斜板沉降、一級過濾、二級過濾，從重力沉降罐到二級過濾器出口污水停留時間40小時，經(jīng)過這個流程處理后的污水含油≤2 mg/L、懸浮物≤2 mg/L，處理后回用鍋爐利用率已達(dá)80%左右。污水處理系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

圖2 污水處理系統(tǒng)示意圖

2.2 稠油污水凈水劑技術(shù)

稠油污水處理過程中最為關(guān)鍵的技術(shù)就是新型凈水劑的應(yīng)用研究。油田常用的稠油污水化學(xué)凈水劑包括破乳劑和絮凝劑。油田破乳劑的種類很多，已在上文述及。如何根據(jù)污水性質(zhì)選擇合適的破乳劑是一個非常重要的問題。目前稠油污水通常是水包油型和混相型，根據(jù)具體污水的類型，選擇合適、匹配的破乳劑非常重要。對某一種含油污水有效的破乳劑，對另一種含油污水效果不一定好。稠油污水處理的反相破乳有三個方向的趨勢[16]：一是陽離子型反相破乳劑，如陽離子聚醚型等；二是一劑多用的水處理劑，將破乳、殺菌等多功能集于一身；三是生物破乳劑、生物絮凝劑。

新疆油田目前使用的污水處理藥劑主要是混凝劑、離子調(diào)整劑和助凝劑?；炷齽┩ㄟ^破壞復(fù)雜油水相中乳化油、懸浮顆粒、聚合物等膠體體系的穩(wěn)定狀態(tài)，從而達(dá)到凈化作用；離子調(diào)整劑通過穩(wěn)定水中離子的平衡關(guān)系，破壞結(jié)垢性離子的結(jié)晶長大，加快反應(yīng)速度，使這些反應(yīng)在短時間內(nèi)完成并生成沉淀和其他產(chǎn)物，減緩腐蝕與結(jié)垢，從而達(dá)到凈化和穩(wěn)定水質(zhì)的目的；助凝劑可以有效降低凈水劑用量，提升沉降速率、增加絮體大小和強(qiáng)度，防腐防垢，可有效改善水質(zhì)。該藥劑體系較適用于新疆油田耐高溫高油高懸浮物體系，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)藥劑的不足，快速破壞油水界面膜的穩(wěn)定性，使油水快速分離；快速凈化并去除污水中的油、使懸浮顆粒聚集，從而實(shí)現(xiàn)破乳除油、除懸浮物、控制腐蝕結(jié)垢、凈化和穩(wěn)定水質(zhì)的多重目的。

2.3 稠油污水處理設(shè)備

含油污水過濾器是油田污水處理工藝中的關(guān)鍵設(shè)備，由于稠油污水含水率高、較常規(guī)污水成分更為復(fù)雜，提高傳統(tǒng)過濾器的處理效率十分關(guān)鍵。從本質(zhì)上講，稠油污水處理所用的過濾器與常規(guī)污水處理用設(shè)備差異不大，重在改變過濾器內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式，優(yōu)化設(shè)計(jì)過濾裝置，提高除污能力，加強(qiáng)布水系統(tǒng)的抗壓能力等。

目前油田普遍使用的過濾器有：雙濾料過濾器、改性纖維球過濾器、多介質(zhì)過濾器、纖維束過濾器、超精細(xì)過濾器等。其中，雙濾料過濾器、多介質(zhì)過濾器在新疆油田公司污水處理工藝中主要用作一級過濾器。這兩種過濾器處理能力強(qiáng)、過濾效果好、反洗再生容易，使用周期長。改性纖維球過濾器、超精細(xì)過濾器主要用作二級過濾器。特別是改性纖維球過濾器，作用是進(jìn)一步攔截污水中的懸浮物和含油，也是污水過濾系統(tǒng)的保險，保證濾后水的水質(zhì)達(dá)標(biāo)且穩(wěn)定。

3 結(jié)束語

近年來稠油油水處理技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，稠油處理過程中的稠油脫水、污水處理相對獨(dú)立但又緊密關(guān)聯(lián)，脫水的同時也要考慮隨之而來的污水處理問題。稠油生產(chǎn)各地現(xiàn)場條件差異大，應(yīng)基于不同的稠油類型、現(xiàn)場條件，考察新技術(shù)、新措施在現(xiàn)場應(yīng)用的效果。未來越來越多的組合工藝技術(shù)、復(fù)配的新型化學(xué)藥劑得以應(yīng)用。稠油生產(chǎn)是一個不斷變化的動態(tài)過程，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、化學(xué)增產(chǎn)劑的使用，油水處理方式和方法也應(yīng)加以調(diào)整。應(yīng)根據(jù)變化情況及時調(diào)整工藝措施，持續(xù)提升與配套完善工藝系統(tǒng)，不斷改進(jìn)設(shè)備設(shè)計(jì)、提升自動控制水平，靈活運(yùn)用好各類加藥試劑，才能在滿足稠油開發(fā)需要的同時，全面提升稠油油水處理水平。