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        油田生產(chǎn)流程絮狀物治理探究與實(shí)踐

        2022-03-03 07:34:08張彥鑫張紹廣雷鍇萬禧煌黃焌淞
        化工管理 2022年4期
        關(guān)鍵詞:絮狀物油罐乳劑

        張彥鑫,張紹廣,雷鍇,萬禧煌,黃焌淞

        (中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津 300459)

        0 引言

        某海上油田有中心處理平臺和井口平臺,其中井口平臺物流通過海底管線進(jìn)入中心平臺原油處理流程。先經(jīng)過段塞流捕集器進(jìn)行氣液分離,液相經(jīng)生產(chǎn)加熱器加熱后進(jìn)入生產(chǎn)分離器進(jìn)行油水分離,分離出的油進(jìn)行外輸,分離出來的水進(jìn)入生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)。

        生產(chǎn)污水依次經(jīng)斜板除油器、加氣浮選器進(jìn)行初步除油后,再經(jīng)過雙介質(zhì)過濾器進(jìn)行深度除油,處理合格后的生產(chǎn)污水進(jìn)入注水緩沖罐,經(jīng)注水增壓泵及注水泵增壓后回注到地層。生產(chǎn)污水處理流程分離出來的油匯集到污油罐后,經(jīng)污油泵泵送至原油加熱器入口進(jìn)入原油處理系統(tǒng),再次進(jìn)行油水分離后進(jìn)入下游流程,如圖1所示。

        圖1 油田生產(chǎn)處理流程圖

        2021年4月開始,該油田在進(jìn)行污油泵濾網(wǎng)清洗時發(fā)現(xiàn)有大量絮狀物不明物流存在,導(dǎo)致污油泵濾網(wǎng)堵塞,污油罐無法正常轉(zhuǎn)液,進(jìn)而造成流程出現(xiàn)以下幾方面問題:

        (1)生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)收油量明顯增多;

        (2)原油分離器出口水質(zhì)明顯變差;

        (3)外輸含水上漲。

        1 絮狀物物性及臨時處置措施

        現(xiàn)場對流程絮狀物進(jìn)行取樣實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)該絮狀物的密度在油水之間,不溶于石油醚、乙醇等常見溶劑,配比加入油田所用破乳劑及清水劑等,對絮狀物的治理也未見明顯效果。經(jīng)現(xiàn)場初步確定在當(dāng)前條件下,絮狀物一旦形成便無法消除,只能在流程內(nèi)慢慢循環(huán)處理,且絮狀物富集到一定程度后會對原油流程的脫水造成一定的影響。絮狀物取樣樣例如圖2所示。

        圖2 絮狀物取樣

        為驗(yàn)證絮狀物對流程脫水的影響,現(xiàn)場對原油加熱器入口物流進(jìn)行取樣實(shí)驗(yàn),添加不同濃度的污油罐不明絮狀物,發(fā)現(xiàn)絮狀物的濃度越高造成流程油水分離效果越差。這就間接造成生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)收油量增多,原油分離器出口水質(zhì)明顯變差,外輸含水上漲。實(shí)驗(yàn)圖如圖3所示。

        圖3 絮狀物對脫水影響實(shí)驗(yàn)

        在污油泵濾器中發(fā)現(xiàn)絮狀物時,表明污油罐內(nèi)已存在大量的絮狀物,只清洗濾網(wǎng)并不能將罐內(nèi)絮狀物排出。為避免絮狀物進(jìn)一步影響污油罐的正常轉(zhuǎn)液,造成污油罐高液位,進(jìn)而影響生產(chǎn)污水流程的正常運(yùn)行,造成整個生產(chǎn)流程癱瘓。油田采取臨時措施對污油罐內(nèi)絮狀物進(jìn)行了緊急清理。一是將污油罐底部至開排的閥門打開,將絮狀物轉(zhuǎn)移至開排罐,再逐步清理開排罐內(nèi)的絮狀物;二是利用現(xiàn)場空置的移動式污油罐,用氣泵將絮狀物從污油泵濾器轉(zhuǎn)液至移動式污油罐內(nèi),再轉(zhuǎn)移至陸地處理。

        2 絮狀物影響機(jī)理分析

        為從源頭上查找絮狀物的生成,從根本上解決絮狀物的再生問題,對生產(chǎn)流程進(jìn)行排查分析。油田的生產(chǎn)分離器分離出來的水相進(jìn)入生產(chǎn)水處理系統(tǒng),而生產(chǎn)水處理系統(tǒng)中,將水中分離出來的油轉(zhuǎn)入污油罐,再經(jīng)污油泵泵送至原油處理系統(tǒng),再進(jìn)行油水分離,分離器中水相中含有大量的絮狀物,分離器水相中的絮狀物隨水相到達(dá)生產(chǎn)污水處理流程后,經(jīng)斜板隔油器、加氣浮選器的分離作用進(jìn)入污油罐,部分絮狀物又經(jīng)污油泵輸送至原油處理流程,絮狀物進(jìn)入分離器后,造成分離器油水分離效果顯著下降,分離器內(nèi)乳狀液不能及時分散。絮狀物在流程中循環(huán)往復(fù),難以自行消化,分離器內(nèi)絮狀物積累到一定厚度后,隨污油進(jìn)入污油罐,污油罐內(nèi)絮狀物越集越多。絮狀物影響機(jī)理如圖4所示。

        圖4 絮狀物影響機(jī)理

        經(jīng)流程分析確定,流程中發(fā)現(xiàn)的絮狀物是在污油罐內(nèi)慢慢富集后,首先在污油泵濾網(wǎng)中被發(fā)現(xiàn)。絮狀物進(jìn)入原油流程后,影響原油流程的脫水效果。由于絮狀物的密度在油水之間,在原油脫水效果較差時,絮狀物隨分離器的水相進(jìn)入生產(chǎn)水流程,同時分離器水相中的含油明顯增多。在絮狀物以及分離器水相的含油的雙重作用的影響下,又加劇了生產(chǎn)水流程的收油量,明顯增多的收油量攜帶流程中的絮狀物進(jìn)入污油罐,又加劇了污油泵轉(zhuǎn)液的壓力,給油田生產(chǎn)現(xiàn)場工作造成了極大的困難。

        3 絮狀物形成分析與治理

        在油田生產(chǎn)集輸過程中,原油脫水沉降和污水除油沉降分離時,在油水界面上經(jīng)常形成一層粘稠膠狀物質(zhì),是一種難以分離處理的油水混合物,即油田絮狀物。研究發(fā)現(xiàn),該絮狀物是由油、水、固體物質(zhì)組成的油水乳化液。油田在生產(chǎn)過程中,生產(chǎn)污水處理設(shè)備中存在懸浮物,是由懸浮顆粒、泥質(zhì)顆粒及細(xì)菌膠團(tuán)等組成,這些細(xì)小懸浮物顆粒聚結(jié)在乳狀液顆粒表面,提高了乳狀液的界面膜厚度和強(qiáng)度,使乳狀液更加穩(wěn)定[1]。絮狀物中通常含油比例最高,含水率次之,固體物質(zhì)含量最低,但其對絮狀物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響極為關(guān)鍵。含油成分中,主要包括飽和烴、芳香烴、非烴以及瀝青質(zhì)幾個部分,飽和烴占比最高,非烴占比最低。對絮狀物進(jìn)行高速離心處理后,絮狀物可見明顯分層,由下至上依次為黑色沉淀物、水、絮凝物以及原油[2]。對該類型乳化液的處理,需優(yōu)選和研制高效破乳劑,優(yōu)化脫水和除油工藝,降低污水中的乳化液濃度,能較大程度減少絮狀物的產(chǎn)生。

        經(jīng)過物性分析,初步判斷該絮狀物為某種類型的乳狀液,由于形成后的絮狀物難以處理,根據(jù)油田實(shí)際情況,篩選新型高效破乳劑難度較大,從絮狀物形成機(jī)制上考慮實(shí)施從源頭上對絮狀物進(jìn)行治理,通過減少流程絮狀物的產(chǎn)生減小其對生產(chǎn)處理流程的影響。

        乳化液是一種液體分散于另一種不相溶液體所形成的多分散體系,以液滴形式存在的一相稱為分散相或不連續(xù)相,另一相為分散介質(zhì)或連續(xù)相。油水形成乳化液需具備三個條件,一是同是存在互不相溶的液體,即原油和水;二是要有乳化劑存在,以形成和穩(wěn)定乳化液;三是存在使一種液體分散到另一種液體的混合和攪拌。

        按照乳化液形成的原因分析,油田生產(chǎn)流程已具備乳化液形成的兩個必要條件,即同時存在原油和水,油氣水三相在管道及設(shè)備中流動形成的攪拌,考慮第三個條件即乳化劑是否存在。油田在生產(chǎn)過程中,普遍要加入化學(xué)藥劑對流程進(jìn)行處理,分析認(rèn)為此次流程中絮狀物的形成原因可能為生產(chǎn)流程添加的某種藥劑成為該乳狀液形成的乳化劑,促成乳狀液的形成[3]。為對此機(jī)理進(jìn)行驗(yàn)證,油田進(jìn)行了藥劑試驗(yàn)排查。

        3.1 破乳劑藥劑實(shí)驗(yàn)

        在油田生產(chǎn)流程中,破乳劑經(jīng)常被使用在原油處理流程中,用于加速油水分離,增加分離效果[4]。但破乳劑下藥量要根據(jù)油田產(chǎn)量進(jìn)行濃度試驗(yàn)確定合理下藥量,破乳劑下藥量太大,反而會成為一種乳化劑在流程中促成乳狀液的生成[5]。為對此種可能性進(jìn)行驗(yàn)證,利用變量對比法則,對流程進(jìn)行取樣試驗(yàn)。

        首先對原油流程的破乳劑進(jìn)行模擬試驗(yàn)分析。取樣地點(diǎn)為油田分離器入口綜合油樣,試驗(yàn)溫度65 ℃,油樣含水45%,油樣體積80 mL,混合方式手搖顛倒100下。

        由試驗(yàn)結(jié)果表1可知,破乳劑高濃度時油水分離效果不佳,并且油水界面處有懸浮松散的乳狀液。當(dāng)前油田破乳劑下藥濃度為200 mg/L,不是造成此次流程出現(xiàn)絮狀物的藥劑誘因。破乳劑實(shí)驗(yàn)如圖5所示。

        圖5 破乳劑實(shí)驗(yàn)

        表1 破乳劑實(shí)驗(yàn)

        3.2 清水劑及殺菌劑藥劑試驗(yàn)

        取分離器水相出口生產(chǎn)污水開展清水劑和殺菌劑配伍性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中清水劑和殺菌劑均加注40 mg/L,第一個具塞量筒只加清水劑;第二個具塞量筒先加清水劑再加殺菌劑;第三個具塞量筒先加殺菌劑再加清水劑;第四個具塞量筒兩個藥劑一起加,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下圖所示。

        兩種藥劑在污水系統(tǒng)加注對水質(zhì)有一定的改善作用,但水中的原油與藥劑反應(yīng)形成絮狀物上浮。清水劑和殺菌劑配伍性實(shí)驗(yàn)如圖6所示。

        圖6 清水劑和殺菌劑配伍性實(shí)驗(yàn)

        在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,通過對流程中絮狀物出現(xiàn)的變量多次探究,初步確定為流程加注的殺菌劑進(jìn)入原油流程后,造成原破乳劑破乳效果明顯下降,在流程中形成大量的絮狀物。同時,殺菌劑室內(nèi)實(shí)驗(yàn)過程中,加過殺菌劑后的生產(chǎn)污水中也存在絮狀物,為殺菌劑與乳化油形成絮團(tuán)上浮。

        根據(jù)現(xiàn)場流程,殺菌劑進(jìn)入原油處理流程有兩種方式,一是殺菌劑加入注水緩沖罐后,在注水緩沖罐頂部收油時進(jìn)入污油罐,由污油泵轉(zhuǎn)入原油流程;二是雙介質(zhì)過濾器進(jìn)行反沖洗時,反洗用水中的殺菌劑進(jìn)入反洗后的污油中,再次轉(zhuǎn)入原油系統(tǒng)。

        因此,為從根本上解決絮狀物的問題:除控制現(xiàn)場的加藥濃度外,還需要對殺菌劑進(jìn)行換型。

        4 治理總結(jié)

        流程中絮狀物的產(chǎn)生與富集后,會對生產(chǎn)流程造成比較嚴(yán)重的影響,情況惡化甚至?xí)?dǎo)致油田減產(chǎn)。為避免此類情況的再次發(fā)生,油田制定以下措施:

        (1)對殺菌劑進(jìn)行換型升級;

        (2)定期對污油罐進(jìn)行清罐,減少絮狀物在污油罐內(nèi)富集的程度;

        (3)合理控制藥劑的下藥量;

        (4)定期對流程進(jìn)行取樣監(jiān)控,提前對特殊情況進(jìn)行預(yù)警處理。

        自2021年5月油田對殺菌劑進(jìn)行了換型,并根據(jù)產(chǎn)量情況對藥劑濃度進(jìn)行了重新標(biāo)定,在對開排罐及閉排罐殘留絮狀物清理完畢之后,流程中沒有再發(fā)現(xiàn)絮狀物產(chǎn)生的情況。生產(chǎn)流程運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定,外輸含水明顯下降。

        5 結(jié)語

        此次生產(chǎn)流程絮狀物的治理過程,從采取臨時控制措施到從源頭上找出絮狀物的生成原因,并從根本上解決了絮狀物的再生,體現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場解決問題的方法和思路。絮狀物的生成只是生產(chǎn)流程突發(fā)狀況的一種形式,針對生產(chǎn)流程各類問題,關(guān)鍵是要建立完善的生產(chǎn)流程出現(xiàn)不明物體的應(yīng)對解決思路,要從源頭治理及流程臨時處置兩方面著手,制定解決及預(yù)防措施。

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