大港油田棗園地區老化油處理技術研究

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油水界面附近、含有少量固相顆粒、多重乳化的復雜油水混合物，其總量近年來在各油田有增加趨勢，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。目前已有對部分地區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的針對性，無法解決各地區的老化油處理問題。針對大港油田棗園地區老化油進行特性分析，并在此基礎上進行老化油處理技術對比研究。

1 老化油組成分析

大港油田棗園地區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，發現其中含有油包水及水包油型乳狀液結構，此外也發現了大量的黑色絮狀物質，這些物質內部含有大量的水。老化油呈現多層油包水和多重油包水復雜結構，液膜厚度比正常厚，液膜上雜質多。

根據標準GB/T 8929—2006《原油水含量的測定蒸餾法》測定棗園聯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。經測試該樣品平均含水率為32.17%。然而，實際老化油含水量并不是一個穩定數值，取樣時間、部位都會影響含水量。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）來分析總無機物。燒失量約88.3%，即油相中無機物含量約11.7%。依據石油標準SY/T 7550—2004《原油中蠟、膠質、瀝青質含量測定法》對老化油成分進行分析。分析顯示含蠟為19.32%(占無水老化油比例)，膠質、瀝青質合計29.57%。即老化油中蠟、膠質、瀝青質含量合計48.89%。由此可見老化油中接近一半的蠟、膠質、瀝青質含量顯著增大了油水乳狀液破乳脫水的難度。

2 油水分離技術研究

2.1 熱化學脫水實驗

對老化油、油泥進行破乳往往要用到各式各樣的破乳劑。室內取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。按破乳劑原理和實踐經驗推斷，繼續提高破乳劑加量也不會有明顯效果。破乳劑無效的原因是老化油中存在多重油包水、水包油復雜結構，破乳劑難以滲透到多重復雜結構中，難以發揮效果。

2.2 超聲波脫水實驗

超聲波基于空化效應表現出機械振動，共振和熱3種作用。使得超聲波作用于不同流體時均能產生“位移效應”。超聲波在流體中產生駐波，乳狀液中的水“粒子”將不斷在波腹或波節之間移動、碰撞并聚積，生成直徑較大粒子，然后沉降。同時超聲波空化作用將產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 微波脫水實驗

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

實驗室取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。實驗顯示，沒有發現明顯的油水分離現象。即破乳劑+微波輔助破乳對大港油田棗園地區老化油基本無效。老化油中乳狀液膜結構實驗采用的微波強度和持續時間不足以將此破壞。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生聚并，水滴也難以迅速沉降。

2.4 離心脫水實驗

采用離心機脫水是分離液固混合物的常用方法。實驗室取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，離心機轉速1600 r/min的條件下進行實驗（表1）。實驗結果顯示：50℃時，樣品經過1600 r/min；離心15 min，油中含水能夠控制在2.0%以內。機械雜質基本分出、水色較清。由此可見，高速離心機可以使得復雜乳狀液體系中的水滴快速下沉，相應的分離速度也會提高很多。進行不同條件的離心脫水實驗。

表1 離心脫水實驗結果 單位：%

2.5 超聲波+熱化學沉降+離心分離實驗

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，對樣品進行離心處理時間為10 min，分出油、水、固體三相。實驗后測定分離得到的油中含水量在1%以內（表2）。實驗結果表明超聲波+熱化學沉降+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+熱化學沉降+離心分離實驗

常規熱化學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+熱化學沉降+離心處理，不需要對老化油進行加熱，老化油原始溫度為50℃，能耗為0.04 kWh，即144×103J。則每處理1 kg老化油較常規熱化學沉降處理法節約能量24 kJ。

3 結論

1）大港油田棗園地區老化油呈現復雜的油包水、水包油多重乳化結構、且含油泥、瀝青等固相顆粒，含水約27%～32%，無機物含量約11.7%，蠟、膠質瀝青質含量合計48.89%。

2）常見破乳劑、微波破乳技術對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，以1600 r/min的轉速離心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+熱化學沉降+離心分離處理能得到含水較低的原油，油中含水可達到1%，每處理1 kg老化油較常規熱化學沉降處理法節約能量24 kJ，而且可分離出較清澈的水。