海上某高含水油田破乳劑優化

魏 強，石華前，曾 喆

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

隨著開發程度的提高，中國大部分的海上油田均已經進入了開發生產的中后期，采出液的含水量激增，乳化狀態也越來越復雜，變得越來越難以處理，給原油的正常生產帶來了許多不確定性。因此，對海上油田應用的化學劑，特別是破乳劑的性能提出了更高的要求，許多研究人員都對破乳劑結構與采出液組成之間的關系進行過深入探討[1-4]。

南海某油田的原油屬于高含蠟（含蠟29%，含瀝青1.9%）的中輕質原油，平均密度約為0.87 g/cm3，相對較小，且沒有實施三次采油的措施，因此，從絕對的處理難度上講，屬于比較容易脫水的原油采出液。但由于該油田采出液含水量高達90%以上，采出液流速快、受到的剪切力強，再加上原油的重化，因此，該油田的采出液實際上是脫水易、脫凈難，即在短的處理時間內達到高的脫水率比較難。而且，由于產水量已經接近甚至超過了油田水處理設施的設計處理量，污水的處理時間大大減少，在油水一級分離器，出口含油值越來越高，污水處理的難度直線上升。

該高含水油田原來使用的破乳劑為酚胺樹脂基聚醚（代號HYP-36A）。前期，該產品很好的滿足了油田現場的處理要求，但隨著油田采出液的復雜化，已經變的越來不適應現場要求，具體表現是脫出污水含油高、凈化油含水高。這就使得油田生產方不得不通過大量使用破乳劑和清水劑的方法來達到原油和污水的達標處理，給油田生產方造成了一定的成本壓力。

因此，本研究的主要目的就是針對南海某高含水油田采出液處理面臨的問題，從破乳劑配方優化入手，通過脫水組分與凈水組分的優選與復配，提高采出液的脫水速度和脫水率，降低外排污水的含油值，提升系統整體處理效率。

1 實驗部分

1.1 脫水組分的選擇

酚胺樹脂基聚醚破乳劑HYP-36A在現場使用中存在的主要問題是脫出污水含油高、凈化油含水高，而在脫水速率并沒有明顯不足。文獻認為，通過交聯對聚醚進行改性可能提高聚醚的相對分子質量，從而提高其絮凝能力，有助于提高其脫水速度和脫水深度，因此，本研究中參考文獻[5，6]方法，分別采用TDI和丙烯酸對HYP-36A的主劑酚胺樹脂基聚醚進行了改性優化，分別合成了TDI用量分別為2%和4%、丙烯酸用量分別為4%和8%的四個交聯改性聚醚樣品（分別命名為樣品A、B、C和D），并在該油田現場采用新鮮油水樣，參照行業標準《SY/T 5281-2000原油破乳劑使用性能檢測方法（瓶試法）》的規定對它們進行了評價，目的是選出脫水速率和脫水深度俱佳的組分，試驗結果（見表1）。

從表1中可以看出，與原用破乳劑相比，采用TDI交聯改性的兩個樣品在脫水速率方面提升不明顯，但在降低凈化油含水率方面效果明顯，特別是TDI用量為4%的樣品B，可將凈化油含水率降低50%左右；而采用丙烯酸交聯改性的樣品的性能則更為突出，特別是丙烯酸用量為4%的樣品C，不但脫水速率明顯優于原用破乳劑，而且其降低凈化油含水的能力也更為強勁，使凈化油含水降低了近三分之二；丙烯酸用量為8%的樣品D在降低凈化油含水方面同樣突出，但可能是由于交聯度過大，破乳劑相對分子質量太大，導致其在水中的擴散性能下降，結果就是其脫水速率與樣品C相比反而略有下降。因此，本研究中，選擇樣品C作為脫水組分。

在脫水完成后，從各平行樣中水色較為“干凈”的一個試樣瓶的中部取樣，采用紅外光譜法測試其含油值，結果（見圖1）。

從圖1中可以看出，與原用破乳劑相比，加入交聯改性的聚醚破乳劑的樣品瓶中的水色稍有變清，這表明交聯改性可以提高聚醚的清水能力，這與交聯后聚醚的相對分子質量增加，絮凝能力增強有關。但在本研究中，交聯對破乳劑清水能力的提升有限，脫后污水含油的降低并不十分明顯。

表1 不同方法改性的酚胺樹脂基聚醚破乳性能評價

圖1 不同方法改性的酚胺樹脂基聚醚對脫后污水含油的影響

圖2 不同凈水劑對采出液脫水后污水含油的影響

1.2凈水組分的選擇

酚胺樹脂基聚醚破乳劑HYP-36A在現場使用中存在的一個主要問題是脫出污水含油高，因此在通過交聯改性提升聚醚的凈水能力效果不明顯的情況下，有必要通過復配來對配方的凈水能力進行優化。本實驗中，選擇了五種常用的凈水劑，分別為1#（AE121，有效含量 30%）、2#（SP169，有效含量 30%）、3#（陽離子丙烯酰胺共聚物A，有效含量25%）、4#（陽離子丙烯酰胺共聚物B，有效含量22%）和5#（聚合氯化鋁，有效含量20%）。使用前，先用去離子水或乙醇-水混合液將它們稀釋到10%。實驗時，先將各凈水劑按設定的加劑濃度（10 mg/L）加入到離心瓶中，直接在油田現場管匯處接取約80 mL未加任何藥劑的產液，振蕩100下，進行目視觀察，結果（見圖2），其中對比樣是指未加凈水劑的樣品。

從圖2可以看出，與未加凈水劑組分的參比樣相比，加入3#試樣的凈水效果最明顯，其次是加入2#的試樣，加入這兩個凈水劑后，脫水污水水質明顯改善；而加入1#、4#和5#的試樣中，水質改善不明顯。因此后繼實驗中，將選擇2#和3#作為凈水組分，與前面優選出的脫水組分樣品C進行復配，以提高配方的整體性能。

1.3 破乳劑配方的確定

首先，將脫水組分樣品C分別與凈水組分2#和3# 按 9：1、8：2 和 7：3的比例混合，置于 100 mL 比色管靜置24 h觀察配方的穩定性。結果發現，3#凈水劑與樣品C無法混合，相遇即形成白色黏稠液體；而樣品C與2#凈水劑的比例為7：3的配方也會發生分層，只有樣品C與2#凈水劑的比例為9：1和8：2的兩個配方可以穩定存在。因此，選擇這兩個配方進行最終的配方性能驗證，分別命名為C291和C282。

然后，以4個容積為1 L的藍蓋試劑瓶作為脫水瓶，按設定的加劑濃度（100 mg/L）分別加入用乙醇稀釋成10%的原用破乳劑、樣品C、C291和C282，直接在油田現場管匯處接取約800 mL未加任何藥劑的產液，振蕩100下，進行目視觀察，20 min后，從上層油樣中部取樣測試凈化油含水值，從水相中部取樣測試污水含油值，結果（見圖3）。

圖3 不同優化配方的油水分離效果

從圖3中可以看出，加入C291和C282的瓶中脫出水的水色明顯優于原用破乳劑，也明顯優于樣品C；且從凈化油含水數據可知，加入C291和C282的瓶中的凈化油含水值與樣品C相比沒有明顯降低，這表明脫水組分與凈水組分復配后起到了一定的協同作用。從C291和C282的對比可知，二者性能基本相當，且均大大優于原用破乳劑。考慮到凈水組分含量較高時，配方可能會不穩定，因此，最終選擇C291作為優化配方。

2 現場應用

為驗證優化后配方效果，將優化配方C291在該高含水油田現場進行了應用實驗，實驗期間，外輸原油含水、外排污水含油變化情況（見圖4）。

從圖4中可以看出，C291切入后，兩個外排點的水中含油值分別從15 mg/L和24 mg/L左右降低到了7 mg/L和9 mg/L左右，外輸原油含水也從0.4%～0.6%逐步降低到0.05%，表明破乳劑C291的凈水和脫水效果突出；而且，在破乳劑用量從140 mg/L逐步降低到78 mg/L的情況下，外排污水含油和外輸原油含水指標也基本保持不變。這表明，優化配方C291的綜合性能大大優于原用破乳劑。

目前，優化配方C291已經在該高含水油田實現工業應用，效果穩定。

3 結論

（1）通過交聯改性，特別是丙烯酸交聯改性可以明顯提高酚胺樹脂基聚醚對某海上高含水油田產出液的脫水速率和脫水深度。

（2）在將丙烯酸交聯改性的酚胺樹脂基聚醚與聚醚型凈水劑SP169按適當比例復配后，優化配方可在保持脫水性能不變的情況下，凈水能力得以大大提升。

圖4 優化配方在油田現場實驗效果