油田老化油處理技術研究

黃港港

（西安石油大學，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場的產量需求，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合驅等技術的應用在一定程度上導致了油田老化油的含量隨時間不斷積累增多。考慮到老化油中含有大量的雜質、膠團以及聚合物，其理化性質十分穩定，用常規的處理方法收效甚微。因此，油田老化油的處理任務一直擺在油田開發過程中的關鍵位置[1,2]。有效處理老化油，對于提高油田原油利用效率、保護環境、獲得良好的經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雜，主要來自于集輸系統、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藥劑，老化油的乳化程度會迅速提高。另一方面，老化油內部含有的雜質、懸浮物在金屬氧化物、硫化物膠團的作用下，其穩定性將進一步提升[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；

2）原油開采過初步處理過程中，加入不同種類的化學藥劑之間發生反應；

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，與一些顆粒物質結合形成了結構穩定、機械強度大、界面張力大的空間結構；

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

5）破乳劑使用不當；

其危害也可總結為以下幾點[3]：

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

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

4） 老化油的存在會導致輸油管罐壁結垢，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

傳統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和方法作以梳理：

2.1 微生物處理技術

該方法的原理是通過在老化油中加入微生物發酵培養液，利用微生物自身的新陳代謝和代謝產物（生物表面活性劑） 實現老化油破乳的目的。破乳機理主要有增溶機理、變形機理、相轉移機理等。早在19世紀90年代，國外已經發現某種微生物發酵液具有高效破乳作用。之后經過我國四川大學曾里、同濟大學楊葆華、東華大學周勁，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，對環境友好且能耗低，應用前景廣闊，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

國外的裂解技術主要有MaxofinTM工藝、PYPOCAT技術、NEXCC工藝等，國內自主研發的裂化技術有催化裂解（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動機中與純柴油進行燃料性能測試及對比，由測試結果可知混合燃料在一定程度上可實現滿足實際的動力需求（圖1）。并且在發動機高負荷運轉時，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。該方法能夠將老化油充分回收利用，能夠產生良好的經濟效益，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

二氧化氯廣泛應用于我國的供水系統、醫療廢水處理系統等，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和含硫雜質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，實現老化油的破乳脫水。當獨立水相產生之后，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，并且已經在生活中得到了廣泛應用，其成本較低，應用前景廣闊。

圖2 老化油油相中聚合物濃度變化曲線圖

2.4 傳統離心技術的改進

2015年6月安塞油田首先使用“電脈沖振蕩+翼片框離心”工藝技術來處理油田老化油，經理論和實驗研究發現，一級離心的處理效果較好，但是設備長時間運轉之后會出現老化油絮狀物、膠質、雜質堵塞離心機的情況，并且離心設備無法自主排出堵塞物，導致離心機無法連續運轉[5]。為使得離心機連續正常工作并且滿足老化油的處理指標，結合實驗失敗后吸取的經驗，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別在于重點考慮去除離心機堵塞物，實現設備的持續運轉。在使用翼片框離心機脫水、脫蠟之前，反復使用螺旋離心機脫出老化油內含有的雜質、膠團、絮狀物。經室內實驗和油田現場處理結果可知，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、處理效率和數量的要求。

該方法的優點是老化油處理數量大、處理速度快、設備能夠連續工作。缺點是設備一次性投資大，倘若給各聯合站都配備相同的設備，會導致處理成本的迅速增加。因此，考慮將各聯合站內老化油統一集中到某個聯合站內，或者將設備撬裝化改裝，在各聯合站內流動作業，這樣既可節約成本，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

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電場破乳實驗設備為圖3所示的靜態靜電聚結器。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]。

由實驗數據可知，高頻/高壓電場能夠促進水顆粒的不斷聚結、長大，但是過高頻率和電壓也會導致原有水顆粒破碎，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，但是考慮到設備成本及操作問題，目前還未技術推廣。

圖3 靜態靜電聚結破乳實驗裝置示意圖

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

3 結語

油田老化油的回收處理工作是目前我國油田實現節能減排目標的重要內容，通過采用高效、節能、低成本的新型處理工藝可實現將老化油“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、滿足社會發展的實際需求都會產生積極作用。