伊拉克米桑油田破乳劑的評價與應用*

李湘山，魏 強，陸 原，郭海軍

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津300452）

米桑油田位于30多年前兩伊戰爭的主戰場［1］，2011年中海油伊拉克公司成為作業者后，計劃6年內將該油田群的產量從10萬桶/天提高到45萬桶/天。米桑油田在用破乳劑為Baker公司產品RP-968，產品性能一般，加上處理設備老舊，外輸原油含鹽量極不穩定，外輸原油鹽含量經常高于合同規定的28 mg/L的要求［2］，影響油田提產計劃，亟需優化破乳劑。米桑油田原油主要處理流程為［3-6］：不同脫氣站來液匯集成4條管匯進入終端廠，經加熱器加熱至80℃后，進入水洗罐，沉降脫水約15數20 h，水洗罐分離出來的原油進入兩級電脫鹽設備摻水洗鹽，合格的脫鹽原油輸送至儲罐后外輸。米桑油田原油鹽含量高達17 g/L，要實現外輸原油含鹽小于28 mg/L，難度較大。

脫鹽主要是脫水溶性的鹽，如NaCl等，這些鹽存在于原油中的水相［7-11］，因此原油脫水和脫鹽是一致的。理論上通過絕對脫水可以實現絕對脫鹽，但實際應用中，絕對脫水幾乎是不可能的或者是不經濟的，因此一般采用摻水洗鹽的方法來稀釋原油中水的含鹽量，在相同脫后含水率的情況下實現更高的脫鹽率。摻水洗鹽的過程就是用淡化水（低含鹽）與原油混合，混合越均勻，洗鹽效果越理想，但乳化程度也越高，破乳脫水難度也相應增加。因此，使用破乳脫水效果好的破乳劑，既可滿足摻水洗鹽工藝，又可降低脫后原油的含鹽量。針對米桑油田原油脫鹽經常不達標的問題，通過提高破乳劑脫水速度和脫水率，盡可能降低外輸原油鹽含量，使伊拉克米桑油田外輸原油含鹽量不高于合同規定的28 mg/L。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

破乳劑RP-968，米桑油田在用破乳劑，美國貝克休斯公司；破乳劑YFPC-140、YFPC-539、YFPC-541、YFPG-205、YFPG-242，分別為脂肪胺、烷基酚醛樹脂、烷基酚醛樹脂、多元醇、酚胺樹脂型聚醚破乳劑，均為公司自產且應用效果較好的產品；復配破乳劑P-16，由YFPC-539和YFPG-205按質量比3∶1組成；復配破乳劑P-43由YFPC-541、YFPG-242、YFPC-140按質量比4∶1∶0.5組成；實驗用油為米桑油田生產管匯未加破乳劑混合原油，含蠟7.48%、瀝青質11.39%、膠質6.46%，原油API密度為20.73，綜合含水5%；米桑油田洗鹽水，Cl-≤200 mg/L，Na+≤130 mg/L。

100 mL刻度脫水瓶，美國Robinson公司；搖架，定制，2排每排6格，配合脫水瓶使用；SH-II型電脫鹽試驗儀，洛陽市分析儀器廠；Julabo TW8恒溫水浴槽，德國Julabo公司。

1.2 實驗方法

（1）瓶試法

參照石油天然氣行業標準SY/T 5280—2018《原油破乳劑通用技術條件》評價破乳劑的破乳脫水效果?？紤]到米桑油田原油處理流程與煉油廠電脫鹽預處理工藝類似，重點在于摻水洗鹽，故對部分評價條件進行了調整。在裝有實驗用油的脫水瓶中加入6%洗鹽水和規定濃度的破乳劑，用搖架乳化混合規定次數，然后置于規定溫度的恒溫水浴中，記錄90 min（基于公司電脫鹽破乳劑評價方法和經驗）內不同時間脫出水的體積，并觀察脫出水水質和油水界面狀況。

（2）電脫法

電脫鹽工藝中電場的作用非常明顯。采用電脫鹽試驗儀對瓶試法優選出的破乳劑進行破乳脫水效果驗證。在裝有實驗用油的脫水瓶中加入6%洗鹽水和規定濃度的破乳劑，用搖架乳化混合規定次數，然后置于規定油浴溫度的電脫鹽試驗儀中，記錄規定時間內脫出水的體積。

（3）含水率和含鹽量的測定

現場試驗期間，為保證數據客觀，原油含水率和含鹽量的測定均由伊拉克米桑油田化驗員完成。參照標準分別為 ASTM D4007-11［12］和 IP 77/72［13］。

2 結果與討論

2.1 脫水溫度的影響

在破乳劑RP-968質量濃度為80 mg/L、乳化150次的條件下，溫度對RP-968脫水效果的影響見圖1。隨著脫水溫度的升高，RP-968脫水量總體呈上升趨勢。溫度升高有利于降低原油黏度、增加油水密度差等，這些因素都利于提升破乳脫水效果［14-16］。60℃下的脫水速率和脫水量明顯高于50℃。在60數80℃區間，隨著溫度上升，脫水速率和脫水量有所上升，但受溫度的影響程度變小。盡管米桑油田經加熱器正常加熱可達80℃，但由于部分加熱器老舊，需要經常維修，實際加熱后溫度一般在60數70℃。結合圖1和米桑油田的實際工況，破乳劑評價中適宜的溫度設定為60℃，以滿足不理想工況條件下的脫水需求。

圖1 破乳劑RP-968在不同溫度下的脫水效果

2.2 乳化次數的影響

圖2 破乳劑RP-968在不同乳化次數下的脫水效果

在破乳劑RP-968質量濃度為80 mg/L、溫度為60℃的條件下，乳化次數對RP-968脫水效果的影響見圖2。隨著乳化次數的增加，乳化強度增加，導致脫水難度增加，RP-968脫水量和脫水速率總體呈下降趨勢。乳化50次的脫水速率和脫水量明顯高于乳化100次。米桑油田原油處理的主要目的是摻水洗鹽，在破乳劑能充分脫水的前提下，理論上乳化強度越大、混合得越均勻，脫鹽越徹底。結合圖2和煉油廠電脫鹽預處理破乳劑評價經驗，破乳劑評價中適宜的乳化次數為150次。

2.3 評價條件的確定

通過考察脫水溫度和乳化次數，確定了瓶試法的基本評價條件：破乳劑質量濃度為80 mg/L，評價溫度為60℃，乳化次數為150次。從圖3可以看出，在該評價條件下，破乳劑破乳性能區分明顯。YFPC-140、YFPG-205破乳脫水效果明顯差于在用破乳劑RP-968，而YFPC-539、YFPC-541和YFPG-242則明顯優于RP-968。因此，在該條件下完成了米桑油田原油破乳劑樣品的評價工作，從中選出一些具有不同特點的破乳劑樣品，作為破乳劑復配的基礎。

圖3 不同破乳劑的脫水效果

2.4 破乳劑的復配

破乳劑復配的主要目的是提升破乳劑的綜合性能，即實現更快的脫水速率、更高的終脫水量和更好的脫出水水質。復配的主要依據包括：（1）不同類型破乳劑復配，比如烷基酚醛樹脂型聚醚破乳劑和多元醇類聚醚破乳劑復配；（2）不同脫水特點破乳劑復配，如初脫水速率慢、終脫水量大的破乳劑和初脫水率快、終脫水量一般的破乳劑復配，以及綜合脫水性能最優和最差破乳劑復配；（3）不同脫出水水質破乳劑復配，如脫出水水質干凈和水質臟的破乳劑復配。由圖4可見，在乳化劑評價條件下，以YFPC-539和YFPC-541為主劑，通過破乳劑復配優選出了初脫水速率快、終脫水量大和脫出水水質干凈的復配破乳劑P-16和P-43。復配破乳劑P-16和P-43的綜合性能明顯優于主劑YFPC-541和YFPC-539，遠優于在用破乳劑RP-968。

2.5 破乳劑配方優選

在破乳劑質量濃度80 mg/L、溫度60℃、乳化次數200次的條件下，采用SH-II型電脫鹽試驗儀對瓶試法選出的破乳劑復配樣品P-43和P-16進行破乳脫水效果驗證，結果見圖5。用瓶試法測得破乳劑P-43和P-16的脫水效果基本相當，90 min脫水量分別為2.6 mL和2.5 mL，明顯高于在用破乳劑RP-968的1.1 mL；電脫法（電場強度為1000 V/cm）測試結果表明，破乳劑P-43稍優于P-16，電脫法20 min脫水量是瓶試法90 min脫水量的2倍多，分別達5.5 mL和5.4 mL，明顯高于RP-968的4.8 mL?；谏鲜鰯祿?，破乳劑復配樣品P-43作為米桑油田現場試驗的推薦破乳劑，對應產品型號為HYP-243。

圖4 復配破乳劑的脫水效果

圖5 瓶試法和電脫法測得破乳劑的脫水效果

2.6 現場應用

為解決米桑油田外輸原油含鹽偏高問題，用破乳劑HYP-243進行了現場試驗。試驗期間，破乳劑濃度、外輸原油含鹽、水洗罐出口原油含鹽變化情況如圖6所示。2月21日至3月3日加注在用破乳劑RP-968（85 mg/L，基于產油），水洗罐出口原油含鹽平均值為573 mg/L，外輸原油含鹽平均值為36 mg/L。由圖6可見，3月4日破乳劑HYP-243切入并穩定加注后，3月4日至3月7日水洗罐出口原油和外輸原油含鹽呈下降趨勢。但3月8日至3月20日含鹽飆升，水洗罐出口原油含鹽平均值升至1360 mg/L，外輸原油含鹽平均值升至102 mg/L，主要是由設備故障導致，期間發生多次加熱器故障、洗鹽水管線故障等。3月21日至4月7日設備基本正常運行后，水洗罐出口原油含鹽平均值降為358 mg/L，外輸原油含鹽平均值降至22 mg/L。剔除設備故障影響，破乳劑由RP-968切換為HYP-243后，加注濃度降低了10 mg/L，水洗罐出口原油含鹽平均值降低215 mg/L，外輸原油含鹽平均值降低14 mg/L，表明破乳劑HYP-243的洗鹽效果明顯優于在用破乳劑RP-968，并且在設備正常運行的條件下，能夠滿足外輸原油含鹽小于28 mg/L的控制指標。目前，破乳劑HYP-243已經在伊拉克米桑油田成功應用，效果良好。

圖6 破乳劑濃度、外輸原油與水洗罐出口原油含鹽量隨試驗時間的變化

3 結論

用瓶試法通過考察脫水溫度和乳化次數對破乳劑脫水效果的影響，確定了米桑油田原油破乳劑的評價條件，對評選出的破乳劑復配得到脫水速率快、終脫水量大和脫出水水質干凈的復配破乳劑HYP-243，其破乳效果優于在用破乳劑RP-968。在米桑油田現場試驗中，HYP-243加量為75 mg/L時的洗鹽效果顯著，與在用破乳劑RP-968相比，加注濃度降低了10 mg/L，水洗罐出口原油含鹽平均值降低215 mg/L，外輸原油含鹽平均值降低14 mg/L，外輸原油含鹽平均值降至22 mg/L，滿足米桑油田外輸原油含鹽小于28 mg/L的控制指標，有利于米桑油田增產計劃的順利實施。