姬塬油田原油脫水影響因素與處理技術研究

楊金峰，樊文娟，茍利鵬，周 江，姬忠文，張 滿，安二亮

（中國石油長慶油田分公司第五采油廠，陜西西安 710200）

隨著油田深入開發，原油中泥沙、膠質、瀝青質、石蠟、聚合物等非油組分含量上升，原油黏度增大、油水密度差減小，促進了油水乳狀液的形成，嚴重影響原油脫水效果。實際生產中，油水界面處易形成穩定的油包水、水包油、多重乳化原油。由于乳狀液是復雜的分散體系、原油物性復雜多變、破乳劑適應性較差，導致油水分離效果差。為確保原油含水合格，大都采用升高溫度、增大破乳劑投加量的方式進行處理，導致原油損耗大、能耗高、加藥濃度超標、處理成本高。因此，需對原油脫水影響因素進行分析，并根據實際生產情況優化原油脫水處理技術。

1 原油脫水影響因素

1.1 原油物性的影響

原油物性影響乳狀液的穩定性，原油中的泥沙、雜質吸附在油水界面，會阻礙水滴聚合、沉降，提高了乳狀液的穩定性[1]。膠質、蠟質含量越大，原油密度和黏度越大，摩阻越大，液珠間的碰撞聚結越難，油水分離過程中油滴上浮速度減慢，造成油水分離效果差。

1.2 破乳劑的影響

油水界面膜是影響乳狀液穩定性的重要因素[2]，破乳劑通過吸附在油水界面，取代界面粗乳化劑（瀝青質、蠟質、黏土顆粒等），降低界面膜強度、溶解乳化膜、增大液滴間聚結力、加快液滴間的聚結，在油、水密度差的作用下實現油水分離[3]。破乳劑的相對分子質量越大、吸附性能和絮凝聚結作用越強、投加濃度越高，脫水效果越好。實際生產中使用的高相對分子質量破乳劑是針對某種特定性質的原油脫水，隨著原油物性的不斷變化，其脫水性能變差。因此，需定期根據原油物性優化破乳劑成分（見圖1）。

圖1 不同濃度破乳劑條件下原油乳狀液液滴變化微觀照片

1.3 溫度的影響

通常，溫度越高，原油乳狀液黏度越低，水滴運動的摩擦阻力越小，小液滴越容易聚集沉降，油水分離效果越好。同時，溫度升高，會提高原油中膠質、瀝青質等溶解度，降低乳狀液界面膜機械強度，增大油水密度差，油水分離效果好。但是，提高溫度會造成原油損耗增大、加熱設備能耗大。因此，需選擇低溫下破乳性能好的藥劑。

1.4 脫水工藝的影響

姬塬油田原油脫水工藝采用“末端集中加藥+管道破乳+大罐沉降”處理工藝，主要是單井、增壓點、轉油點混合來液進入聯合站，在總機關處集中投加破乳劑后經加熱爐加熱后進入沉降罐進行油水分離。該處理工藝主要采用重力沉降、化學破乳原油脫水處理技術，實際生產中，聯合站末端原油脫水負荷大，沉降罐底部油泥沉積易造成有效容積減小，原油沉降時間較短，易在油水界面處形成穩定的乳狀液，導致油水分離效果差、乳狀液難以處理、破乳劑投加濃度超標。

2 原油脫水處理技術

2.1 原油物性分析

針對原油物性復雜多變、破乳劑適應差的問題，首先對原油物性進行分析。通過采用密度計、黏度測定儀、凝點測定儀分別對原油密度、黏度、凝點進行測定，原油中蠟質含量、瀝青質含量按照SY/T 7550-2012 標準進行測定。

選取12 座脫水站點原油進行物性分析，結果表明：原油密度≤0.87 g/cm3、黏度≤7.8 mPa·s、凝點≤25 ℃、蠟質含量15 %～20 %、瀝青質含量0.6 %～3 %。因此，姬塬油田原油屬于輕質、石蠟基原油，環烷基含量較高，具體結果（見表1）。

原油物性分析結果表明：潤濕性能和滲透性能高、活性強、絮凝聚結作用強的高分子水溶性破乳劑適用于姬塬油田原油脫水處理。

2.2 配方優化技術

選用以醇類、胺類為起始劑的嵌段聚醚進行復配研究。在155 ℃條件下，反應釜內通過調整中間體環氧丙烷、環氧乙烷比例，同時添加醇胺（2.5 %）、提高固含量（45 %增加至55 %），復配出9 種破乳劑。

在溫度40 ℃，破乳劑投加濃度120 mg/L 條件下，按照GB/T 8929-2006《原油含水量的測定-蒸餾法》、SY/T 5281-2000《破乳劑使用性能檢驗方法（瓶試法）》、SY/T 5280-2000《原油破乳劑通用技術條件》，應用復配的9 種破乳劑，對J2 聯擴、J10 聯、J15 轉3 座站點含水原油進行破乳劑篩選實驗評價，篩選出脫水率高、脫水速度快、油水界面齊、脫出水含油量低的高效破乳劑，具體結果（見表2）。

表1 原油物性分析表

表2 破乳劑配方優化篩選統計表

實驗結果表明：通過調整中間體含量、添加醇胺和提高固含量，復配優化后，破乳劑性能明顯提升。其中：J2-7、J10-1、J15-1 型破乳劑5 min 脫水率均大于80%、60 min 脫水率均大于96 %，且油水界面齊、脫出污水清澈，性能較好，可適用于3 座站點原油脫水。

2.3 前端加藥技術

針對末端破乳劑投加濃度高、處理負荷大、脫水時間短的問題，對J1 聯、J5 聯等4 座脫水站前端26 座增壓撬、增壓點、轉油站實施前端加藥技術，同時優化原油脫水工藝，采用“前端加藥+管道破乳+三相分離器脫水”處理工藝。通過在增壓撬、增壓點、轉油站總機關處投加破乳劑，投運脫水站三相分離器進行脫水，以延長破乳時間、降低末端沉降罐脫水負荷、提高油水分離效果、降低破乳劑投加濃度。

優化前后，站點原油脫水處理工藝流程示意圖（見圖2、圖3）。

2.4 低溫破乳技術

首先，利用黏度測定儀，按照原油的黏度范圍，采用“單剪速模擬測量”的方法，測定現場降溫過程中，M脫水站、J14 轉、J20 轉3 座脫水站點原油在不同溫度下的黏度。通過對原油黏溫性能進行研究，以確定低溫破乳劑可達到的最低溫度，3 座站點原油黏溫曲線（見圖4）。

圖2 優化前站點原油脫水處理工藝流程示意圖

圖3 優化后站點原油脫水處理工藝流程示意圖

圖4 原油黏溫曲線圖

由黏溫曲線可知：隨著溫度的降低，原油黏度逐漸增大，當溫度降至某一特定溫度時，原油黏度迅速增大。當M 脫水站、J14 轉、J20 轉溫度分別高于37 ℃、34 ℃、33 ℃時，原油黏度均小于10 mPa·s。考慮到原油凝點在20 ℃左右，確定3 座站點低溫破乳劑的最低破乳溫度分別為37 ℃、34 ℃、33 ℃。

在140 ℃條件下，反應釜內通過調整破乳劑合成中的起始劑及中間體比例、添加磺酸（3 %），復配出9種低溫破乳劑。

然后，在溫度為37 ℃、34 ℃、33 ℃，破乳劑投加濃度120 mg/L 條件下，按照GB/T 8929-2006《原油含水量的測定-蒸餾法》、SY/T 5281-2000《破乳劑使用性能檢驗方法（瓶試法）》、SY/T 5280-2000《原油破乳劑通用技術條件》，應用復配的9 種低溫破乳劑，對M 脫水站、J14 轉、J20 轉含水原油進行低溫破乳劑篩選實驗評價，篩選出脫水溫度低、脫水率高、脫水速度快、油水界面齊、脫出水含油量低的低溫破乳劑，具體結果（見表3）。

表3 低溫破乳劑配方篩選統計表

表4 高效破乳劑應用效果統計表

實驗結果表明：M-1、J14-5、J20-7 型3 種低溫破乳劑脫水效果較好，5 min 原油脫水率均達到81 %以上、60 min 原油脫水率均達到98 %以上，脫水速度快、脫水率高、油水界面齊且脫出污水清，室內評價結果性能較優。

3 礦場應用

3.1 高效破乳劑應用

通過配方優化技術研究，將室內篩選出的J2-7、J10-1、J15-1 型3 種配方優化后破乳劑分別在J2 聯擴、J10 聯、J15 轉進行礦場實驗，結果（見表4）。

礦場實驗表明：J2 聯擴加藥濃度由202 mg/L 降至146 mg/L，J10 聯加藥濃度由221 mg/L 降至147 mg/L，J15 轉加藥濃度由261 mg/L 降至109 mg/L。3 座站點破乳劑投加濃度平均下降94 mg/L，日減少加藥量380 kg，年節約費用164.2 萬元。因此，3 種高效破乳劑脫水效果較好、性能較優、現場適用性較好。

3.2 前端加藥技術應用

通過實施前端加藥、優化站點原油脫水處理工藝，4 座脫水站點投加實驗結果（見表5）。

礦場實驗表明：通過前端加藥、工藝優化，4 座站點破乳劑投加濃度平均下降83 mg/L，日減少加藥量720 kg，年節約費用311 萬元。因此，通過前端加藥技術，可有效降低脫水站點破乳劑投加濃度，現場應用效果較好，經濟效益顯著。

表5 前端加藥技術應用效果統計表

3.3 低溫破乳劑應用

通過低溫破乳技術研究，將室內篩選出的M-1、J14-5、J20-7 型3 種低溫破乳劑分別在M 脫水站、J14轉、J20 轉進行現場投加實驗，結果（見表6）。

表6 低溫破乳劑應用效果統計表

由應用效果可知：投加后，M 脫水站運行溫度由44 ℃降至39 ℃，加藥濃度降低83 mg/L；J14 轉運行溫度由38 ℃降至34 ℃，加藥濃度降低63 mg/L；J20 轉運行溫度由36 ℃降至33 ℃，加藥濃度降低54 mg/L。3座站點破乳劑投加濃度平均下降66 mg/L，日減少加藥量200 kg，年節約費用86.4 萬元。因此，3 種型號低溫破乳劑現場應用效果較好，可有效降低站點運行溫度、破乳劑投加濃度，節能降耗效果顯著。

4 結論

（1）配方優化技術：篩選過程方便、易實施，但原油物性、含水變化易造成波動，穩定性差。根據原油物性，通過調整干劑聚醚比例、提高有效固含量、定期優化配方，可有效降低加藥濃度及加藥量。

（2）前端加藥技術：可有效延長破乳時間、降低末端處理負荷，適用于大部分脫水站點。通過實施前端加藥、優化處理工藝，能夠大幅降低加藥濃度及加藥量，尤其是對以三相分離器脫水為主的站點效果更加顯著。

（3）低溫破乳技術：站點運行溫度降低，可有效降低原油損耗和加熱設備能耗。通過應用低溫高效破乳劑，可有效解決因站點溫度低導致加藥濃度高的問題，節能降耗效果顯著。