大慶油田高乳化陳舊原油有效處理工藝技術評價

劉琴 張冰 張軒維 冷冬梅

1大慶油田設計院有限公司

2中交第四航務工程勘察設計院有限公司

高乳化陳舊原油是指油水乳化嚴重且放置時間相對較長的原油。集輸系統內的高乳化陳舊原油主要有三個來源：從脫水轉油站內污水沉降罐上部回收的污油；從污水處理站除油罐回收的污油；從污水處理站過濾罐反沖洗后進回收水池內回收的污油[1]。這類原油由于成分復雜，含有許多導電性較強的FeS等機械雜質，乳化嚴重，導電性強，往往會導致電脫水裝置出現頻繁跳閘甚至垮電場，造成脫水電場運行不平穩，給生產帶來很大的問題。同時，高乳化陳舊原油占用了采出液處理設備的處理空間，降低了設備處理量，使脫水溫度升高并造成處理劑用量增加，增加了處理成本，還加大采出液處理難度，導致電脫水器處理后油、水超標，給生產管理帶來很大困難[2]。各采油廠處理高乳化陳舊原油主體工藝流程不統一，配套性和適應性差，沒有形成完善的處理工藝及處理設備。因此，優選和完善一套適合處理大慶油田高乳化陳舊原油的工藝技術和設備，徹底解決油田回收高乳化陳舊原油的困難，才能夠確保油、水質達標，同時為各聯合站原油安全生產、平穩運行創造有利條件。

1 處理工藝及適應性評價

1.1 國內外處理工藝

國外在高乳化陳舊原油處理難度大的油田均建有專門的處理系統。這些系統大多先采用離心分離工藝，再將分離出的固體雜質進行焚燒或生物無害化處理。對于瀝青質含量高、化學處理難度特別大而又沒有被污染的原油，則自然風化后用于鋪路。

目前國內處理高乳化陳舊原油的主要方法包括回摻和混摻法[3]、加熱沉降[4]（包括采用老化油單獨處理裝置[5]）、電場處理、生物處理[6]、離心分離[7]、超聲波處理[8]、負壓脫水[9]、熱化學+機械離心[10]等。

1.2 大慶油田高乳化陳舊原油處理工藝及現狀

大慶油田的55 座脫水站在系統內年產生的高乳化陳舊原油量約為42×104t。為實現外輸油品品質達標，大慶油田從2005 年起就將高乳化陳舊原油與正常原油處理流程分開，有28 座脫水站建有單獨高乳化陳舊原油處理工藝。其中，95%的站采用了熱化學沉降方法，個別站采用了電化學脫水法及離心法處理高乳化陳舊原油，其他無高乳化陳舊原油處理工藝的脫水站主要采取混摻或回摻的處理工藝。

經多年運行，高乳化陳舊原油系統逐漸暴露出各種影響生產的問題：處理工藝適應性差，處理效果不適應生產需求；小型現場試驗中采用的設備、處理效果和適應性需要進行現場試驗來驗證；各廠采用的處理工藝流程不統一，配套性、完善性和適應性差，部分處理設備運行不正常等。

1.3 高乳化陳舊原油的處理工藝效果評價

對大慶油田在運的22 座高乳化陳舊原油處理站的處理工藝效果進行了評價（表1）。

表1 高乳化陳舊原油站場及處理效果調查Tab.1 Investigation of high emulsified old crude oil stations and treatment effects

在調查的22 座站中主要使用包括熱化學沉降、電化學沉降、氧化法處理及離心處理四種處理工藝。從處理效果上看，處理后油中含水量達標的有17座站，占總數的77.3%。其中，采用熱化學方法處理的有21 座站，包含了2 種不同的工藝流程：新建老化油單獨連續處理工藝和利用壓力沉降罐、電脫水器等原有設備在站內組成單獨連續處理系統的處理工藝。

通過對處理效果的調查可知，對高乳化陳舊原油的處理無論是采用專用處理裝置還是利舊，或是定期集中處理，只要是采用收油后單獨處理以及熱化學處理工藝，處理后的油水品質就基本上能夠達標[11]。單純采用兩級離心的處理方法，處理后油中含水率在6%左右，還需要再增加一套熱化學處理工藝才能使油中含水率降至0.5%以下。

2 現有處理設備的適應性評價

對22 座高乳化陳舊原油處理站場的處理工藝和處理設備進行了評價，其中對處理設備的評價標準主要為設備結構的適用性，包括單獨新建處理化學脫水設備、利舊設備、兩級離心處理設備、電處理設備四種（表2）。

從表2中可以看出，22座在運站的處理工藝都能夠滿足處理要求。相應的處理設備中，設備結構適用于進行高乳化原油處理的只有10 座，占總數的45.5%。不適用的站點主要采取了利舊工藝，對原處理設備直接利用，從設備結構角度來看無法適應高乳化陳舊原油的處理。

表2 高乳化陳舊原油不同處理工藝及設備結構評價Tab.2 Evaluation of different treatment processes and equipment structure for high emulsified old crude oil

2.1 單獨新建設備的運行效果評價

從處理設備的結構來看，高乳化陳舊原油的處理有四種結構類型：①針對高乳化陳舊原油特點而設計的高效原油熱化學脫水組合裝置。這種設備針對性較強，圓形喇叭口結構的新型進液分布器使液流呈放射狀布液，變徑緩流、緩沖消能，形成了平穩的沉降分離條件；初分離段設整流板，調整液流的運動狀態，有利于液體分層；沉降段布置一段可再生陶瓷填料，有利于油中水滴的聚結等等。該裝置的結構特點適合于高乳化陳舊原油處理，處理裝置現場運行情況穩定。②針對污水沉降罐回收油設計的沉降罐脫水裝置。該裝置也是針對采出液油水分離而設計的，進口部件采用下箱式布液器，具有良好的穩流、整流特性，有利于破乳，具有一定的預分離作用；沉降段布置兩段可再生填料，陶瓷填料的親水特性有利于油中水滴的聚結；出口部件采用斜板式收油結構和較小的油室，增大了液相沉降體積，能夠提高設備的處理能力；同時在出水口之前增設防砂擋板，便于清砂防砂等等。同樣，該裝置的結構適合于高乳化陳舊原油處理，處理裝置現場運行穩定。③早期大慶油田針對油水分離設計的老化油沉降罐。它是在沉降罐的基礎上，僅增加了一段不銹鋼填料。這種設備結構不合理，有效空間利用率低，處理效果不理想。④針對油水分離設計的熱化學脫水器。它的結構與填料式游離水脫除器結構相同，有兩段填料，油水分離效果較好。

上述除早期設計的老化油沉降罐之外其他單獨處理的設備，從結構型式上看均可用于高乳化陳舊原油的處理，能夠取得較好的處理效果，滿足處理要求（圖1）。

圖1 高乳化陳舊原油處理工藝流程Fig.1 Treatment process flow of high emulsified old crude oil

2.2 各種利舊設備運行效果評價

根據現場應用情況，利舊設備類型主要有兩種：①利用舊電脫水器進行原油沉降脫水，包括利用原來的平掛、豎掛電極電脫水器，以及復合電極電脫水器。電脫水器布液方式為底部布液，頂部收油。在不加電場的情況下，油滴和水滴運動軌跡為上下垂直運動，不利于液滴碰撞、聚結，因此，這種結構沉降效果不理想，滿足不了高乳化陳舊原油處理的需要（圖2）。②利舊各種沉降罐（空罐）進行原油沉降脫水，包括臥式沉降罐和立式沉降罐兩種。其中，臥式沉降罐包括水油分離緩沖罐、壓力沉降罐、老化油沉降罐；立式沉降罐包括5 000 m3緩沖水罐和立式罐。這種空罐類似于其他油田的沉降大罐，內部結構簡單，靠重力進行沉降，維溫效果差，熱量損失大。如果回收的高乳化陳舊原油老化時間短，采取延長沉降時間的方法也能夠取得較好的處理效果。但對于老化時間長的高乳化陳舊原油來說，這種裝置處理效果比較差，不能滿足處理效果要求（圖3）。

圖2 利舊電脫水器處理工藝流程Fig.2 Treatment process flow of used electric dehydrator

圖3 利舊沉降罐處理工藝流程Fig.3 Treatment process flow of used settling tank

2.3 兩級離心處理裝置運行效果評價

兩級離心處理工藝采用臥螺式離心機，利用固、液兩相密度差，首先在絮凝劑和離心力作用下，在較低的轉速下實現固、液分離，密度較大的固體顆粒緊貼轉鼓內壁，利用轉鼓內壁輸送到排渣口，油水混合液從轉鼓大端排出。然后采用碟片式離心機，利用油水密度差，在破乳的螺旋劑和離心力的作用下，在較高的轉速下實現油水分離（圖4）。

圖4 兩級離心式高乳化陳舊原油處理站工藝流程Fig.4 Process flow of two-stage centrifugal high emulsified old crude oil treatment station

從現場運行情況來看，經設備處理后的油中含水率很難達到1%，如想達到含水率1%的處理效果，后段必須加一級熱化學沉降工藝。如果所處理介質泥沙含量比較大，用其處理可以有效進行固、液分離，但設備運行清理困難，缺乏專業隊伍維護。

3 現場試驗驗證

對采用新建單獨連續收油處理系統的兩座站進行了跟蹤試驗，對回收油進行處理后，油中含水量基本能夠達到0.5%以下，水中含油濃度1 000 mg/L以下。

對采取利用已建設備單獨處理連續收油系統的5座站進行了跟蹤試驗，對回收油進行處理后，其中3座站油中含水率能夠達到0.5%以下，水中含油濃度300 mg/L 以下；1 座站油中含水率為1.2%以下，水中含油濃度30 mg/L 以下；另外1 座站油中含水率為25%以下，水中含油濃度在2 000 mg/L以下。

對采用集中收油、間歇處理老化油收油系統的1座聯合站進行了跟蹤試驗，處理后，油中含水率在1.8%～3.5%之間，水中含油濃度低于1 000 mg/L。

對采用離心法脫水工藝處理系統內高乳化陳舊原油的1聯合站進行了跟蹤試驗，經過兩級離心處理后，油中含水率為5.9%。繼續進行熱化學沉降，在沉降溫度65 ℃、沉降時間18 h 情況下，油中含水率降至0.47%。沉降溫度70 ℃，沉降時間1 h時，油中含水率降至0.41%。

4 結論

（1）對大慶油田22 個采用熱化學沉降和離心分離工藝流程的處理站進行評價，采用單獨新建設備工藝、集中處理工藝、離心處理工藝方式的處理能夠取得較好的處理效果。在利舊工藝中，針對高乳化陳舊原油特點而設計的高效原油熱化學脫水組合裝置、針對污水沉降罐回收油設計的沉降罐脫水裝置、早期大慶油田針對油水分離設計的老化油沉降罐，以及針對油水分離設計的熱化學脫水器四種利舊設備更適合于高乳化陳舊原油的處理。

（2）針對高乳化陳舊原油的有效處理模式主要為單獨連續處理的熱化學沉降處理工藝。采用專用處理設備，處理溫度不低于70 ℃，加藥濃度不低于300 mg/L，沉降時間大于20 h。當原油雜質含量較高時，可采用兩級離心加熱化學處理方法，處理溫度70 ℃，加藥濃度100 mg/L，沉降時間大于1 h。

（3）對于回收油的有效處理模式主要為連續回收運行處理模式，處理設備采用新建單獨設備或對現有利舊設備進行改造，處理溫度50～65 ℃，加藥量不低于150 mg/L，沉降時間大于8 h。