超稠油摻入焦化柴油輔助降黏脫水技術與應用*

周少雄，周 鶴，趙 波，張 晨，趙波銳，陳兆錄，胡 斌

（1.新疆科力新技術發展股份有限公司，新疆克拉瑪依 834000；2.中國石油新疆油田分公司，新疆克拉瑪依 834000）

新疆某油田采用大罐沉降的熱化學脫水技術工藝，原油處理能力為100×104t/a。在現有油品性質條件下能夠實現凈化油含水率小于1.5%，但存在正、反相破乳劑使用濃度偏高、系統脫水效果波動大、污水含油高、懸浮物含量高、污油量大且難處理、稠油集輸困難等問題。特別是近年來該油田采用蒸汽輔助重力泄油（SAGD）技術采出原油的規模性增長，原油重質化傾向進一步加?。?］，原油密度、黏度進一步升高，導致采出液油水分離難度更大，現有脫水系統的脫水效率進一步降低，為解決上述技術難題，在特超稠油脫水工藝技術上需尋求創新，以適應油田生產的實際需要。

影響超稠油脫水的主要原因是當前脫水溫度下稠油黏度大，油水密度差?。?-5］，為此提出對超稠油采用“摻稀”的方式進行處理，即將稀釋劑在來液管匯與特超稠油采出液混合，以降低油水分離難度，提高脫水速率［6-7］，為后期該油田擴建至原油處理能力200×104t/a提供技術支撐。常用的稀釋劑主要有稀原油、石腦油、汽油、柴油等，考慮到所用稀釋劑的來源及循環利用，以及該油田超稠油主要用于提煉國內緊缺的高級潤滑油，稀釋劑是否影響當地稠油煉化工藝等因素，本文重在研究超稠油提煉出來的焦化柴油和汽油回用于摻稀后改善脫水難題，考察了摻稀對原油黏度、旋流除砂、破乳劑加藥濃度以及脫水效果的影響，并進行了現場應用。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

新疆某油田超稠油：以水外相為主的W/O、O/W 型混相乳液，靜置分離后的W/O 油樣含水45.62%，含砂0.18%。凈化油樣的黏度為13780 mPa·s（50 ℃），密度為0.9261 g/cm3（50 ℃），含膠質16.08%、瀝青質2.41%；焦化柴油：密度0.8648 g/cm3（20 ℃），餾程107～357 ℃，閉口閃點56 ℃；破乳劑SB-1，新疆科力新技術發展股份有限公司。

DVⅢ型流變儀，美國博勒菲有限公司；TW8型精密恒溫水浴槽，德國Julabo公司；MCR302高級流變儀，奧地利安東帕（中國）有限公司；DTS-4C型石油密閉脫水儀，中石大石儀科技有限公司；BME 型高速攪拌乳化儀，上海威宇機電制造有限公司；7230 型可見分光光度計，上海分析儀器廠；YDX 型原油含水試驗儀，山東鄴城永興儀器廠。

1.2 實驗方法

原油黏度分析參照中國石油天然氣行業標準SY/T 0520—2008《原油黏度測定旋轉黏度計平衡法》，含水分析參照國家標準GB/T 8929—2006《原油水含量測定法（蒸餾法）》，污水含油分析參照中國石油天然氣行業標準SY/T 5523—2006《油氣田水分析方法》。

原油脫水實驗參照中國石油天然氣行業標準SY/T 5281—2000《原油破乳劑使用性能檢測方法（瓶試法）》。具體地，稱取一定體積的實驗油樣，放置于恒溫水浴槽中90 ℃恒溫，加入一定量的稀釋劑后混合均勻，再加入一定量的破乳劑后混合均勻，靜置，讀取沉降不同時間下油樣的脫水體積，計算脫水率。

2 結果與討論

2.1 稀釋劑的選擇

摻稀常用的稀釋劑主要有稀原油、石腦油、汽油、柴油等，該油田屬于超稠油開發整裝油田，附近沒有合適的稀原油資源，考慮到稀釋劑的來源及循環利用、稀釋劑是否影響當地稠油煉化工藝等因素［8-9］，室內選用該油田超稠油提煉出來的焦化柴油和汽油作為稀釋劑。

超稠油分別摻入10%（質量比）的汽油和焦化柴油后的降黏效果見圖1。由圖1可以看出，汽油對超稠油的降黏效果略好于焦化柴油，但考慮到汽油揮發性大而存在安全因素，稀釋劑選用焦化柴油。

圖1 摻入不同稀釋劑的超稠油樣的黏度隨溫度變化

2.2 焦化柴油摻入量對超稠油黏度的影響

圖2 為超稠油在不同溫度下，摻入不同質量分數焦化柴油后的黏度。由圖2可以看出，溫度越高，焦化柴油摻入質量分數越大，混合油樣黏度越低，降黏效果愈顯著。在不同溫度下，焦化柴油摻入比例小于9%時，摻量的小幅度增加即可顯著降低混合油樣的黏度；摻入量大于9%時，隨摻入量的增加，混合油樣黏度降低幅度明顯減小，表明焦化柴油摻入量為9%時降黏曲線出現明顯拐點。此外，縱觀整個曲線，摻入量為5%時黏度變化也有拐點，綜合考慮，以下考察焦化柴油摻入量為5%和9%時超稠油的脫水情況。

圖2 不同溫度下向超稠油中摻入不同質量分數焦化柴油后的黏度

2.3 摻入焦化柴油對超稠油脫水速率的影響

在90 ℃下，分別向超稠油中摻入質量分數為5%和9%的焦化柴油，再加入一定量的破乳劑SB-1進行熱化學沉降脫水，考察摻入焦化柴油對來液脫水效果的影響，結果見表1。由表1 可以看出，摻入焦化柴油可改善超稠油的脫水速率，在超稠油中摻入5%或9%的焦化柴油，在24 h 內即可達到凈化油含水合格指標，脫水速率提高了3 倍。摻焦化柴油前后超稠油脫出水的含油量和懸浮物含量基本保持不變，表明摻入的焦化柴油主要是對W/O型乳液的外相即油相起稀釋作用［4］，而極少進入O/W型乳液中而對其產生影響。

表1 超稠油摻入焦化柴油前后熱化學沉降脫水效果

2.4 現場試驗效果

2.4.1 焦化柴油與超稠油來液混合能力分析

現場超稠油來液綜合含水率達到80%左右，屬于水外相為主的W/O、O/W 型混相乳液，脫水采用兩段熱化學沉降脫水工藝。在現場超稠油來液中摻入5%焦化柴油后的混合油樣黏度與室內直接將焦化柴油與W/O型乳液混合的降黏效果相一致（見表2）。圖3為一段沉降罐摻入焦化柴油前后污水中含油量變化情況。可以看出焦化柴油的摻入并未對污水含油量產生明顯的影響。綜上所述，超稠油來液形態不穩定，在一段沉降罐內迅速分離成W/O型的油層和以O/W形式存在的水層，摻入的焦化柴油主要對W/O型乳液的外相即油相起稀釋作用，而極少進入O/W型乳液中，這與室內實驗情況相符。

表2 不同條件下摻入焦化柴油后混合原油的黏度

圖3 摻入焦化柴油前后一段沉降罐污水含油變化趨勢

2.4.2 摻入焦化柴油對來液除砂的影響

該油田采用蒸汽吞吐和蒸汽輔助重力泄油（SAGD）技術，采出液攜砂量大，現場跟蹤監測了摻入焦化柴油前后采出液旋流除砂的粒徑分布，摻入焦化柴油前粒徑小于0.075 mm 占比8.8%，摻入5%和9%的焦化柴油后占比分別提升至17.3%和17.9%，摻入焦化柴油后來液經旋流除砂后粒徑小于0.075 mm 的砂粒百分含量明顯增大。這是因為焦化柴油稀釋了來液中的原油，降低了油樣黏度，增大了來液脫除砂粒的能力，從而增大了細小砂粒的沉降量。

2.4.3 摻入焦化柴油對超稠油脫水的影響

現場超稠油脫水采用兩段脫水工藝，其中，一段脫水溫度為90 ℃，破乳劑加藥濃度為220 mg/L，控制含水率小于20%；二段脫水溫度90 ℃，不加破乳劑、進液滿罐后靜置沉降直至原油含水率達到合格指標。摻入焦化柴油前后一段沉降罐罐頂原油含水變化趨勢見圖4，破乳劑加藥濃度為100 mg/L。可以看出，摻入焦化柴油前罐頂原油含水在5%～13%之間波動，均值8.34%，系統穩定性較差。摻入焦化柴油后罐頂原油含水率較摻入焦化柴油前有較大幅度下降，摻入5%、9%焦化柴油對應含水均值為3.06%和1.08%，其中前者原油二段熱化學沉降只需13.4 h 即可達到凈化油含水指標，后者不需沉降可直接達到凈化油含水指標（具體見表3），這說明摻入焦化柴油可有效增大油水分離速率，增強系統穩定性，提高原油脫水效率。此外，摻入焦化柴油后破乳劑加藥量從220 mg/L降至100 mg/L后，并未對原油脫水效果產生影響。

圖4 摻入焦化柴油前后一段熱化學沉降罐表層原油含水變化趨勢

表3 摻入焦化柴油前后二段熱化學沉降時間對比

2.4.4 摻入焦化柴油對原油黏度的影響

摻入焦化柴油前后現場凈化合格油的黏度見圖5。摻入焦化柴油前凈化合格油的黏度均值為543.5 mPa·s；摻入5%的焦化柴油后黏度均值為281.0 mPa·s，降黏率為48.3%；摻入9%的焦化柴油后黏度均值為190.1 mPa·s，降黏率為65.0%，摻入焦化柴油后原油的黏度明顯下降。經驗證，在溫度90 ℃下，摻入焦化柴油后混合油樣黏度的雙對數與摻入焦化柴油質量比呈線性關系［10］，基本滿足lg lgu=0.96x+0.44，其中u為混合油樣黏度，x為摻入焦化柴油的質量比。

圖5 摻入焦化柴油前后現場凈化合格油的黏度

2.4.5 摻入焦化柴油對超稠油凈化原油輸送方式的影響

摻入焦化柴油前，現場凈化原油因黏度大而采用罐車拉運的方式進行輸送，需要將凈化原油拉至130 km之外的煉油廠進行處理。摻入9%的焦化柴油后，混合油樣因黏度大幅度降低而可經管道輸送至煉油廠，較之前罐車拉運成本降低40%以上。

3 結論

摻入焦化柴油對超稠油熱化學沉降脫水有較好的促進作用。通過摻入焦化柴油可降低超稠油黏度，增大了采出液旋流除砂的能力，進而降低了破乳劑加藥濃度，縮短了原油熱化學沉降脫水時間。

摻入的焦化柴油主要對W/O 型乳液的外相即油相起稀釋作用，而極少進入O/W 型乳液中，進而對W/O、O/W型混相乳液的熱化學沉降脫出水的含油和懸浮物的改善效果有限。

摻入焦化柴油結束了超稠油罐車拉運的歷史，實現了其長距離的管道集輸，較之前罐車拉運成本降低40%以上。