油田反相破乳劑及其配套技術(shù)在油田現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用研究

殷碩，郝蘭鎖，吳濤

油田反相破乳劑及其配套技術(shù)在油田現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用研究

殷碩，郝蘭鎖，吳濤

（中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300131）

通過瓶試和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究了反相破乳劑及其配套水處理藥劑在海上和陸地油田污水系統(tǒng)中的處理性能。結(jié)果表明：反相破乳劑TS-W11具有良好的反相破乳作用；反相破乳劑及其配套藥劑處理技術(shù)具有良好的普適性，可實(shí)現(xiàn)解決油田現(xiàn)場(chǎng)水處理問題的目的。

反相破乳劑；配套技術(shù)；油田

原油在開采過程中會(huì)產(chǎn)生大量的水，同時(shí)產(chǎn)液中存在活性石油酸、油濕性固體顆粒（石蠟、瀝青質(zhì)等）以及黏土等天然乳化劑，維持了原油乳化的平衡，使其乳化得以穩(wěn)定存在［1-3］。

破除水包油型乳化通常需要反相破乳劑［4］。乳化油滴界面膜一般具有負(fù)電性，帶有正電荷的聚季銨鹽類反相破乳劑可以中和乳化油滴界面膜負(fù)電荷，壓縮破壞雙電層，減弱界面膜強(qiáng)度，使得乳化液滴相互碰撞聚結(jié)，同時(shí)可以產(chǎn)生橋聯(lián)和絮凝作用，促使乳化油滴形成粒徑大的油珠，在水的浮力作用下逐漸從水中分離出來，從而達(dá)到反相破乳的目的［5-6］。

針對(duì)油田采出液的特點(diǎn)，筆者團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)生產(chǎn)了新型的反相破乳劑TS-W11，并在海上和陸地油田現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了瓶試及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得了良好的試驗(yàn)效果［7-8］，且整理得出一整套的污水處理技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的市場(chǎng)推廣。

1 油田反相破乳劑在海上油田的應(yīng)用研究及應(yīng)用情況

1.1 現(xiàn)場(chǎng)工藝概述

南海某油田已經(jīng)進(jìn)入高含水開采期，采出液綜合含水率大于80%，采出液處理設(shè)備工作負(fù)荷大，污水處理時(shí)間短，對(duì)反相破乳劑提出了較高的要求。為確保該平臺(tái)的污水處理效果，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)，在該油田開展了反相破乳劑的應(yīng)用研究。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)評(píng)選實(shí)驗(yàn)

油田反相破乳劑的現(xiàn)場(chǎng)評(píng)選實(shí)驗(yàn)采用瓶試 法［9-10］，從油田現(xiàn)場(chǎng)管匯取采出液，靜置分層，下部含油污水作為O/W乳狀液試樣。將100 mL含油污水放入100 mL帶刻度的離心管中，置于恒溫水浴中預(yù)熱至試驗(yàn)溫度75 ℃（現(xiàn)場(chǎng)水溫），預(yù)熱30 min后，加入一定濃度的反相破乳劑，振蕩離心管 100次，使藥劑與試樣混合，觀察并記錄管中乳狀液的變化，觀測(cè)水的澄清度（見圖1），并檢測(cè)水中油質(zhì)量濃度，結(jié)果如表1所示。

圖1 TS-W11不同加量處理效果

表1 TS-W11不同加量處理后污水中油質(zhì)量濃度

從圖1可以看出，TS-W11有輕微的掛壁現(xiàn)象，但這不影響下層水的清澈程度，與空白相比，該藥劑在不同加藥質(zhì)量濃度下，下層水的清亮程度均明顯增加。可以判斷，TS-W11在不同加藥質(zhì)量濃度下，都呈現(xiàn)出較好的清水效果。由表1可以看出，藥劑的最佳加藥質(zhì)量濃度為10～15 mg·L-1，加藥量繼續(xù)增加并不會(huì)增加藥劑的凈水效果。同時(shí)在不同時(shí)間段多次實(shí)驗(yàn)表明，該藥劑能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)采出液量的波動(dòng)引起的加藥質(zhì)量濃度的波動(dòng)，處理效果穩(wěn)定。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

由于在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用評(píng)價(jià)試驗(yàn)中取得了理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，TS-W11在南海油田得到了應(yīng)用，應(yīng)用后排海污水中油質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)低于國家控制指標(biāo)。注入質(zhì)量濃度由原來的19 mg·L-1降低至10 mg·L-1，外排水OIW由原來的16 mg·L-1降低至10 mg·L-1以下，凈水效果優(yōu)越，如圖2所示。

圖2 TS-W11在南海油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用期間水中油質(zhì)量濃度

2 油田反相破乳劑及其配套技術(shù)在陸地油田的應(yīng)用研究

反相破乳劑TS-W11及其配套技術(shù)不僅能很好地應(yīng)用于海上平臺(tái)，在陸地油田聯(lián)合站水處理系統(tǒng)也能取得較好的效果，下面介紹系列藥劑的篩選與技術(shù)方案在陸地聯(lián)合站的研究工作。

2.1 聯(lián)合站概況及主要問題

某聯(lián)合站于1986年建成投產(chǎn)，共有5個(gè)油田，油井約1 530多口，日產(chǎn)液約為9 800 m3，年產(chǎn)原油100多萬t，每天污水量2 600 m3左右，處理后污水全部回注。

污水處理系統(tǒng)自投產(chǎn)應(yīng)用兩年后，系統(tǒng)腐蝕問題就凸現(xiàn)出來，大部分污水處理系統(tǒng)管線兩年多就被腐蝕穿孔，結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重，更換頻繁。同時(shí)由于處理量上升，污水處理后油含量超標(biāo)也困擾著油田的發(fā)展。

2.2 水質(zhì)超標(biāo)問題的解決

在聯(lián)合站取樣和調(diào)查時(shí)，發(fā)現(xiàn)污水中機(jī)械雜質(zhì)和原油質(zhì)量濃度較高，特別是機(jī)械雜質(zhì)質(zhì)量濃度高于160 mg·L-1。機(jī)械雜質(zhì)樣品成分分析結(jié)果見表2。

由表2可知，機(jī)械雜質(zhì)主要成分是有機(jī)物（原油和細(xì)菌尸骸）以及鐵的腐蝕產(chǎn)物。取除油器出入水樣加入鹽酸，可以看到，水樣逐漸明顯變清，而且有大量的氣泡產(chǎn)生，氣體有臭雞蛋味，說明雜質(zhì)中有大部分不溶于水的硫化鐵。

表2 機(jī)械雜質(zhì)樣品分析結(jié)果表

聯(lián)合站污水中含油較高，大于300 mg·L-1。分析其主要形成原因：機(jī)械雜質(zhì)含量高，表面黏附大量的原油；污水處理設(shè)備沒有正常運(yùn)轉(zhuǎn)；污水中含有水包油的顆粒。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)［9］，分別評(píng)價(jià)了反相破乳劑系列產(chǎn)品對(duì)除油器出口污水的處理效果，結(jié)果表明反相破乳劑TS-W11效果最好。反相破乳劑TS-W11不同加藥質(zhì)量濃度處理評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。效果證明，添加30 mg·L-1的TS-W11就可以達(dá)到理想除油效果。

表3 TS-W11不同加藥濃度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3 水中機(jī)械雜質(zhì)的改善

根據(jù)上面分析結(jié)果可知，機(jī)械雜質(zhì)的成分主要是硫酸鹽還原菌的腐蝕產(chǎn)物，隨著腐蝕程度得到有效控制，機(jī)械雜質(zhì)會(huì)明顯降低，在設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，水中機(jī)械雜質(zhì)的含量可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，但處理初期還需加絮凝劑處理［11］。

實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了不同絮凝劑對(duì)除油器出口污水的處理效果，結(jié)果表明A1絮團(tuán)形成時(shí)間短，絮團(tuán)大，使用效果最佳。評(píng)價(jià)了不同A1質(zhì)量濃度下的處理效果，結(jié)果見表4。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，A1添加3 mg·L-1的質(zhì)量濃度就可以滿足該采油廠機(jī)械雜質(zhì)去除需要。

表4 絮凝劑A1實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.4 系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢問題的解決方案

為確定采油廠污水處理系統(tǒng)的腐蝕結(jié)垢解決方案，首先對(duì)系統(tǒng)的水樣及垢樣、氣體成分進(jìn)行了分析。水樣分析結(jié)果表明，該聯(lián)合站污水水質(zhì)具有兩個(gè)特點(diǎn)：一是腐蝕性物質(zhì)含量高，即具有礦化度、氯離子、硫化物含量高，而且硫酸根非常高；二是成垢的鈣鎂離子含量相對(duì)較低。除油器出口和注水泵入口腐蝕性氣體和細(xì)菌檢測(cè)結(jié)果見表5、表6。

表5 不同地點(diǎn)腐蝕性氣體和細(xì)菌含量檢測(cè)結(jié)果

表6 聯(lián)合站污水中細(xì)菌含量

檢測(cè)結(jié)果表明，該采油廠各種腐蝕性氣體含量均較低，對(duì)系統(tǒng)危害小，但是該采油廠水中含有少量的鐵細(xì)菌和腐生菌，低于國家標(biāo)準(zhǔn)，它們不會(huì)對(duì)金屬造成嚴(yán)重危害；硫酸鹽還原菌含量卻很高，其腐蝕性很強(qiáng)，是該采油廠系統(tǒng)腐蝕的一個(gè)主要危害因素。

通過實(shí)驗(yàn)研究，選定了緩蝕劑殺菌劑782B，加量80 mg·L-1，即可有效控制系統(tǒng)緩蝕率大于95%，硫酸鹽還原菌殺滅率大于99.99%。

2.5 聯(lián)合站藥劑配伍性研究

緩蝕殺菌劑、油田反相破乳劑、絮凝劑在一個(gè)系統(tǒng)中使用，為此評(píng)價(jià)了其配伍性。

1）反相破乳劑、絮凝劑與緩蝕殺菌劑的配伍性實(shí)驗(yàn)。以三相分離器出口取水為研究對(duì)象，在溫度為50 ℃、殺菌時(shí)間為1.5 h的條件下，通過殺菌率評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)、緩蝕評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)考察了反相破乳劑、絮凝劑在使用濃度和高于使用濃度時(shí)對(duì)782B殺菌性能、緩蝕性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 反相破乳劑、絮凝劑與緩蝕殺菌劑的配伍性實(shí)驗(yàn)

由表7可以看出，TS-W11、A1對(duì)782B的殺菌效率和緩蝕效率沒有影響，配伍性良好。

2）緩蝕殺菌劑與反相破乳劑、絮凝劑的配伍性實(shí)驗(yàn)。以三相分離器出口取水為研究對(duì)象，在溫度為50 ℃、處理時(shí)間為1.5 h的條件下，通過凈水評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)考察了緩蝕殺菌劑782B對(duì)反相破乳劑、絮凝劑在使用濃度和高于使用濃度時(shí)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 緩蝕殺菌劑與反相破乳劑、絮凝劑的配伍性實(shí)驗(yàn)

由表8可以看出，782B與TS-W11、A1配伍性良好，且還具有一定的增效作用。

3 結(jié) 論

1）自主研發(fā)的反相破乳劑TS-W11不僅在海上油田取得較好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果，在陸地聯(lián)合站也有較為優(yōu)越的應(yīng)用效果，在較低的加量下，反相破乳劑處理之后的污水滿足現(xiàn)場(chǎng)的要求，使外排水含油達(dá)到10 mg·L-1以下。

2）反相破乳劑及其他水相處理藥劑在陸地聯(lián)合站配伍性能良好，既能解決目前聯(lián)合站存在的腐蝕結(jié)垢較為嚴(yán)重的問題，還能提高油田污水處理效果，達(dá)到了良好的協(xié)同作用。

3）通過進(jìn)行反相破乳劑的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)研究，總結(jié)出了一整套的油田反相破乳劑及其配套處理技術(shù)，并且成功應(yīng)用于油田現(xiàn)場(chǎng)。該技術(shù)能迅速分析解決油田污水處理出現(xiàn)的問題，并且提出解決方案。該配套技術(shù)具有一定的普適性，可進(jìn)行大規(guī)模的推廣，從而解決油田現(xiàn)場(chǎng)污水處理的問題，提高油田采油污水處理效果。

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Application Research of Reverse Demulsifier and Its Supporting Technology in Oil Fields

（CNOOC Tianjin Chemical Research and Design Institute Co., Ltd., Tianjin 300131, China）

The treating performance of reverse demulsifier and its supporting technology in waste water system of oil field were studied through the bottle test and field test. The results showed that TS-W11 had very good reverse demulsification capacity. The reverse demulsifier and its supporting technology had good universality and could solve the problem of oil field water treatment.

Reverse demulsifier; Supporting technology; Oil field

X741

A

1004-0935（2022）04-00508-04

2021-10-12

殷碩（1990-），男，天津市人，工程師，碩士， 2014年畢業(yè)于山東大學(xué)高分子化學(xué)與物理專業(yè)，研究方向：油田化學(xué)品的開發(fā)和應(yīng)用。