超稠油油水处理影响因素分析及对策

2015-01-02应麟

中国科技信息 2015年1期

应麟

东北石油大学

曙一区杜84、杜229 块超稠油油藏，具有高黏度、高凝固点、高胶质沥青质等特点，密度与水相近，油水处理难度较大，目前确定的成熟油水处理技术热二段化学沉降工艺，虽可成功解决超稠油脱水难题，但仍存在脱水周期长、脱出污水含油、机杂含量高等问题，因此开展了超稠油油水处理影响因素分析，确定了温度、矿化度、pH 值、过渡带4 大影响因素，并制定了详细的技术对策，为提高超稠油脱水速度，降低脱水成本提供了技术支持。

1 前言

曙一区超稠油具有“四高一低”的特性，即高黏度、高密度、高凝固点、高胶质沥青质含量、低含蜡，油品性质较差。由于超稠油与油井产出水密度相近，当温度达到80℃时的油水密度差也只有3‰左右，要达到不高于5%的外销油含水指标，大幅增加了热化学沉降脱水的难度。且产出液黏度大，乳化程度高，油水界面张力大，进一步增加了超稠油脱水的难度。针对该油品特性，针对超稠油的特殊物性，经过几年的努力，最终确定了二段加药热化学沉降的连续脱水工艺，成功解决了超稠油脱水难题。该工艺经过连续10年的应用，已经逐渐成熟、完善，但仍存在脱水周期长、脱出污水含油、机杂含量高等问题，为了继续改善超稠油脱水效果，改善污水水质，降低超稠油脱水成本，因此需开展超稠油的物性、脱水机理及影响因素研究，找出制约超稠油脱水速度的关键问题，并对照现行工艺，进行调整、优化，为超稠油脱水提供理论、技术支持。

2 超稠油脱水工艺技术

由于超稠油具有黏度高、密度大等特点，给脱水工艺带来了诸多难题。针对超稠油的特殊物性，经过几年的努力，最终确定了二段加药热化学沉降的连续脱水工艺，成功解决了超稠油脱水难题。超稠油物性见表1 所示。

表1 曙一区超稠油物性

目前超稠油脱水工艺为二段加药热化学沉降连续脱水，脱水温度85℃，一段破乳剂加药浓度为150ppm，二段500ppm，净水剂300ppm。脱水周期96 小时，一段24h，二段72h，脱水后原油含水＜5%，工艺流程见图1。

3 因素分析

油样性质分析

通过对杜84 块、杜229 块及馆陶组单井油样和它们的混合油样进行分析，测出该区域原油主要含C、H、N、O、S 等元素，并对其密度、黏度、分子量、酸值、组成等进行测定，发现该原油密度高、黏度大、胶质沥青质含量高。

温度对原油密度和黏度的影响

图1 超稠油脱水工艺流程示意图

通过实验，发现无水杜229 及杜84 混合原油的密度和黏度都随温度的升高而降低，而脱出水的密度和黏度也是随温度的升高而降低。为了达到油水分离的目的，就要设法使无水原油与脱出水的密度差值变大，因此，将无水杜229 及杜84 混合原油与脱出水的密度随温度变化规律进行对比，发现它们的密度差随着温度的升高（70～95℃）略有增加；当温度大于95℃后，密度差随温度的升高快速下降；在（170～180℃）密度差接近于零。直径为100μm 的水滴在介质（原油）中沉降速度随温度的升高而增加，在（70～95℃）和（125～140℃）区间出现两个拐点，前者是由于密度差增加的缘故，后者是由于黏度快速下降的缘故。增大油水密度差和减小分散介质的黏度均有利于水滴沉降，而沉降速度又与水滴半径平方成正比，所以在原油脱水过程要力图控制各因素，创造条件使微小的水滴聚结变大，加速水滴沉降的油水分离过程，例如：增大水滴尺寸和油水密度差、减小原油黏度等。

矿化度及破乳剂对原油乳状液的影响

利用透射电子显微镜对现场含水31%的杜229 及杜84 混合原油进行分析，结果显示：原油中的水主要以W/O 型乳液方式存在，且W/O 型乳液中水滴粒径大小在几十到几百μm 范围内。当温度一定，矿化度与破乳剂的浓度对乳状液的界面张力也有一定影响，当杜229 及杜84 脱出水矿化度在1994.9mg/L 时，界面张力随破乳剂浓度增加而降低，当破乳剂浓度达到400ppm 后，界面张力随破乳剂浓度增加而降低不明显；从降低界面张力的角度，当脱水温度在80℃以上时，破乳剂的浓度最好在300-400ppm 的范围内。混合强度对杜229+84 稠油乳状液脱水速度的影响非常明显，随着混合强度增加，杜229 及杜84 稠油乳状液脱水速度增加明显；当混合强度增加到一定后，继续增加混合强度脱水速度增加不明显。

pH 值对原油乳状液的影响

经测定辽河油田超稠油油井产出水的pH 值为水7.6，为碳酸氢钠水型，而水相pH 值偏低和偏高时杜229+84油样与破乳剂水溶液界面张力比水相pH 接近中性时要低，主要是由于高pH 和低pH 都有利于沥青质在油水界面吸附，使油水界面张力下降。由此在高含沥青质原油破乳的实际操作中pH 最佳范围常常是5.5～6.5，在高含沥青质原油破乳的实际操作中加入醋酸可以减轻中间层的产生。

过渡带对脱水速度的影响

过渡带聚集物初期呈絮状，总体上处于聚集和破乳的动平衡中。随着运行时间的增加，分子量大的有机物（如胶质、沥青质、蜡）、无机物（如细菌腐蚀产物、盐结晶等）、砂、黏土、铁氧化物等固体杂质富集，残存的乳状液稳定性提高，还发生胶态颗粒凝聚、聚沉及乳状液陈化等过程。这时过渡带下部出现流动性很差的渣状沉积物，上部出现蜡状粘稠油层。整个过渡带从外观很难见到游离水，初期出现的絮状物多转化为固体块状。进入水层的细小油珠要穿过中间层上浮至油层，被上升的油流携带至油层的微小水珠下沉时要穿过过渡带才能汇入水层，增厚并含有渣状固体沉积物的中间层，成了油、水上下流动的屏障，使油水分离速度变慢，直接影响脱水效果。