大港油田枣园地区老化油处理技术研究
2018-08-20雷齐玲葛红江程静中国石油大港油田采油工艺研究院
雷齐玲 葛红江 程静（中国石油大港油田采油工艺研究院）
“老化油”主要指存在于油田大罐内油水界面附近、含有少量固相颗粒、多重乳化的复杂油水混合物，其总量近年来在各油田有增加趋势，这些老化油不能作为商品原油销售外输，也不能交给其它单位处理，常堆积在油田处理站空闲或备用罐中，显著影响了油田安全生产。目前已有对部分地区老化油特性及处理方法的研究[1-5]，但这些处理方法均有很强的针对性，无法解决各地区的老化油处理问题。针对大港油田枣园地区老化油进行特性分析，并在此基础上进行老化油处理技术对比研究。
1 老化油组成分析
大港油田枣园地区老化油样品外观不是均匀的一相。油在上部，水在下部，底部有少许沉淀。下部水相很混浊，灰黑色，目测含油、悬浮物很高。利用显微镜观测，发现其中含有油包水及水包油型乳状液结构，此外也发现了大量的黑色絮状物质，这些物质内部含有大量的水。老化油呈现多层油包水和多重油包水复杂结构，液膜厚度比正常厚，液膜上杂质多。
根据标准GB/T 8929—2006《原油水含量的测定蒸馏法》测定枣园联合站堆积老化油的含水率。老化油样品来自于2#罐下部和4#罐下部的混合样。经测试该样品平均含水率为32.17%。然而，实际老化油含水量并不是一个稳定数值，取样时间、部位都会影响含水量。用测量完含水量的油样，即无水老化油测量无机物含量。取约1 g样品，采用烧失法（1200℃以上氧气中灼烧）来分析总无机物。烧失量约88.3%，即油相中无机物含量约11.7%。依据石油标准SY/T 7550—2004《原油中蜡、胶质、沥青质含量测定法》对老化油成分进行分析。分析显示含蜡为19.32%(占无水老化油比例)，胶质、沥青质合计29.57%。即老化油中蜡、胶质、沥青质含量合计48.89%。由此可见老化油中接近一半的蜡、胶质、沥青质含量显著增大了油水乳状液破乳脱水的难度。
2 油水分离技术研究
2.1 热化学脱水实验
对老化油、油泥进行破乳往往要用到各式各样的破乳剂。室内取2#罐下部、4#罐下部样品、加入大港油田常用的14种破乳剂。在200、400、1000 mg/L加量，70℃下24 h脱失量均为零。按破乳剂原理和实践经验推断，继续提高破乳剂加量也不会有明显效果。破乳剂无效的原因是老化油中存在多重油包水、水包油复杂结构，破乳剂难以渗透到多重复杂结构中，难以发挥效果。
2.2 超声波脱水实验
超声波基于空化效应表现出机械振动，共振和热3种作用。使得超声波作用于不同流体时均能产生“位移效应”。超声波在流体中产生驻波，乳状液中的水“粒子”将不断在波腹或波节之间移动、碰撞并聚积，生成直径较大粒子，然后沉降。同时超声波空化作用将产生高温高压冲击破化油水界面膜；采用自制超声波处理器处理2#罐样品50 mL、加入14种破乳剂，加量400 mg/L，70℃下超声处理20 min，沉降24 h可以使老化油脱出部分水。
2.3 微波脱水实验
微波脱水的机理主要为微波对油水界面膜的破坏和对水相的加热。微波对极性不同的物质会选择性地加热，因此主要加热油中的水滴和极性物质，从而引起界面膜被破化。
实验室取2#罐下部样品、4#罐下部样品各100 mL放入烧杯中、加入破乳剂400 mg/L，采用1200 W微波辐射样品10 min，之后70℃下沉降48 h观察脱水量多少。实验显示，没有发现明显的油水分离现象。即破乳剂+微波辅助破乳对大港油田枣园地区老化油基本无效。老化油中乳状液膜结构实验采用的微波强度和持续时间不足以将此破坏。此外，老化油油水密度差太小，即使乳状液液膜被破化且水滴颗粒发生聚并，水滴也难以迅速沉降。
2.4 离心脱水实验
采用离心机脱水是分离液固混合物的常用方法。实验室取2#罐下部样品、4#罐下部样品，在10 mL离心管中加入1%浓度破乳剂1.0 mL，取油样5 g，离心机转速1600 r/min的条件下进行实验（表1）。实验结果显示：50℃时，样品经过1600 r/min；离心15 min，油中含水能够控制在2.0%以内。机械杂质基本分出、水色较清。由此可见，高速离心机可以使得复杂乳状液体系中的水滴快速下沉，相应的分离速度也会提高很多。进行不同条件的离心脱水实验。
表1 离心脱水实验结果 单位：%
2.5 超声波+热化学沉降+离心分离实验
取2#罐下部样品、4#罐下部样品各500 mL，加入KYST-2型破乳剂，搅拌10 min后进行超声波处理20 min，功率为5 w/cm2。将样品加热到65℃恒温静置24 h，对样品进行离心处理时间为10 min，分出油、水、固体三相。实验后测定分离得到的油中含水量在1%以内（表2）。实验结果表明超声波+热化学沉降+离心分离处理能得到含水较低的原油，而且可分离出的水较清澈。
表2 超声波+热化学沉降+离心分离实验
常规热化学沉降方法处理老化油需要将老化油从50℃升高到90℃。以处理1 kg老化油为例：耗电为168×103J。采用超声波+热化学沉降+离心处理，不需要对老化油进行加热，老化油原始温度为50℃，能耗为0.04 kWh，即144×103J。则每处理1 kg老化油较常规热化学沉降处理法节约能量24 kJ。
3 结论
1）大港油田枣园地区老化油呈现复杂的油包水、水包油多重乳化结构、且含油泥、沥青等固相颗粒，含水约27%～32%，无机物含量约11.7%，蜡、胶质沥青质含量合计48.89%。
2）常见破乳剂、微波破乳技术对大港油田枣园老化油基本没有效果。
3）离心脱水处理老化油具有一定的油水分离效果。50℃时，以1600 r/min的转速离心15 min可将老化油油中含水控制在2%以下，分离效果明显。
4）超声波+热化学沉降+离心分离处理能得到含水较低的原油，油中含水可达到1%，每处理1 kg老化油较常规热化学沉降处理法节约能量24 kJ，而且可分离出较清澈的水。
