海上某高含水油田破乳剂优化

2018-10-18石华前

石油化工应用 2018年9期

魏强，石华前，曾喆

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）

随着开发程度的提高，中国大部分的海上油田均已经进入了开发生产的中后期，采出液的含水量激增，乳化状态也越来越复杂，变得越来越难以处理，给原油的正常生产带来了许多不确定性。因此，对海上油田应用的化学剂，特别是破乳剂的性能提出了更高的要求，许多研究人员都对破乳剂结构与采出液组成之间的关系进行过深入探讨[1-4]。

南海某油田的原油属于高含蜡（含蜡29%，含沥青1.9%）的中轻质原油，平均密度约为0.87 g/cm3，相对较小，且没有实施三次采油的措施，因此，从绝对的处理难度上讲，属于比较容易脱水的原油采出液。但由于该油田采出液含水量高达90%以上，采出液流速快、受到的剪切力强，再加上原油的重化，因此，该油田的采出液实际上是脱水易、脱净难，即在短的处理时间内达到高的脱水率比较难。而且，由于产水量已经接近甚至超过了油田水处理设施的设计处理量，污水的处理时间大大减少，在油水一级分离器，出口含油值越来越高，污水处理的难度直线上升。

该高含水油田原来使用的破乳剂为酚胺树脂基聚醚（代号HYP-36A）。前期，该产品很好的满足了油田现场的处理要求，但随着油田采出液的复杂化，已经变的越来不适应现场要求，具体表现是脱出污水含油高、净化油含水高。这就使得油田生产方不得不通过大量使用破乳剂和清水剂的方法来达到原油和污水的达标处理，给油田生产方造成了一定的成本压力。

因此，本研究的主要目的就是针对南海某高含水油田采出液处理面临的问题，从破乳剂配方优化入手，通过脱水组分与净水组分的优选与复配，提高采出液的脱水速度和脱水率，降低外排污水的含油值，提升系统整体处理效率。

1 实验部分

1.1 脱水组分的选择

酚胺树脂基聚醚破乳剂HYP-36A在现场使用中存在的主要问题是脱出污水含油高、净化油含水高，而在脱水速率并没有明显不足。文献认为，通过交联对聚醚进行改性可能提高聚醚的相对分子质量，从而提高其絮凝能力，有助于提高其脱水速度和脱水深度，因此，本研究中参考文献[5，6]方法，分别采用TDI和丙烯酸对HYP-36A的主剂酚胺树脂基聚醚进行了改性优化，分别合成了TDI用量分别为2%和4%、丙烯酸用量分别为4%和8%的四个交联改性聚醚样品（分别命名为样品A、B、C和D），并在该油田现场采用新鲜油水样，参照行业标准《SY/T 5281-2000原油破乳剂使用性能检测方法（瓶试法）》的规定对它们进行了评价，目的是选出脱水速率和脱水深度俱佳的组分，试验结果（见表1）。

从表1中可以看出，与原用破乳剂相比，采用TDI交联改性的两个样品在脱水速率方面提升不明显，但在降低净化油含水率方面效果明显，特别是TDI用量为4%的样品B，可将净化油含水率降低50%左右；而采用丙烯酸交联改性的样品的性能则更为突出，特别是丙烯酸用量为4%的样品C，不但脱水速率明显优于原用破乳剂，而且其降低净化油含水的能力也更为强劲，使净化油含水降低了近三分之二；丙烯酸用量为8%的样品D在降低净化油含水方面同样突出，但可能是由于交联度过大，破乳剂相对分子质量太大，导致其在水中的扩散性能下降，结果就是其脱水速率与样品C相比反而略有下降。因此，本研究中，选择样品C作为脱水组分。

在脱水完成后，从各平行样中水色较为“干净”的一个试样瓶的中部取样，采用红外光谱法测试其含油值，结果（见图1）。

从图1中可以看出，与原用破乳剂相比，加入交联改性的聚醚破乳剂的样品瓶中的水色稍有变清，这表明交联改性可以提高聚醚的清水能力，这与交联后聚醚的相对分子质量增加，絮凝能力增强有关。但在本研究中，交联对破乳剂清水能力的提升有限，脱后污水含油的降低并不十分明显。

表1 不同方法改性的酚胺树脂基聚醚破乳性能评价

图1 不同方法改性的酚胺树脂基聚醚对脱后污水含油的影响

图2 不同净水剂对采出液脱水后污水含油的影响

1.2净水组分的选择

酚胺树脂基聚醚破乳剂HYP-36A在现场使用中存在的一个主要问题是脱出污水含油高，因此在通过交联改性提升聚醚的净水能力效果不明显的情况下，有必要通过复配来对配方的净水能力进行优化。本实验中，选择了五种常用的净水剂，分别为1#（AE121，有效含量 30%）、2#（SP169，有效含量 30%）、3#（阳离子丙烯酰胺共聚物A，有效含量25%）、4#（阳离子丙烯酰胺共聚物B，有效含量22%）和5#（聚合氯化铝，有效含量20%）。使用前，先用去离子水或乙醇-水混合液将它们稀释到10%。实验时，先将各净水剂按设定的加剂浓度（10 mg/L）加入到离心瓶中，直接在油田现场管汇处接取约80 mL未加任何药剂的产液，振荡100下，进行目视观察，结果（见图2），其中对比样是指未加净水剂的样品。

从图2可以看出，与未加净水剂组分的参比样相比，加入3#试样的净水效果最明显，其次是加入2#的试样，加入这两个净水剂后，脱水污水水质明显改善；而加入1#、4#和5#的试样中，水质改善不明显。因此后继实验中，将选择2#和3#作为净水组分，与前面优选出的脱水组分样品C进行复配，以提高配方的整体性能。

1.3 破乳剂配方的确定

首先，将脱水组分样品C分别与净水组分2#和3# 按 9：1、8：2 和 7：3的比例混合，置于 100 mL 比色管静置24 h观察配方的稳定性。结果发现，3#净水剂与样品C无法混合，相遇即形成白色黏稠液体；而样品C与2#净水剂的比例为7：3的配方也会发生分层，只有样品C与2#净水剂的比例为9：1和8：2的两个配方可以稳定存在。因此，选择这两个配方进行最终的配方性能验证，分别命名为C291和C282。

然后，以4个容积为1 L的蓝盖试剂瓶作为脱水瓶，按设定的加剂浓度（100 mg/L）分别加入用乙醇稀释成10%的原用破乳剂、样品C、C291和C282，直接在油田现场管汇处接取约800 mL未加任何药剂的产液，振荡100下，进行目视观察，20 min后，从上层油样中部取样测试净化油含水值，从水相中部取样测试污水含油值，结果（见图3）。

图3 不同优化配方的油水分离效果

从图3中可以看出，加入C291和C282的瓶中脱出水的水色明显优于原用破乳剂，也明显优于样品C；且从净化油含水数据可知，加入C291和C282的瓶中的净化油含水值与样品C相比没有明显降低，这表明脱水组分与净水组分复配后起到了一定的协同作用。从C291和C282的对比可知，二者性能基本相当，且均大大优于原用破乳剂。考虑到净水组分含量较高时，配方可能会不稳定，因此，最终选择C291作为优化配方。

2 现场应用

为验证优化后配方效果，将优化配方C291在该高含水油田现场进行了应用实验，实验期间，外输原油含水、外排污水含油变化情况（见图4）。

从图4中可以看出，C291切入后，两个外排点的水中含油值分别从15 mg/L和24 mg/L左右降低到了7 mg/L和9 mg/L左右，外输原油含水也从0.4%～0.6%逐步降低到0.05%，表明破乳剂C291的净水和脱水效果突出；而且，在破乳剂用量从140 mg/L逐步降低到78 mg/L的情况下，外排污水含油和外输原油含水指标也基本保持不变。这表明，优化配方C291的综合性能大大优于原用破乳剂。

目前，优化配方C291已经在该高含水油田实现工业应用，效果稳定。