油田老化油处理技术研究

黄港港

（西安石油大学，陕西 西安 710065）

对于我国的大部分油田而言，单纯依靠地层能量来开采油气资源已无法满足油田现场的产量需求，油田“二采”、“三采”等强化采油手段必不可少。但是，聚合物大量添加和三元复合驱等技术的应用在一定程度上导致了油田老化油的含量随时间不断积累增多。考虑到老化油中含有大量的杂质、胶团以及聚合物，其理化性质十分稳定，用常规的处理方法收效甚微。因此，油田老化油的处理任务一直摆在油田开发过程中的关键位置[1,2]。有效处理老化油，对于提高油田原油利用效率、保护环境、获得良好的经济效益都有重要意义。

1 老化油的形成和危害

油田老化油的来源较为复杂，主要来自于集输系统、废液池、落地原油、罐底污泥等等，考虑到原油三次开采过程中大量运用化学药剂，老化油的乳化程度会迅速提高。另一方面，老化油内部含有的杂质、悬浮物在金属氧化物、硫化物胶团的作用下，其稳定性将进一步提升[3]。

目前，一些公认的老化油形成原因如下所示：

1）油气田开采过程中，原油落地后回收过程中会夹杂黏土、泥沙等杂质；

2）原油开采过初步处理过程中，加入不同种类的化学药剂之间发生反应；

3）强化采油过程中使用的聚合物会不断地分散到油水界面膜表面，与一些颗粒物质结合形成了结构稳定、机械强度大、界面张力大的空间结构；

4）硫酸盐还原菌大量增殖，在腐蚀金属的同时产生了硫化亚铁胶团，胶团与还原菌之间会形成稳定的絮状结构；

5）破乳剂使用不当；

其危害也可总结为以下几点[3]：

1）老化油中含有的强导电性的泥沙杂质使得电脱水器极易短路跳闸，不仅容易引发安全事故，还会缩短设备的使用寿命；

2）老化油的存在会阻碍原油正常脱水工序的进行，降低脱水操作效率与处理量；

3）老化油的存在会导致处理药剂的需用量提升，在影响环境的基础上还会增加处理成本；

4） 老化油的存在会导致输油管罐壁结垢，降低管道输送能力和储罐的有效容积。

2 老化油的处理方法与技术

传统的老化油处理方法主要集中在加热沉降、电脱水、离心处理、回掺处理等，但是存在着时间长，能耗大、药剂依懒性大等缺点，并且对含胶量较大的老化油处理效果不明显，因此需要采用高效、绿色、成本低的新型处理方法。以下对一些新型处理技术和方法作以梳理：

2.1 微生物处理技术

该方法的原理是通过在老化油中加入微生物发酵培养液，利用微生物自身的新陈代谢和代谢产物（生物表面活性剂） 实现老化油破乳的目的。破乳机理主要有增溶机理、变形机理、相转移机理等。早在19世纪90年代，国外已经发现某种微生物发酵液具有高效破乳作用。之后经过我国四川大学曾里、同济大学杨葆华、东华大学周劲，李春艳等人的研究，逐渐形成了一套高效的生物破乳剂产生菌筛选方法。除了破乳作用之外，微生物同样可以起到原油脱硫的作用。例如陈忠喜等人所开发的能够有效去除硫控菌（SRB）的反硝化抑制剂，秦双等人分离筛选的脱氮硫杆菌等，经实验证明对于去除老化油罐中的FeS效果很好[2]。

该方法使用范围广，对环境友好且能耗低，应用前景广阔，但是考虑到作用机理不够完善所以并没有大面积推广。

2.2 老化油催化裂解技术

国外的裂解技术主要有MaxofinTM工艺、PYPOCAT技术、NEXCC工艺等，国内自主研发的裂化技术有催化裂解（DCC）工艺、催化热裂解（CPP） 工艺以及重油直接裂解制乙烯（HCC）工艺等[2]。

将老化油裂解产物与乙醇、0#柴油按照不同的比例混合制成混合燃料并在柴油发动机中与纯柴油进行燃料性能测试及对比，由测试结果可知混合燃料在一定程度上可实现满足实际的动力需求（图1）。并且在发动机高负荷运转时，CO、THC的排放量会明显减少，NOx的排放量会随着乙醇的含量上升而下降。该方法能够将老化油充分回收利用，能够产生良好的经济效益，前景较好。

图1 混合燃料与纯柴油有效功率对比图

2.3 二氧化氯氧化法处理技术

二氧化氯广泛应用于我国的供水系统、医疗废水处理系统等，是一种理想的消毒剂[4]。依靠二氧化氯的强氧化性能，不仅可以使老化油中的含铁杂质和含硫杂质被氧化为易溶于水的三价铁离子和硫酸根离子，并且可以去除老化油中含有一些还原菌（如铁细菌和硫酸盐还原菌）。与此同时，二氧化氯可将三次采油过程中所添加的聚合物（如聚丙烯酰胺）断链降解，实现老化油的破乳脱水。当独立水相产生之后，老化油中的硝酸根离子、CO2等即可溶解于水中，氧化反应的平衡不断向正向移动从而促进了聚合物的进一步降解（图2）。该方法中，二氧化氯的处理对象较为全面，对老化油的处理效果好，并且已经在生活中得到了广泛应用，其成本较低，应用前景广阔。

图2 老化油油相中聚合物浓度变化曲线图

2.4 传统离心技术的改进

2015年6月安塞油田首先使用“电脉冲振荡+翼片框离心”工艺技术来处理油田老化油，经理论和实验研究发现，一级离心的处理效果较好，但是设备长时间运转之后会出现老化油絮状物、胶质、杂质堵塞离心机的情况，并且离心设备无法自主排出堵塞物，导致离心机无法连续运转[5]。为使得离心机连续正常工作并且满足老化油的处理指标，结合实验失败后吸取的经验，提出“电脉冲振荡+螺旋离心+翼片框离心+翼片框离心”处理工艺。新型工艺较原始工艺的区别在于重点考虑去除离心机堵塞物，实现设备的持续运转。在使用翼片框离心机脱水、脱蜡之前，反复使用螺旋离心机脱出老化油内含有的杂质、胶团、絮状物。经室内实验和油田现场处理结果可知，改进后的老化油处理工艺能够在解决离心机堵塞问题的同时，满足老化油处理的含水量、含胶量、处理效率和数量的要求。

该方法的优点是老化油处理数量大、处理速度快、设备能够连续工作。缺点是设备一次性投资大，倘若给各联合站都配备相同的设备，会导致处理成本的迅速增加。因此，考虑将各联合站内老化油统一集中到某个联合站内，或者将设备撬装化改装，在各联合站内流动作业，这样既可节约成本，又能满足老化油的处理要求。

2.5 高频/高压脉冲交流电场处理技术

针对流花油田老化油回收处理问题，中海油研究中心提出高频/高压脉冲交流电场老化油处理技术电场破乳实验设备为图3所示的静态静电聚结器。试验方法采用了“电场破乳+离心器强化沉降脱水”模式。通过控制变量法，依次改变电场强度、电场频率、电场波形来研究各因素对老化油处理效果的影响程度[6]。

由实验数据可知，高频/高压电场能够促进水颗粒的不断聚结、长大，但是过高频率和电压也会导致原有水颗粒破碎，使得脱水效果变差，因此对于不同来源老化油存在着对应的最佳处理频率和最佳处理电压。与此同时，不同波形的电场对老化油的破乳、脱水程度也不尽相同，按照处理程度的优劣性排序为矩形波＞正弦波＞三角波＞脉冲直流波。例如流花油田老化油最佳处理电场为6kV、2kHz、交流矩形波。该方法的综合处理效果较好，但是考虑到设备成本及操作问题，目前还未技术推广。

图3 静态静电聚结破乳实验装置示意图

除上述处理技术之外，还有超声波处理技术，微波处理技术、电磁处理技术等等目前仍处于研究阶段。

3 结语

油田老化油的回收处理工作是目前我国油田实现节能减排目标的重要内容，通过采用高效、节能、低成本的新型处理工艺可实现将老化油“变废为宝”，对于保障原油集输处理工艺的正常进行、提高资源的利用效率、满足社会发展的实际需求都会产生积极作用。