渤海某油田电脱水器中乳化液的防治*

2019-12-27呼文财

油田化学 2019年4期

王晶，徐超，呼文财，王欣

（中海油（天津）油田化工有限公司，天津300452）

电脱水器作为高效的原油深度脱水设备被广泛应用于海上油田。由于原油物性及产液性质的不同，在原油脱水过程中电脱水器中间往往存在一个过渡带，现场称之为乳化层。该过渡带正常情况下对电脱水器及原油脱水效果影响不大，但若该过渡带较厚，将占据电脱水器内较大空间并影响脱出水的沉降，会对电脱水器的运行及原油脱水效果造成影响。

李文艳等研究了新疆油田产出液中CaCO3，Fe2O3，NaCl 和SiO2等固体颗粒对原油乳状液稳定性影响，结果表明这4 种固体颗粒的存在会严重影响乳状液的脱水［1］。吴迪等针对大庆油田杏二联合站电脱水器内因过渡层加厚导致脱水电流过高、电场频繁破坏的问题开展了相关研究，得出了电脱水器过渡层增厚是由于油田产液中含有FeS、SRB 及其它细菌的结论，并针对性地筛选出了一种破乳剂，减缓了电脱水器中过渡层加厚的问题［2］。

本文针对渤海某油田电脱水器中乳化液不断累积而最终影响原油脱水的问题，开展了乳化液的物性、来源及成因分析，并找到了现场电脱水器中乳化液不断累积问题的解决办法。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

盐酸，有效含量36%，市售；四羟甲基硫酸磷（THPS），有效含量75%，济南珍东化工有限公司；蒸馏水；正己烷、石油醚，分析纯，市售。电脱乳化液，取自渤海某稠油油田现场。渤海某稠油油田原油，黏度216.3 mPa·s（50℃），密度923.8 g/cm3（50℃），含硫0.372 %、蜡5.49%、沥青质4.38%、胶质17.40%、凝固点-26℃、闪点134℃（开口）、闪点82℃（闭口）。现场在用破乳剂BH-102，中海油（天津）油田化工有限公司。

海豚牌测铁管，检测精度0.1 mg/L，华兴化学试剂厂；DV-Ⅲ型黏度计，美国Brookfield 公司；FE28-Standard 型pH 计，精度±0.01pH，梅特勒-托利多国际贸易（上海）有限公司；DDS-307 型雷磁电导率仪，测量范围0 μS/cm数100 mS/cm，上海雷磁创益仪器仪表有限公司；D8 Advance 型X 射线衍射仪，德国Bruker公司；S8 TIGER型原子荧光光谱仪，德国Bruker公司。

1.2 实验方法

1.2.1 乳化液物性测试

（1）用500毫升的取样瓶取200 mL的现场电脱乳化液，冷却至25℃，按照1∶1 比例分别与蒸馏水、石油醚、正己烷混合，充分震荡后观察其分散性。

（2）用DV-Ⅲ型黏度计在25℃和95℃、剪切速率450 s-1下测定乳化液的黏度，观察不同温度下乳化液的状态。用雷磁DDS-307 电导率仪分别在25℃和95℃下测定乳化液的电导率。

（3）在100 毫升的离心管中加入50 mL 的电脱乳化液，加入50 mL 石油醚，加入100 mg/L 的现场在用破乳剂BH-102，充分震荡，使石油醚、破乳剂与乳化液充分混合。在25℃下，用罗宾逊离心机在转速1700 r/min 下对样品离心处理10 min，检测乳化液的含水率及杂质含量。

（4）将离心后的乳化液在95℃水浴中放置30 min，然后对离心管底部水中析出的絮状物进行提取、干燥。

（5）参照JY/T 016—1996《波长色散型X射线荧光光谱方法通则》及JY/T 009—1996《转靶多晶体X射线衍射方法通则》对经过离心分离后得到的乳化液中杂质及离心后水中析出物进行定性、定量分析。

（6）用测铁管分别测试离心后的上层乳化液及下层水中铁离子含量。

1.2.2 盐酸、THPS 对乳化液黏度及铁含量的影响实验

（1）向离心后去除硫化亚铁沉淀的乳化液中加入5%的质量分数为36%的盐酸，充分摇晃、混匀，离心后对上层乳化液和下层水中铁含量进行检测。在95℃下分别测定加酸前后的乳化液黏度。

（2）在乳化液中加入不同量的36%工业盐酸或THPS，然后检测加注两种试剂前后25℃、95℃下乳化液的黏度及铁在离心后乳化液中和水中的含量。

2 结果与讨论

2.1 乳化液基本物性

在25℃下，乳化液表层有少量的浮油，除去浮油后的剩余物质不溶于水、正己烷和石油醚，但能够分散在水中。由于油田现场电脱水器运行温度为95℃，因此检测了乳化液在室温25℃和电脱水器运行温度95℃下的黏度，分别为11.2 mPa·s 和7328 mPa·s，在25℃和95℃下乳化液的电导率分别为8.76和0.25 mS/cm，这说明该乳化液在25℃时为水包油型乳化液，而在95℃时为油包水型乳化液。在95℃下的乳化液呈半固态，基本失去了流动性。

在25℃下，离心法测得该乳化液的含水率为42%，在离心管底部约有1%（体积分数）的黑色沉淀，底层水的pH值为8.56。向沉淀中加入1∶1盐酸后有气泡冒出，同时释放出大量硫化氢气体，大部分沉淀物溶解，溶解后的溶液呈深黄色。进一步的XRF、XRD分析结果显示，该沉淀主要为硫化亚铁，含量为87.32%。

离心后的乳化液在95℃的水浴中静置30 min后，离心管底部水中出现大量悬浮的褐色絮状物，但将样品冷却至25℃后该絮状物又溶解于水中。反复实验结果表明，絮状物的析出和溶解为可逆过程。在95℃下将该絮状物析出，然后进行提取。XRF、XRD 分析结果显示，该絮状物的C 含量为80.78%、H 含量为10.55%、O 含量为2.18%、N 含量为3.32、S含量为2.37%、Fe含量为0.01%，各元素所占比例和胶质、沥青质组成较为相似。离心后上层乳化液和下层水中铁含量分别为36.8和1.3 mg/L。

2.2 盐酸和THPS对乳化液物性的影响

从乳化液的物性分析可以看出，乳化液中铁含量明显高于一般原油中的铁含量，结合于慧雪等研究了 Fe（NO3）3、FeCl2及 FeCl3对 HJ 原油和 RD 原油黏度的影响结果［3］，初步推断铁离子在该油田乳化液形成过程中可能起到重要作用。因此分别用无机的盐酸和有机的铁络合剂THPS对乳化液开展了相关实验。

表1为盐酸加量对乳化液黏度及离心后上层溶液中和下层水中铁含量的影响结果。从表1可以看出，向乳化液中加入不同量的36%工业盐酸，可使部分有机铁转变为无机铁，从而使水溶液中铁离子含量增加而乳化液中铁离子含量减少。经过酸处理后的乳化液，升高温度后的黏度增加情况较未经酸处理的乳化液明显降低。说明铁在乳化液的形成过程中起重要作用，当向乳化液中加入一定量盐酸后，有机铁转变为无机铁，乳化液中的有机铁含量降低，故升高温度后乳化液的黏度较未经酸处理的乳化液黏度明显降低。

表1 盐酸对乳化液黏度及离心后上层溶液中和下层水中铁含量的影响

表2为THPS 加量对乳化液黏度及离心后上层溶液中和下层水中铁含量的影响结果。从表2可以看出：向乳化液中加入THPS，可使部分有机铁转变为无机铁，乳化液中铁离子含量较少，水溶液中铁离子含量增加。升温后，经过THPS 处理后的乳化液黏度增幅明显低于未经THPS处理的乳化液的。

表2 THPS对乳化液的影响实验

2.3 THPS现场加注试验效果

由于盐酸的加注会对现场流程设备造成腐蚀，出于安全和现场的可操作性，开展了THPS 在电脱入口的加注试验，结果见表3，试验前先人工对电脱水器中乳化液进行彻底排放。从表3可以看出，随着THPS 加注浓度的增大，电脱水器水相出口中铁含量逐渐增加，电脱水器内12 h乳化液积累厚度不断减少，外输原油含水值也有所降低。当THPS 加注浓度为90 mg/L 时，基本可以解决电脱水器中乳化液不断积累的问题，而且电脱水器出口原油的含水可满足现场要求的≤0.5%的标准。

表3 THPS现场加注试验效果

2.4 电脱水器中乳化液形成机理分析

胶态硫化亚铁颗粒可在油水界面上形成排列紧密的刚性界面膜，阻止水珠间的聚并，使油水过渡层稳定且不断增厚，从而使得乳化液稳定性增强，不易脱水［4-7］。铁盐可和原油中极性较强的胶质及沥青质中的杂原子化合物发生缔合作用，从而降低胶质、沥青质在油中的溶解度，使胶质、沥青质容易从油相中析出，发生自身聚合。有实验表明，铁盐的存在对某些原油黏度的增加有明显的作用，且随着铁盐浓度的增加，黏度也随之增大［8］。

从前面实验现象及结果可以推断：该油田乳化液的形成是由于铁盐与原油中的胶质、沥青质络合，形成了复杂的高分子化合物，该高分子化合物自身密度大于原油而小于水，从而沉积在电脱水器的油水界面处。该化合物中的部分成分在水中的溶解度随温度的升高而降低，当温度降低后，该化合物溶解度增大，又溶解于水中，所以乳化液黏度降低；当温度升高后部分化合物从水中析出并形成网状结构，原油分子和水分子填充于网状结构中，最终导致乳化液黏度极度增大。