安塞油田老化油形成机理及处理技术研究

2020-02-27折利军许晋东

石油化工应用 2020年1期

关键词：毛油乳化液集输

折利军，杨剑，许晋东，柳军

（中国石油长庆油田分公司第一采油厂，陕西延安 716000）

安塞油田年产生复杂多相老化油约3 000 m3，老化油形成后处理难度大，导致沉降罐脱水能力大幅下降，且占据集输站点储罐大量库容空间，严重影响原油集输系统的正常运行，如何快速、有效处理乳化油，已成为油田开发亟待解决的问题。

1 老化油组分分析

1.1 离心分析

按照GB/T 6533 原油水和沉淀物测定法（离心法）进行分析，在45 ℃条件下，经过3 300 r/min 高速离心处理10 min，样品在离心管里分为四层，上层为油，第二层为胶凝物，第三层为水，第四层为固形物（见图1）。

图1 老化油离心分离后照片

1.2 微观状态观察

在电子显微镜下观察，老化油中含有少量的球状黑色固体，不同层位的乳化油外观均含有呈块状或球状的黑包絮状物，絮状物边沿吸附有薄油层，内部有少量的水，此外还含有少量油包水和水包油乳化液滴；乳化油中絮状物随着大罐层位不同具有较大的变化；上部乳化油絮状物尺寸较小，大多数独立分散在油中；随着层位下降乳化油絮状物尺寸较大，相互聚集（见图2、图3）。

图2 显微镜下观察（40×）

图3 显微镜下观察（100×）

1.3 老化油中固形物分析

采用离心分离方法，获取油水界面处胶凝物机杂，烘干后，向固体机杂中加入二甲苯溶剂，振荡摇匀，加热至130 ℃～140 ℃继续保温溶解1 h，过滤，将过滤好的物质烘干，称重，然后加入正庚烷在60 ℃条件下继续溶解1 h，过滤烘干，然后加入盐酸溶液，过滤、冲洗、烘干称重。根据实验结果可以看出：油水界面中间层主要为蜡质、胶质、沥青质及无机酸不溶物，含少量腐蚀产物，其中固体有机物成分占61 %，无机不溶物含量为39 %（见表1）。

表1 老化油中机杂成分分析

2 老化油成因及影响因素分析

油田开发过程中，新井投产、措施增产及日常维护作业等，会引入各类有机、无机杂质，随油井采出液进入原油集输系统。通过现场大量取样，进行离心分析发现，新井及措施井产液中含大量红棕色胶凝物[1，2]。

2.1 酸化措施液对原油破乳脱水的影响

现场取回的残酸返排液按照不同比例进行原油破乳实验，发现土酸及残酸对破乳脱水均有阻碍作用，特别是残酸，脱水率在40 %以下（见表2）。

表2 酸化措施液对原油破乳脱水的影响

2.2 压裂措施液对原油破乳脱水的影响

压裂措施中通常使用高分子聚合物瓜尔胶，将瓜尔胶按照0.35%配成胶状物，分别与毛油按照5%，10%，15 %三个浓度进行混合，混合完成后进行破乳脱水实验，实验表明：瓜尔胶浓度越大，对原油脱水的影响越大，而且脱出水原油沾壁严重（见表3）。

表3 压裂措施液对原油破乳的影响

2.3 老化油中固态胶凝物的形成机理

从图4、图5 对比可以看出酸化措施后的毛油不再是简单的油包水乳状液，毛油中已分不清乳状液的形态，其中有连续的片状杂质。经过离心分析，酸化措施后的杂质处于离心管的底部，该物质是由于地层中Ca2+、Mg2+等离子与土酸中的氢氟酸反应，产生沉淀，沉淀与原油包裹在一起，此外，酸化措施中酸液对底层岩石溶蚀后，岩石中的矿物粉随采出液进入集输系统。

从图4、图6 对比可以看出压裂措施后的毛油油水界面膜明显变厚，相对分子质量大的瓜尔胶与原油中胶质、沥青质、蜡质这些胶状物吸附在乳化油表面，形成紧密排列的刚性界面膜，导致乳状液稳定性提高，随着时间延长，发生胶态颗粒凝聚、聚沉及乳状液陈化等，形成油水中间层，成了油、水上下流动的屏障，使油水分离速度变慢，直接影响破乳脱水效果。

图4 措施前毛油

图5 酸化后乳状液

图6 压裂后乳状液

2.4 固态胶凝物对原油破乳脱水效果的影响分析

将胶凝物与毛油按照5 %、10 %、15 %比例混合，进行原油的破乳脱水实验，实验表明：固态不溶物对原油脱水影响很大，随着固态不溶物含量的增加，原油脱水率大幅度降低（见表4）。

表4 固态不溶物对原油破乳脱水效果的影响分析

3 老化油处理

3.1 处理剂筛选

采用SY/T 5281-2000 原油破乳剂使用性能检测方法（瓶试法），将多组通用破乳剂干剂样品进行配对筛选评价，选定A-20 为主剂的YT 型原油破乳剂，其对有机质有一定的溶解、润湿、渗透等作用，可削弱固态杂质对乳化膜稳定性的作用。

将10 %固态胶凝物与毛油混合，在A-20 为主剂的YT 型破乳剂中分别复配助剂B、助剂C、助剂D、助剂E、A-24 等，进行原油破乳脱水实验。实验表明：加入10 %A-24 的原油破乳剂后，破乳脱水启动速率、脱水率及水质均达到最佳效果。主要原因是A-24 与水分子的亲和力大于老化油中的胶凝物，胶质分子周围的水化层得到明显减弱。同时，A-24 加入后可改变离子强度，胶质表面的电荷被大量中和，削弱了固态吸附物的稳定性。

使用500 mL 试管进行不同浓度破乳剂的放大脱水实验，观察脱水效果并检测脱出净化油表层含水。当加药浓度大于100 mg/L 时，绝对脱水率达到92 %以上，且表层净化油含水小于0.3 %，破乳脱水效果较好（见表5）。

表5 老化油处理剂破乳脱水实验结果

3.2 处理工艺

对大罐乳化层进行取样，从乳化层上部至下部每隔1 m 提取250 mL 样品，倒入取样瓶中，做好标识。按照GB/T 6533《原油水和沉淀物测定法（离心法）》进行机杂和水分分析，若乳化液过于稳定时，按照GB/T 8929《原油水含量测定法》（蒸馏法）进行含水测试，按照SY/T 7550《原油蜡质、胶质、沥青质含量测定法》进行胶质、沥青质、蜡质以及酸溶物的检测。为了避免样品变化，取样过程时间控制在1 h 之内。采用电子显微镜观察乳化油的微观状态，通过微观状态观察和组成分析，判断乳化层和乳化液的类型[3-7]。

3.2.1 “油包水（W/O）”型乳化油处理主要是指以油为外相、水为内相的乳化油，其产生原因是由于破乳剂加药浓度不足，无法破坏乳化油界面膜而形成的。这类乳化油的特点有：含水率与毛油基本相当，机杂含量较低（0.5 %以下）；显微镜下观察油水界面较为清晰，乳化油外相为油，内相为水，乳化液粒径基本一致，呈卵泡状排列；加入较低的破乳剂即可分出明水。可根据乳化油稳定性实验选择出的破乳剂浓度，采用现场补加破乳剂进行处理。

3.2.2 “水包油（O/W）”型乳化油处理主要是指以水为外相、油为内相的乳化油，其产生原因是由于破乳剂或其他工业表面活性剂浓度过大，形成的乳化液。这类乳化油的特点有：含水率比毛油大，机杂含量范围波动大；显微镜下观察油水界面较为清晰，乳化油外相为水，内相为油，乳化液粒径大小不一，呈卵泡状排列；自然静置条件下，可分出明水。根据乳化油稳定性实验选择出的破乳剂浓度，采用现场补充投加阳离子表面活性剂进行处理。

3.2.3 复杂多相乳化油的处理该类型乳化油主要是O/W 和W/O 两种类型同时存在的乳状液，这类乳化油的特点有：含水率一般为10 %～40 %，机杂含量较高（大于2.0 %）；显微镜下观察油水界面不清晰，乳化油内部含有大量的絮状物，乳化液粒径大小不一；自然静置条件下，不能分出明水，在加入破乳剂、阳离子处理剂的情况下可分出部分明水，水的颜色较黑，分出明水的量与机杂的含量有关系，机杂含量高，分出的明水量较少。

处理方法：一是含油≥40 %，机杂≤10 %，可采用“加药沉降+一级离心”处理工艺；二是含油15%～40%，机杂≥10 %，可采用“加药+电破乳+三级离心”处理工艺；三是含油≤15 %，可先加热加药破乳脱水后，采用污泥调剖处理。