提高孤六联稠油脱水效率破乳增效剂开发及应用效果

2020-11-09许浩伟高生伟王芷寒高成元张锡波

海洋石油 2020年3期

许浩伟，高生伟，王芷寒，初伟，高成元，张锡波

（1. 中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司孤岛采油厂，山东东营 257231；2. 北京化工大学化学学院，北京 100029；3. 中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司石油工程技术研究院，山东东营 257000；4. 山东省稠油开采技术重点实验室，山东东营 257000）

近年来，随着稠油开采规模逐步加大，孤六联稠油采出液油水分离问题日渐突出，给实际生产带来了极大的不利影响。一是原油黏度高、油水密度差值小（孤六联合站进站原油黏度高达2860 mPa·s，原油密度0.978g/cm3，油水乳化严重），油水分离效果差（表1），原料油含水率高，造成脱水器运行不平稳，影响净化油和外输原油含水率指标。特别是到了冬季来液温度低，脱水更加困难，部分联合站脱水温度甚至要求达到80℃左右；二是稠油破乳难度增大，需要升温至80℃以上进行脱水，导致能耗大大增加；三是常规的聚氧乙烯、聚氧丙烯醚类非离子破乳剂药剂，对稠油脱水速度偏慢（55℃，60 min脱水率≤50%，120 min脱水率≤80%），最终脱水率偏低（≤90%）（表2），无法满足现场生产需要[1]。为了提高破乳剂在较低温度下的脱水速度，设想研制一种破乳增效剂，对破乳增效剂合成分子的碳链长度和原子官能团进行严格控制，形成性能良好的单剂[2]，然后根据不同原油的特点，与破乳剂进行合理复配使用，发挥两种药剂的协同效应，能够快速提高破乳剂的脱水速度[3]。在55℃条件下提高破乳剂脱水速度1倍以上，大大降低原料油含水率。在进入电脱升温之前分离出大量游离水，利用有限的热量给更少的液量加热，提高加热效率，从而提高脱水温度，提高破乳效果，也间接实现了节能降耗。

表1 油水分离实验（实验温度45℃）

表2 原油脱水实验（实验温度55℃）

1 破乳增效剂研制及评价

1.1 破乳增效剂制备

（1）合成原料及设备

原料：改性淀粉起始剂、氢氧化钾、环氧乙烷、苄基氯、有机胺等。

设备：不锈钢高压反应釜、高位滴加罐、加热系统、计量泵、真空系统等。

（2）生产流程

称取一定量的起始剂和一定量的固体氢氧化钾投入高压釜中，将高压釜密封好并试压，用氮气置换2～3次，然后启动搅拌，升温至100℃，启动真空泵抽真空。当温度升至120℃时，停真空。打开进料阀，利用氮气压力将储罐内已称量好的环氧乙烷逐渐压入反应釜中[4]。进料速度的控制以釜压不超过0.4 mPa为准，并保持反应温度130～140℃，进料完毕后，持续加入苄基氯和有机胺继续保持反应温度反应半小时降温，出料得破乳增效剂（图1）。

图1 破乳增效剂制备流程示意图

1.2 破乳增效剂评价

（1）破乳增效剂脱水效果评价

室内对破乳增效剂提高破乳剂脱水速度的效果进行了评价，样品中均加入常规破乳剂100 mg/L，加入破乳增效剂的样品②③④⑤⑥比未加破乳增效剂的样品①，脱水率大幅提高，且随着破乳增效剂浓度的提高脱水率也提高[5]（表3）。

表3 不同增效剂浓度与脱水率关系

（2）破乳增效剂温度评价

一般来讲，破乳剂在一定的破乳浓度下，破乳效果随着温度的增加而变好，但考虑能量的观点，破乳剂的破乳温度越低，耗能越少[6]，还应注意以下几点：

①如果破乳温度较低，原油中可能析出蜡晶、胶质、沥青质颗粒[7]。这些颗粒会对中间乳化层的形成产生促进作用。所以选择合适的破乳剂时，应当综合考察脱水的各项指标，并不是温度越低其破乳效果越好，而是要选择出来的破乳剂具有适当破乳温度。②当破乳剂具有较低的破乳温度时，非离子型破乳剂会更多地溶解在水中，从而被分离出来的水带走的破乳剂会更多[8]。

对研制的破乳增效剂在不同温度条件下，对破乳增效剂功能进行测试，选择适合的温度降低原料油含水率，减少加热液量，提高脱水效率（图2）。

（3）破乳增效剂配伍性评价

原油的脱水率与破乳剂的用量不是成正比。脱水率并不是随着破乳剂用量的增加而提高，当用量达到一定值时，脱水率并不会提高。筛选破乳剂时，必须考虑最佳用量。此外我们还需考察不同原油对破乳剂的适用性[9]。

图2 破乳增效剂对温度敏感性评价

根据实验检测，在55℃条件下，随着破乳增效剂浓度增加，脱水率明显提高，增加浓度有利于脱水；但是超过一定浓度之后，再增加增效剂的比例，脱水率不再增加，趋于平稳[10]（表4）。建议破乳剂与增效剂按照6∶4的比例复配条件投加，脱水率即可达到90%以上，且随着温度的升高脱水率增加，同时脱水速度快，脱出来的水具有清晰的界面，脱水所需温度比较低。

表4 破乳剂与增效剂不同复配比例对脱水影响评价（实验温度55℃）

2 现场应用情况

目前孤六联脱水工艺采用三段沉降、电化学脱水工艺，采出水处理为二级气浮除油工艺。孤六联采出液处理工艺为：

井排来液→三相分离器→原油一次沉降罐→原油二次沉降罐→脱水泵→换热器→电脱水器→净化油罐→外输。

采出水处理工艺流程为：

油站来水→一次除油罐→二次除油罐→一级气浮→二级气浮→外输缓冲罐→外输泵→注水站。

试验期间，将破乳剂与破乳增效剂在二次罐出口复配投加，通过初步升温至55℃，将大部分水通过沉降罐沉降出来，大幅降低原料油含水率（图3），配合破乳剂“多点”加药[11]，考察原料油含水率变化情况，及时根据现场条件对破乳增效剂加药量进行调整，确保联合站生产平稳运行（表5）。

图3 孤六联加药流程示意图

表5 孤六联破乳增效剂现场实施方案

通过对试验方案和现场工艺流程进行完善，结合破乳剂的作用机理，细化了加药工艺流程，进行了三相分离器运行参数优化以及精细操作工艺管理等措施，发现问题及时整改，确保原油脱水不乱。

2019年1月份在孤六联合站实施投加破乳增效剂试验，加药后2天，原料油含水率和脱水器电场没有出现明显变化，三相分离器出水水质有所改善[12]，化验出水含油在800～1000 mg/L。继续观察2天原料油含水率由32%降至26%。脱水器电场运行正常，净化油含水率由加药前的2.9%左右降至2.4%。之后稳定运行20天以上，联合站运行平稳，取得了较好效果（图4、图5）。