油田老化油处理技术现状

张 涛，袁宏强，戴俊峰，李冬宁，赵永平

（中海油（天津）油田化工有限公司，天津 300452）

据统计，我国油田每年产生的老化油不少于800×104t。老化油是指油田生产过程中产生的乳化严重[1]，且无法通过常规原油处理系统脱水的污油[2]。老化油的成因十分复杂，其成分一般包括复杂乳状液[3]、化学药剂、泥砂、机械杂质、胶质沥青质、无机盐[4]和细菌等多种物质[5，6]。老化油的存在不仅大量占据存储空间，影响油田的提产扩容；还会腐蚀设备，降低设备使用寿命；更会由于其处理不当造成环境污染[7]。因此，亟需开展老化油处理。

目前主流的老化油处理技术有以下几种：回掺处理、热化学处理、超声波处理、微波处理、生物处理、电场处理、离心处理、蒸发处理。以下是对现有老化油处理技术的梳理。

1 回掺处理

老化油回掺处理法即将老化油按一定比例打回常规原油处理流程进行混合处理，该方法处理老化油虽然经济，但往往会因为老化油回掺比例较多或老化油在电脱水器内积累造成电脱水器跳闸，甚至出现电场事故，造成严重损失[8]。

大庆油田在没有单独的老化油处理设备前，常用回掺方法处理老化油。大庆采油一厂早期将老化油按比例直接回掺进行处理，电脱水器跳闸问题严重，时常烧毁电器元件。后来改进回掺工艺，将老化油通过脱水除杂后减少老化油处理量再进行回掺处理，电脱水器跳闸现象有所缓解但仍有发生[9]。

随着油田开发深入，老化油产生量也在不断增加，因此这种方法的可行性在逐步降低[10]。

2 热化学处理

热化学法即通过加热并配合相应的化学药剂处理老化油，达到破坏油水界面膜的目的，以实现油水分离。热化学处理法可分为热化学沉降法和组合热化学法。

热化学沉降法的关键在于破乳剂的选取。禹盟等[11]对渤海某油田的老化油成因进行分析，发现FeS 是引起乳化的主要原因。于是在循环加热条件下，通过THPS将FeS 颗粒溶解，配合常规破乳剂YHFPW-195，让老化油沉降脱水，处理后上层原油含水<1%，满足外输标准。马方义等[12]通过热化学法对蓬莱油田老化油进行室内脱水研究，使用复合络合剂1#对老化油中杂质进行络合脱出，然后通过破乳剂860F 进行热化学沉降脱水，24 h 后上层原油含水<1%。王伟波等[13]针对长庆油田老化油成分进行分析，并针对该老化油特性开发出一种低温老化油破乳剂。对该药剂进行室内脱水研究，在加药浓度500 mg/L，处理温度30 ℃，沉降24 h，脱水率即可达到94.3%以上，并可有效的分离原油中的机械杂质。

热化学沉降处理法由于其工艺简单，投资少而被广泛适用，但由于其作用时间长，效果不稳定等因素仍存在一定的局限性。而组合热化学法是将热化学脱水同离心法、电场法、超声波法、微波法联合使用，具体情况在后面介绍。

3 超声波处理

超声波处理是通过高频振动作用于老化油进行破乳，它的作用原理包括机械振动产生的“位移效应”使水中“粒子”聚集、机械振动促进天然乳化剂溶解、热作用降低界面膜强度[14]。超声波处理一般同热化学法联合使用，配合破乳剂实现油水分离。

陈永红等[15]通过模拟现场流程声化处理胜利油田老化油，配合现场推荐破乳剂在最优加注浓度下对乳化原油超声处理20 min，超声频率为22 kHz，之后60 ℃沉降3 h，处理后油中含水＜1%。李锋等[16]通过超声波法对流花油田老化油进行室内脱水研究，配合破乳剂及絮凝剂在最佳加注浓度下超声处理10 min，超声功率400 W，声场强度1 500 W/m2，沉降1 h，全程保持温度为80 ℃，处理后油中含水1.3%。

超声波热化学法相比单独热化学沉降效率更高，然而，由于超声处理老化油时声强过大、辐照时间过长均会造成原油的二次乳化，参数临界点不易判定。因此，该技术仍处于室内研究阶段。

4 微波处理

微波处理是基于微波热效应及非热效应联合破乳。热效应利用水分子对微波吸收能力强的特性，水滴吸收能量后膨胀，使界面膜受压变薄；同时由于温度升高，油相溶解度增加，界面膜更易破裂。非热效应是指极性分子在高频电磁场的作用下高速旋转，破坏油水界面膜的Zeta 电位，水分子自由运动撞击聚并，进而油水分离[17]。

张波[18]通过微波法对流花油田老化油进行室内脱水研究，对比单独使用微波法和微波辅助热化学联合脱水效果。单独使用微波法，微波辐射功率406 W、辐射时间5 min、离心转速5 000 r/min、离心时间15 min的条件下可脱水最高76.82%；微波辅助热化学法，保持辐射功率不变，辐射时间4 min、转速4 000 r/min、离心转速4 000 r/min、离心时间10 min 的条件下脱水率提高至94.05%。

微波处理法同热化学法联合使用，脱水效率会有明显提升。目前，针对微波处理老化油的研究较少，且处于室内研究阶段，需要进一步提高。

5 生物处理

老化油中硫化物含量高是其脱水困难的一个重要原因，因此生物技术往往基于生物破乳与生物脱硫联合作用来实现老化油脱水。生物破乳是加入微生物发酵培养液而使乳化液破乳脱水的方法，它通过微生物细胞本身、发酵过程中产生的生物表面活性剂以及代谢过程来破坏油水界面膜，以达到破乳脱水目的[19]；生物脱硫是加入微生物来减少硫化物含量，它通过生化反应将硫化物氧化或有益菌群抑制硫酸盐还原菌生长，来起到脱硫目的[7]。

付亚荣等[20]对华北油田老化油进行生物脱水应用，向老化油沉降罐中投加60 mg/L 的生化制剂，第二天硫化物含量由45.8 mg/L 降至1.7 mg/L，SRB 由2×106个/毫升降至22 个/毫升，从而电脱水器运行正常。张广福[21]在大庆油田采油四厂硫化物问题最为严重的杏一联合站开展生物脱硫试验，向老化油沉降罐中投加60 mg/L 的MW2000 生化产品，冲击加药9 d，油相中硫化物含量由60.7 mg/L 降至1.5 mg/L，水相中硫化物含量由7.5 mg/L 降至0.004 mg/L，从而电脱基本保持平稳运行。

生物处理由于其过程简单，对环境友好等优势已引起越来越多的学者关注，但该方法适用性不强、处理效率较低、长期使用可能会产生耐药性等问题，目前仍没有大面积推广。

6 高频脉冲处理

电场法处理是对老化油施加强电场，加快水滴聚结沉降，以达到脱水目的。针对老化油导电性强的特性，为避免电脱短路不能建立稳定电场，现多采用高频脉冲脱水处理老化油。高频脉冲处理老化油在破乳效率、能耗及电场稳定性方面都有明显优势[22，23]。

魏立新等[24]对大庆油田老化油进行电场脱水研究，通过室内实验对比交-直流供电与脉冲供电对老化油的处理效果。交-直流供电在不同电场强度下均会出现“跨电场”现场；脉冲供电在脉冲频率2 kHz，极板电场强度2 000 V/cm，处理时间2 h 的最优条件下，处理后油中含水最低为1.2%，水中含油514 mg/L。将高频脉冲处理同化学法联用，配合破乳剂加注量15 mg/L，脉冲频率2 kHz，极板电场强度2 000 V/cm，60 ℃下处理1.5 h，处理后油中含水小于0.3%，水中含油低于500 mg/L。

胜利油田设计院[25]研制了一种以高频脉冲为主、热化学和活性水水洗为辅的老化油处理装置，该装置在胜利油田采油厂坨一站进行现场试验。综合含水率5%～30%、聚合物含量大于80 mg/L 的老化油经过该装置处理，处理条件为温度90 ℃、加药量50～100 mg/L，处理后油中含水小于2%，水中含油低于500 mg/L。

李锐锋等[26]将不同比例老化油与原油混掺，考察自制的矩形波高压/高频脉冲交流电源和高压/工频电源对原油乳化液的脱水效果。工频电场基本没有明显脱水，且电场电压升高后出现“跨电场”现场；高频电场作用下可将含老化油的原油乳状液处理至含水小于1%。通过考察频率、电场及老化油含量对高压/高频脉冲交流电源脱水效果的影响发现：频率增加可降低电能消耗同时避免电场击穿；电压增高可以减少脱水时间，提高脱水效率；而老化油含量增加会直接延长脱水时间。

李玮健等[27]对流花油田老化油进行室内电场脱水研究，考察了电场强度、电场频率及电压波形对脱水率的影响。针对含水率40%的流花油田老化油处理最优参数为电压6 kV、频率2 kHz、波形为矩形波，加电1 min 后乳化液表层在显微镜下观察水颗粒粒径显著增大且数量大幅减少，从而促使水滴加速沉降脱水。

尽管如此，高频脉冲脱水技术长时间使用油水过渡层是否会在罐内累积、是否会造成“跨电场”现象，仍有待于进一步现场验证。

7 离心处理

离心技术是通过离心机处理老化油达到脱水目的，此方法是利用油、水、渣相的密度差异，在离心力的作用下实现三相分离。离心处理设备占地面积较小，多用于处理含渣相较多的老化油，并且一般会和热化学法联合使用。

梁金强等[28]设计了一套可移动的老化油离心机脱水撬，配合热化学法对让纳若尔油气田老化油进行试验，首先加入破乳剂及絮凝剂并进行加热，之后进入单级离心机实现油、水、固三相分离。该套设备在现场试验处理量为3.5 t/h，处理后油中含水小于1.5%，水中含油低于1%，固体杂质均不高于0.5%；固相含水不大于35%、含油不大于15%。该设备由于其出口水质含油较高，并且无法根据处理效果自行调整工艺参数，技术方面仍有待改善。

宋志俊等[29]在安塞油田老化油处理过程中对离心处理工艺进行优化，改进后工艺为：一级：破乳剂配合加热和电脉冲进行破乳破胶；二级：螺旋离心机进行渣相去除；三级：再次通过热化学法及电脉冲进行破乳破胶，并用一级翼片框离心机脱水；四级：二级翼片框离心机去除胶质及杂质。该工艺在现场处理量为115 m3/d，处理后油中含胶杂质小于1%，与现场净化油混输含水低于0.2%；水中含油不高于200 mg/L，含悬浮物不高于100 mg/L。该工艺解决了絮状物堵塞离心机问题，同时处理后的油、水可满足外输和回注。

杨秘等[30]通过离心法同热化学法联合使用在曹妃甸油田开展老化油处理，首先加入破乳剂对老化油进行热化学破乳，之后进入三级离心机实现油、水、渣三相分离。该技术在油田现场应用处理量为5 m3/h，处理后油中含水小于3%，水中含油低于70 mg/L。该工艺设备简单、占地面积较小、且处理效果较好，缓解了FPSO 上老化油占据舱容问题。

雷齐玲等[31]对大港油田枣园地区老化油处理技术进行研究，分别于室内考察热化学、超声波、微波、离心及超声波+热化学+离心对老化油的处理效果。通过研究发现单独使用热化学沉降无法脱水；热化学配合微波或超声波效果也无法满足要求；离心法在加入1%浓度的破乳剂后离心可将老化油处理至含水2%以下；超声波+热化学+离心法使用破乳剂KYST-2 配合功率5 W/cm2超声波处理20 min，65 ℃恒温24 h 后离心10 min，处理后油中含水1%。

尽管离心法处理老化油效果较好，也有很多成功案例，但离心处理对老化油的物性要求较高，必须存在较大的油水密度差以保证处理效果达标。

8 蒸发处理

蒸发处理技术是利用老化油初馏点较高及油水沸点不同的特点，通过加热削弱油水界面膜强度，使得水分子从老化油乳状液中分离，液态水分子转换为气态，以实现油水分离。

梁宏宝等[32，33]研发的老化油常压蒸馏脱水装置由初蒸装置、精蒸装置和冷凝装置组成，初蒸装置安装有沸石，可以防止油水爆沸，全装置实现自动化控制。该装置在吉林油田进行现场应用，日处理量48 m3，处理后油中含水小于2%，水中含油低于400 mg/L。蒸发脱水处理老化油不引起二次乳化，具有普遍适用性，但该设备的处理效率仍有待提高。

张海周等[34]采用真空薄膜蒸发技术对流花油田老化油进行室内脱水研究，老化油经过加热后进入多孔金属网构成的成膜蒸发元件，形成极薄的流动薄膜同时吸收加热元件供给的热量，由于油水饱和蒸汽压不同而实现两相分离。通过研究发现加热温度越高、流量越小，处理后的老化油的含水率越低；含水10%的老化油，进油流量为0.15 kg/min、温度为80 ℃时，脱水率可达90%，经过2 次循环脱水后老化油含水率<0.5%。目前该技术处于初步试验阶段，仍有大量技术需要完善。

蒸发处理对老化油脱水适用性较广，但该方法无法实现原油脱盐，且占地面积较大，仍需进一步优化。

9 结语

老化油的有效处理是确保油田稳定生产的一项重要措施。目前来看，单纯的回掺处理及热化学处理已经不能满足现场需求；超声波处理、微波处理、生物处理技术还不够完善；高频脉冲、离心处理、蒸发处理在现场虽然已有成功应用案例，具有一定的推广价值，但各自仍存在一定局限有待完善。因此，处理高效、广泛适用、环境友好的老化油处理技术有待于进一步开发，而物理设备同热化学法联合使用将是今后的发展趋势。由此可见，一方面应加强老化油处理设备的开发，另一方面应配合研发老化油破乳剂，而更为重要的是增加对老化油乳化机理研究，采取措施从源头减少老化油产生，从根本解决老化油问题。