大庆油田高乳化陈旧原油有效处理工艺技术评价

刘琴 张冰 张轩维 冷冬梅

1大庆油田设计院有限公司

2中交第四航务工程勘察设计院有限公司

高乳化陈旧原油是指油水乳化严重且放置时间相对较长的原油。集输系统内的高乳化陈旧原油主要有三个来源：从脱水转油站内污水沉降罐上部回收的污油；从污水处理站除油罐回收的污油；从污水处理站过滤罐反冲洗后进回收水池内回收的污油[1]。这类原油由于成分复杂，含有许多导电性较强的FeS等机械杂质，乳化严重，导电性强，往往会导致电脱水装置出现频繁跳闸甚至垮电场，造成脱水电场运行不平稳，给生产带来很大的问题。同时，高乳化陈旧原油占用了采出液处理设备的处理空间，降低了设备处理量，使脱水温度升高并造成处理剂用量增加，增加了处理成本，还加大采出液处理难度，导致电脱水器处理后油、水超标，给生产管理带来很大困难[2]。各采油厂处理高乳化陈旧原油主体工艺流程不统一，配套性和适应性差，没有形成完善的处理工艺及处理设备。因此，优选和完善一套适合处理大庆油田高乳化陈旧原油的工艺技术和设备，彻底解决油田回收高乳化陈旧原油的困难，才能够确保油、水质达标，同时为各联合站原油安全生产、平稳运行创造有利条件。

1 处理工艺及适应性评价

1.1 国内外处理工艺

国外在高乳化陈旧原油处理难度大的油田均建有专门的处理系统。这些系统大多先采用离心分离工艺，再将分离出的固体杂质进行焚烧或生物无害化处理。对于沥青质含量高、化学处理难度特别大而又没有被污染的原油，则自然风化后用于铺路。

目前国内处理高乳化陈旧原油的主要方法包括回掺和混掺法[3]、加热沉降[4]（包括采用老化油单独处理装置[5]）、电场处理、生物处理[6]、离心分离[7]、超声波处理[8]、负压脱水[9]、热化学+机械离心[10]等。

1.2 大庆油田高乳化陈旧原油处理工艺及现状

大庆油田的55 座脱水站在系统内年产生的高乳化陈旧原油量约为42×104t。为实现外输油品品质达标，大庆油田从2005 年起就将高乳化陈旧原油与正常原油处理流程分开，有28 座脱水站建有单独高乳化陈旧原油处理工艺。其中，95%的站采用了热化学沉降方法，个别站采用了电化学脱水法及离心法处理高乳化陈旧原油，其他无高乳化陈旧原油处理工艺的脱水站主要采取混掺或回掺的处理工艺。

经多年运行，高乳化陈旧原油系统逐渐暴露出各种影响生产的问题：处理工艺适应性差，处理效果不适应生产需求；小型现场试验中采用的设备、处理效果和适应性需要进行现场试验来验证；各厂采用的处理工艺流程不统一，配套性、完善性和适应性差，部分处理设备运行不正常等。

1.3 高乳化陈旧原油的处理工艺效果评价

对大庆油田在运的22 座高乳化陈旧原油处理站的处理工艺效果进行了评价（表1）。

表1 高乳化陈旧原油站场及处理效果调查Tab.1 Investigation of high emulsified old crude oil stations and treatment effects

在调查的22 座站中主要使用包括热化学沉降、电化学沉降、氧化法处理及离心处理四种处理工艺。从处理效果上看，处理后油中含水量达标的有17座站，占总数的77.3%。其中，采用热化学方法处理的有21 座站，包含了2 种不同的工艺流程：新建老化油单独连续处理工艺和利用压力沉降罐、电脱水器等原有设备在站内组成单独连续处理系统的处理工艺。

通过对处理效果的调查可知，对高乳化陈旧原油的处理无论是采用专用处理装置还是利旧，或是定期集中处理，只要是采用收油后单独处理以及热化学处理工艺，处理后的油水品质就基本上能够达标[11]。单纯采用两级离心的处理方法，处理后油中含水率在6%左右，还需要再增加一套热化学处理工艺才能使油中含水率降至0.5%以下。

2 现有处理设备的适应性评价

对22 座高乳化陈旧原油处理站场的处理工艺和处理设备进行了评价，其中对处理设备的评价标准主要为设备结构的适用性，包括单独新建处理化学脱水设备、利旧设备、两级离心处理设备、电处理设备四种（表2）。

从表2中可以看出，22座在运站的处理工艺都能够满足处理要求。相应的处理设备中，设备结构适用于进行高乳化原油处理的只有10 座，占总数的45.5%。不适用的站点主要采取了利旧工艺，对原处理设备直接利用，从设备结构角度来看无法适应高乳化陈旧原油的处理。

表2 高乳化陈旧原油不同处理工艺及设备结构评价Tab.2 Evaluation of different treatment processes and equipment structure for high emulsified old crude oil

2.1 单独新建设备的运行效果评价

从处理设备的结构来看，高乳化陈旧原油的处理有四种结构类型：①针对高乳化陈旧原油特点而设计的高效原油热化学脱水组合装置。这种设备针对性较强，圆形喇叭口结构的新型进液分布器使液流呈放射状布液，变径缓流、缓冲消能，形成了平稳的沉降分离条件；初分离段设整流板，调整液流的运动状态，有利于液体分层；沉降段布置一段可再生陶瓷填料，有利于油中水滴的聚结等等。该装置的结构特点适合于高乳化陈旧原油处理，处理装置现场运行情况稳定。②针对污水沉降罐回收油设计的沉降罐脱水装置。该装置也是针对采出液油水分离而设计的，进口部件采用下箱式布液器，具有良好的稳流、整流特性，有利于破乳，具有一定的预分离作用；沉降段布置两段可再生填料，陶瓷填料的亲水特性有利于油中水滴的聚结；出口部件采用斜板式收油结构和较小的油室，增大了液相沉降体积，能够提高设备的处理能力；同时在出水口之前增设防砂挡板，便于清砂防砂等等。同样，该装置的结构适合于高乳化陈旧原油处理，处理装置现场运行稳定。③早期大庆油田针对油水分离设计的老化油沉降罐。它是在沉降罐的基础上，仅增加了一段不锈钢填料。这种设备结构不合理，有效空间利用率低，处理效果不理想。④针对油水分离设计的热化学脱水器。它的结构与填料式游离水脱除器结构相同，有两段填料，油水分离效果较好。

上述除早期设计的老化油沉降罐之外其他单独处理的设备，从结构型式上看均可用于高乳化陈旧原油的处理，能够取得较好的处理效果，满足处理要求（图1）。

图1 高乳化陈旧原油处理工艺流程Fig.1 Treatment process flow of high emulsified old crude oil

2.2 各种利旧设备运行效果评价

根据现场应用情况，利旧设备类型主要有两种：①利用旧电脱水器进行原油沉降脱水，包括利用原来的平挂、竖挂电极电脱水器，以及复合电极电脱水器。电脱水器布液方式为底部布液，顶部收油。在不加电场的情况下，油滴和水滴运动轨迹为上下垂直运动，不利于液滴碰撞、聚结，因此，这种结构沉降效果不理想，满足不了高乳化陈旧原油处理的需要（图2）。②利旧各种沉降罐（空罐）进行原油沉降脱水，包括卧式沉降罐和立式沉降罐两种。其中，卧式沉降罐包括水油分离缓冲罐、压力沉降罐、老化油沉降罐；立式沉降罐包括5 000 m3缓冲水罐和立式罐。这种空罐类似于其他油田的沉降大罐，内部结构简单，靠重力进行沉降，维温效果差，热量损失大。如果回收的高乳化陈旧原油老化时间短，采取延长沉降时间的方法也能够取得较好的处理效果。但对于老化时间长的高乳化陈旧原油来说，这种装置处理效果比较差，不能满足处理效果要求（图3）。

图2 利旧电脱水器处理工艺流程Fig.2 Treatment process flow of used electric dehydrator

图3 利旧沉降罐处理工艺流程Fig.3 Treatment process flow of used settling tank

2.3 两级离心处理装置运行效果评价

两级离心处理工艺采用卧螺式离心机，利用固、液两相密度差，首先在絮凝剂和离心力作用下，在较低的转速下实现固、液分离，密度较大的固体颗粒紧贴转鼓内壁，利用转鼓内壁输送到排渣口，油水混合液从转鼓大端排出。然后采用碟片式离心机，利用油水密度差，在破乳的螺旋剂和离心力的作用下，在较高的转速下实现油水分离（图4）。

图4 两级离心式高乳化陈旧原油处理站工艺流程Fig.4 Process flow of two-stage centrifugal high emulsified old crude oil treatment station

从现场运行情况来看，经设备处理后的油中含水率很难达到1%，如想达到含水率1%的处理效果，后段必须加一级热化学沉降工艺。如果所处理介质泥沙含量比较大，用其处理可以有效进行固、液分离，但设备运行清理困难，缺乏专业队伍维护。

3 现场试验验证

对采用新建单独连续收油处理系统的两座站进行了跟踪试验，对回收油进行处理后，油中含水量基本能够达到0.5%以下，水中含油浓度1 000 mg/L以下。

对采取利用已建设备单独处理连续收油系统的5座站进行了跟踪试验，对回收油进行处理后，其中3座站油中含水率能够达到0.5%以下，水中含油浓度300 mg/L 以下；1 座站油中含水率为1.2%以下，水中含油浓度30 mg/L 以下；另外1 座站油中含水率为25%以下，水中含油浓度在2 000 mg/L以下。

对采用集中收油、间歇处理老化油收油系统的1座联合站进行了跟踪试验，处理后，油中含水率在1.8%～3.5%之间，水中含油浓度低于1 000 mg/L。

对采用离心法脱水工艺处理系统内高乳化陈旧原油的1联合站进行了跟踪试验，经过两级离心处理后，油中含水率为5.9%。继续进行热化学沉降，在沉降温度65 ℃、沉降时间18 h 情况下，油中含水率降至0.47%。沉降温度70 ℃，沉降时间1 h时，油中含水率降至0.41%。

4 结论

（1）对大庆油田22 个采用热化学沉降和离心分离工艺流程的处理站进行评价，采用单独新建设备工艺、集中处理工艺、离心处理工艺方式的处理能够取得较好的处理效果。在利旧工艺中，针对高乳化陈旧原油特点而设计的高效原油热化学脱水组合装置、针对污水沉降罐回收油设计的沉降罐脱水装置、早期大庆油田针对油水分离设计的老化油沉降罐，以及针对油水分离设计的热化学脱水器四种利旧设备更适合于高乳化陈旧原油的处理。

（2）针对高乳化陈旧原油的有效处理模式主要为单独连续处理的热化学沉降处理工艺。采用专用处理设备，处理温度不低于70 ℃，加药浓度不低于300 mg/L，沉降时间大于20 h。当原油杂质含量较高时，可采用两级离心加热化学处理方法，处理温度70 ℃，加药浓度100 mg/L，沉降时间大于1 h。

（3）对于回收油的有效处理模式主要为连续回收运行处理模式，处理设备采用新建单独设备或对现有利旧设备进行改造，处理温度50～65 ℃，加药量不低于150 mg/L，沉降时间大于8 h。