姬六聯(lián)合站乳化層成因分析及對策

章文榮，譙 夫，周春林，姬文鈺，王君鵬

（1.長慶（寧夏）精細化工有限公司，寧夏銀川 750200；2.中國石油長慶油田西安長慶化工集團研究所，陜西西安 710018）

姬六聯(lián)合站現(xiàn)有3 000 m3沉降罐2具（具體編號為1#、2#沉降罐），日處理液量2 300 m3，現(xiàn)場加藥濃度190 mg/L。姬六聯(lián)合站2017年，新投產(chǎn)井壓裂措施達到70余口，集中措施后，破乳劑適應(yīng)性下降，導(dǎo)致原油脫水速度慢，造成沉降罐乳化層厚度升高。對該區(qū)塊集中措施期間原油進行離心發(fā)現(xiàn)原油分為凈化油、膠狀物、水、機雜四層，其中固態(tài)不溶物（膠狀物與機雜）含量一度高達25%，在2017年11月措施后，沉降罐趨于平穩(wěn)運行，原油中固態(tài)不溶物含量減少。

表1 水型分析表

1 姬六聯(lián)合站乳化層成因分析

1.1 現(xiàn)場水型分析

姬六聯(lián)合站上游來液站點較多，開采層位也較為復(fù)雜，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SY/T 5523-2006油田水分析方法》[1]對不同層位的水進行分析，具體結(jié)果（見表1）。

由實驗結(jié)果可知，現(xiàn)場水礦化度很高，現(xiàn)場水中Ca2+含量高，存在一定量的SO42-,不存在CO32-，現(xiàn)場水存在結(jié)垢傾向，配伍性差，在原油集輸處理過程中，容易形成固體機雜，對集輸系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

1.2 乳化層組分分析

1.2.1 乳化油特點 乳化油狀態(tài)初步判斷，具體外觀特征為：（1）黑色黏稠膠狀液體，很難見到游離水，流動性較差，光澤油亮，非常相似凈化油外觀；（2）靜置于室內(nèi)常溫，有聚結(jié)為稠糊狀態(tài)并伴有少量黑色顆粒，該顆粒既不溶于油也不溶于水（見圖1）。

圖1 電鏡下乳化油狀態(tài)

對1#沉降罐乳化層進行分層取樣，按照GB/T6533-2012《原油水和沉淀物測定法》（離心法）[4]進行固體機雜含量測定，測試結(jié)果（見表2）。

由表2測試結(jié)果可以看出：固體機雜含量變化較高，因此可以初步判斷乳化油中固體機雜的高含量是導(dǎo)致油水分離困難的主要因素之一。

1.2.2 固態(tài)機雜組分分析 按照GB/T6533-2012《原油水和沉淀物測定法》（離心法）[4]，通過離心后的乳化層（見表3）；樣品分為4層，分別為：油層、膠狀物、水層、固體雜質(zhì)。

表2 沉降罐乳化層組成

表3 沉降罐乳化層組成

采用溶劑-離心分離獲取固體不溶物，烘干后，向固體機雜中加入二甲苯溶劑，利用二甲苯加熱回流，過濾，將過濾好的物質(zhì)烘干、稱重，然后加入正庚烷在60℃條件下繼續(xù)溶解1 h，過濾、烘干，然后加入鹽酸溶液，過濾、沖洗、烘干、稱重，實驗結(jié)果（見表4、圖2、圖3）。

1.3 固體機雜對原油破乳效果的影響

將固體機雜與毛油按照不同比例（5%、10%、15%）混合，按照SY/T 5280-2000《原油破乳劑通用技術(shù)條件》[2]進行原油破乳實驗，通過實驗可以看出，固體機雜對原油脫水影響很大，隨著固體機雜含量的增加，原油脫水率大幅降低，實驗結(jié)果（見表5、圖4）。

在沉降罐中，油不溶物聚集在油水界面上，原油經(jīng)過油水界面時與油不溶物混合。姬六聯(lián)合站3 000 m3沉降罐日處理液量2 300 m3，沉降罐中的液體處于劇烈的運動狀態(tài)，油水很難分離。因此造成姬六聯(lián)合站沉降罐形成乳化層的主要原因是油不溶物。

1.4 酸化措施液對原油破乳效果的影響

通過姬六聯(lián)合站所在區(qū)塊酸化措施與同期姬六聯(lián)合站運行參數(shù)的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)酸化措施后，沉降罐乳化層普遍偏高，措施后毛油脫水率明顯低于措施前（見表6）。

表4 乳化油中固體機雜溶解實驗結(jié)果

圖2 烘干后固體機雜

圖3 二甲苯熱回流烘干后現(xiàn)象

表5 固體機雜對原油破乳脫水效果的影響

圖4 固體機雜對原油破乳脫水效果的影響

通過措施前后毛油脫水率對比（見表7），說明措施液能降低破乳劑的脫水效果（見圖5、圖6）。

從圖5、圖6對比可以看出，酸化措施后的毛油不再是簡單的油包水乳狀液，毛油中已分不清乳狀液的狀態(tài)，其中油連續(xù)片狀雜質(zhì)（見圖7）。經(jīng)過離心分析（見圖8），能夠看出，酸化措施后的雜質(zhì)處于離心管的底部，乳化油中固體機雜溶解實驗結(jié)果中的灰色殘余物，該物質(zhì)是由于地層中含有大量的高價離子，如Ca2+、Mg2+等，與土酸中氫氟酸反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀，該沉淀與原油包裹在一起，此外，酸化措施中酸液對地層巖石溶蝕后，巖石中不溶于原油、水的物質(zhì)呈粉末狀，隨著原油進入集輸系統(tǒng)導(dǎo)致的。

表6 酸化措施與沉降罐乳化層的關(guān)系

表7 措施前后羅29-11井原油脫水情況

圖5 措施前毛油狀態(tài)

圖6 措施后毛油狀態(tài)

圖7 措施后離心管

圖8 措施前后毛油脫水對比

通過對比可以看出，措施后毛油油水界面膜有了明顯的變厚，地層雜質(zhì)與原油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、蠟質(zhì)這些膠狀物吸附在乳化油表面，形成緊密排列的剛性界面膜，導(dǎo)致乳狀液穩(wěn)定性提高，隨著時間的增加發(fā)生膠狀顆粒凝聚、聚沉積乳狀液陳化等過程，增厚了含有渣狀固體沉積物的中間層，形成了油、水上下流動的屏障，使油水分離速度變慢，直接影響脫水效果[3]。

2 姬六聯(lián)合站乳化層處理措施

目前站內(nèi)情況單純靠化學(xué)藥劑已經(jīng)不能根本解決，通過加藥配合工藝流程進行解決；在化學(xué)藥劑方面：實驗篩選出針對性處理藥劑，促進機雜中有機組分降解，通過降黏、吸附、聚集等原理，使小粒徑機雜聚沉在油水界面；在工藝流程方面：加藥后提供充分破乳沉降時間，并將沉降的機雜從系統(tǒng)中隔離。

2.1 工藝流程改進

在原油進入沉降罐時，固體顆粒會吸附在原油乳狀液表面，增加乳狀液的界面強度，乳狀液破乳效果下降。在現(xiàn)場應(yīng)用過程中，三相分離器由于在進液段采用旋流預(yù)分離技術(shù)，即利用離心沉降原理從懸浮液中分離固體顆粒，同時在破乳段采用靜態(tài)攪拌器活性水水洗破乳技術(shù)，強化了藥液混合和乳狀液破乳，使乳狀液滴的界面膜強度降低，改善了分離的水力條件。同時，根據(jù)現(xiàn)場工藝條件，現(xiàn)場有一具108 m3三相分離器，可處理十一轉(zhuǎn)與十九轉(zhuǎn)約1 200 m3/t的液量，處理后的低含水油進入沉降罐，該工藝可降低進入沉降罐液量約700 m3，降低了沉降罐中原油攪動的力度與原油上升的速度，有利于沉降罐運行的平穩(wěn)。

自2017年8月投用三相分離器后，現(xiàn)場乳化層由2 m降至1 m，由此可見，投用三相分離器，一定程度上降低了沉降罐的負荷，有利于沉降罐的平穩(wěn)運行（見表8）。

2.2 降低固體不溶物對原油破乳的影響

姬六聯(lián)合站所在區(qū)塊原油很容易脫水，但在沉降罐中卻是以乳化層的狀態(tài)存在。首先經(jīng)過水層，因為來液量大，在沉降罐中攪動劇烈，經(jīng)過水層的反乳化，原油攜帶著乳化水進入油水界面，與固態(tài)不溶物混合，使油水更難分離，造成乳化層居高不下。

2.2.1 YZ-144含聚合物乳化油專用破乳劑作用機理YZ-144含聚合物乳化油專用破乳劑選取針對性強的破乳劑干劑，能夠?qū)υ擃惾闋钜浩迫?，再進一步完善配方體系，在破乳劑合成中引入新的活性物質(zhì)進行破乳；其中電解質(zhì)主要通過減小水珠表面的負電性和改變?nèi)榛瘎┑挠H水親油平衡而起作用；低分子醇使通過改變油水相的極性（使油相極性增加，水相極性減?。谷榛瘎┮葡蛴拖嗷蛩喽鹌迫樽饔?。

（1）降黏機理：YZ-144含聚合物乳化油專用破乳劑中含有專門降低乳化油黏度的表面活性劑，能夠有效降低乳化油黏度，改善油水流動比，促進油水分離。

（2）聚集-沉降機理：由于乳化油中固體顆粒粒徑較小，加入YZ-144含聚合物乳化油專用破乳劑，能夠促使雜質(zhì)小顆粒聚集、沉降。

表8 投用三相分離器后沉降罐運行參數(shù)

表9 乳化油破乳實驗

2.2.2 乳化油破乳實驗 對1#、2#沉降罐乳化油進行了取樣分析，并進行SY/T 5280-2000《原油破乳劑通用技術(shù)條件》進行乳化油破乳劑實驗，發(fā)現(xiàn)該乳化油中含有大量黑色絮狀及粉末狀機雜，具體（見表9），實驗現(xiàn)象（見圖9、表10）。

實驗表明，使用兩種破乳劑都能實現(xiàn)乳化油脫水，通過表10可以看出，加入YT-100破乳劑后，高濃度下雖然能實現(xiàn)乳化油脫水，但不能使油中機雜聚沉分離，在進液外力作用下而擴散到油中，因此大量投加常規(guī)破乳劑不能根本有效解決系統(tǒng)運行現(xiàn)狀，需對YZ-144含聚合物乳化油專用破乳劑投加濃度進行優(yōu)化，具體結(jié)果（見表11）。

通過室內(nèi)濃度優(yōu)化實驗可以看出，破乳劑投加濃度為400 mg/L時，120 min脫水率可達到75%，有效滿足現(xiàn)場處理需要。

2.2.3 沉降罐乳化層處理措施

圖9 實驗現(xiàn)象

表10 實驗現(xiàn)象分析

表11 乳化油破乳劑投加濃度實驗

圖10 乳化油處理流程

表12 沉降罐運行參數(shù)

（1）先向沉降罐乳化層中加入YZ-144含聚合物乳化油專用破乳劑，靜置、沉降，將乳化層的厚度壓縮到1 m以內(nèi)，然后排出沉降罐底部污水，使沉降罐乳化層維持在抽吸口位置。

（2）利用站內(nèi)抽吸裝置，將沉降罐中含固體雜質(zhì)乳化油抽出，集中處理，避免沉降罐在運行過程中油-水-雜質(zhì)三相同時出現(xiàn)，形成新的乳化油（見圖10）。

3 現(xiàn)場效果跟蹤

2017年8月，現(xiàn)場首次進行現(xiàn)場處理，處理過程中技術(shù)人員對管道來油脫水難易程度，沉降罐乳化層厚度，溢流口含水等三個技術(shù)指標(biāo)進行監(jiān)控，同時與前期生產(chǎn)運行參數(shù)進行對比，通過對比可以看出，沉降罐乳化層厚度得到明顯控制（見表12）。

4 結(jié)論

（1）導(dǎo)致姬六聯(lián)合站沉降罐乳化層成因主要是措施液及固體不溶物致使油水分離效果變差導(dǎo)致乳化層居高不下。

（2）通過工藝改造，增加三相分離器減小了措施液對沉降罐的影響，同時通過YZ-144含聚合物乳化油專用破乳劑降低了固體不溶物對沉降罐的影響，有效降低了沉降罐乳化層。

［1］中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5523-2006［S］.油田水分析方法，2006.

［2］中國石油天然氣集團公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5280-2000［S］.原油破乳劑通用技術(shù)條件，2000.

［3］張維，李明遠，姚春，等.固體顆粒對O/W乳狀液穩(wěn)定性的影響研究［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2012，27（4）：103-105.

［4］中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 6533-2012［S］.原油水和沉淀物測定法（離心法），2012.