蘇丹原油破乳劑的配制及現(xiàn)場應(yīng)用

李鑫源，劉擁政，席作家，齊羽佳，馮建錄，王 濤，劉 洋，李春雨，單鵬程

(1.廊坊開發(fā)區(qū)中油科新化工有限責(zé)任公司，河北 廊坊 065001；2.中國石油管道局工程有限公司管道投產(chǎn)運(yùn)行分公司，河北 廊坊 065001)

天然石油(從地下開采出來未加工時(shí)稱原油)是一種可燃粘稠液體，多為黑褐色或者暗綠色[1]。原油乳液在油品的生產(chǎn)和煉制中經(jīng)常出現(xiàn)。世界上主要的粗品油都以一種乳液的形態(tài)產(chǎn)出。一種乳液由至少兩種不相混溶的液體組成。其中之一是以一種極細(xì)的分散體如大約1mm直徑的液滴懸浮于另一液體上。

乳狀液形成原因[2]：(1)在二次采油中加入大量油田化學(xué)助劑；(2)地層中含有一些脂肪酸鹽等表面活性物質(zhì)；(3)原油自身含有的一些表面活性物質(zhì)，這些液體的其中之一通常為水，而另一個(gè)經(jīng)常是油。油有可能極細(xì)地分散于水中。在這種情況下，乳液是一種水包油型。水被稱作連續(xù)相，而油被稱作分散相。相反地，如果油為連續(xù)相而水是分散相，乳液就稱作油包水型。大多數(shù)的原油乳液屬于這種類型。

若原油中含有較高的水含量，會(huì)有以下負(fù)面影響[3-5]：(1)乳狀液的粘度大大增加，則需要加大運(yùn)輸推動(dòng)力以及提高輸運(yùn)溫度，需要的運(yùn)輸能耗成本增加；(2)會(huì)引起管道腐蝕，并且在石油管壁上結(jié)垢，嚴(yán)重時(shí)石油管道堵塞管道。增加維修成本；(3)當(dāng)高含水石油進(jìn)入煉油廠時(shí)會(huì)造成催化劑中毒，破壞環(huán)境，危害員工身體，造成經(jīng)濟(jì)損失。所以，在石油出口、進(jìn)入煉油廠時(shí)，都對原油中的含水量有一定的要求，一般不得大于0.5%。

1 破乳方法

在原油運(yùn)輸前，要對原油進(jìn)行破乳處理。我們可以采取好多方法，比如高壓電場法離心法超濾法真空分離法 但最常用的是采用破乳劑來對石油進(jìn)行破乳。

破乳劑是一種表面活性物質(zhì)，它能破壞乳狀液的結(jié)構(gòu)，使乳狀液中的所有相分離。原油破乳是指通過破乳劑的化學(xué)作用，使乳化油水混合物中的油水分離，達(dá)到原油脫水的目的，保證原油出口含水率標(biāo)準(zhǔn)。

2 破乳劑的作用機(jī)理

破乳劑的機(jī)理是相轉(zhuǎn)移反向變形。破乳劑的加入導(dǎo)致相轉(zhuǎn)變，即與乳化劑相反的乳狀液類型的表面活性劑(反破乳劑)。這種破乳劑與疏水乳化劑反應(yīng)形成絡(luò)合物，使乳化劑失去乳化性能。碰撞擊破界面膜機(jī)理，在加熱或攪拌條件下，破乳劑有許多機(jī)會(huì)與乳狀液的界面膜發(fā)生碰撞或吸附在界面膜上，或去除一些表面活性劑，從而破壞界面膜，大大降低其穩(wěn)定性，發(fā)生絮凝、聚結(jié)而破乳。

3 破乳作用機(jī)理的研究

乳濁液是熱力學(xué)中的一種不穩(wěn)定體系，破乳是其必然結(jié)果。破乳過程一般分為三個(gè)步驟：(1)滴聚集與界面膜引流；(2)界面膜破裂；(3)乳滴聚并。在聚結(jié)過程中，聚結(jié)的液滴被合成一個(gè)大的液滴，導(dǎo)致液滴數(shù)量的減少，最終導(dǎo)致乳液的破壞，如圖1所示。乳化液滴破壞是邊界膜破裂(膜排水)的結(jié)果。膜排水和液滴聚結(jié)過程與乳液界面膜的流變特性有關(guān)。界面膜的粘度和彈性在很大程度上決定了界面膜的強(qiáng)度，從而決定了乳液的穩(wěn)定性。近年來，對破乳劑破乳機(jī)理的研究主要集中在液滴聚集過程的詳細(xì)研究和破乳劑對界面膜性能的影響等方面[6-10]。

(a)無破乳劑；(b)加入破乳劑后10min；(c)加入破乳劑1h

3.1 蘇丹124區(qū)塊油田概況

蘇丹1/2/4地區(qū)位于蘇丹首都喀土穆以南偏西700多公里處，總面積48913.76 km2，位于東非大裂谷北部蘇丹中南部Muglad盆地中部[11]，主要分為Heglig，Diffrea，Neem和 Canna 等5大油田區(qū)塊。其中CPF位于Heglig油田。

隨著石油行業(yè)的迅速速發(fā)展、原油開采量的增多和含水量的提高，給原油運(yùn)輸帶來很多問題。本文針對蘇丹124區(qū)塊油田含水量增高的問題，完成了科新公司破乳劑的種類及用量的篩選，并進(jìn)行了現(xiàn)場測試。

3.2 CPF 外輸原油物性及其要求

表1 CPF外輸原油物性及要求

4 實(shí)驗(yàn)方法

為了篩選蘇丹油田的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)現(xiàn)場取回的原油樣品，于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對藥劑進(jìn)行篩選是必要的[12-15]。篩選破乳劑的基本原則[16-18]：(1)藥量用量低；(2)脫水速度快；(3)脫水的含油率低(4)脫水效果良好。

針對蘇丹不同的油田，考察加劑量的變化對破乳效果的影響，通過實(shí)驗(yàn)篩選出KS-50-41破乳劑。篩選過程為：加藥劑-維持-劑量降低-維持。由此來考查新型破乳劑是否合適。

無論試驗(yàn)還是平常的生產(chǎn)，油系統(tǒng)各個(gè)處理器出口的油中含水都是非常重要的指標(biāo)，對于石油生產(chǎn)具有指導(dǎo)作用[14-15]。根據(jù)試驗(yàn)安排，試驗(yàn)開始后密切監(jiān)測了各級處理器的油中含水情況，結(jié)果顯示，正如室內(nèi)評選所表現(xiàn)的一樣，無論是用KS-50-41 替換 PT-6752，還是 KS-50-41 的藥劑優(yōu)化，流程都表現(xiàn)的非常平穩(wěn)，外輸原油含水逐漸降低,表明新型破乳劑KS-50-41的對于各油田的良好適應(yīng)性。具體數(shù)據(jù)見表中油中含水?dāng)?shù)據(jù)。

目前Heglig日輸量為22萬桶左右，試驗(yàn)前使用破乳劑PT-6752，注入濃度為15ppm，注入量為465L/D，注劑點(diǎn)為11個(gè)，含水率在6%到14%之間。計(jì)劃注入濃度為12ppm，計(jì)劃用量為395L/D，注劑點(diǎn)為11個(gè)，破乳劑型號為KS-50-41，注入后含水降至2.0%左右。而后減少加劑濃度至10ppm，計(jì)劃用量為330L/D，注劑點(diǎn)為11個(gè)，破乳劑型號為KS-50-41，調(diào)整后含水穩(wěn)定在1.8%左右。認(rèn)為可以繼續(xù)減少加劑濃度至8ppm，計(jì)劃用量為260L/D，注劑點(diǎn)為11個(gè)，破乳劑型號為KS-50-41，目前含水穩(wěn)定在1.5%左右。

表2 Heglig油田

目前Neem日輸量為4.0萬桶左右，試驗(yàn)前使用破乳劑PT-6752，注入濃度為30ppm，注入量為181L/D，注入點(diǎn)為7個(gè)，含水率為0.2%左右。使用破乳劑KS-50-41，改變加劑濃度為40ppm，計(jì)劃用量為240L/D，注入點(diǎn)為7個(gè)，注入后含水穩(wěn)定在0.1%左右。而后繼續(xù)減少加劑濃度至30ppm，計(jì)劃用量為180L/D，注入點(diǎn)為7個(gè)，注入后含水穩(wěn)定在0.1%左右。

表3 NEEM油田

目前Diffra日數(shù)量為1.9萬桶左右，試驗(yàn)前所用破乳劑為PT-6752，注入濃度為35ppm，注入量為185L/D，注入點(diǎn)為4個(gè)，含水為2%左右。使用破乳劑KS-50-41，改變加劑濃度為40ppm，計(jì)劃改進(jìn)用量為185L/D，注入點(diǎn)為4個(gè)，注入后含水穩(wěn)定在1.5%左右。繼續(xù)減少加劑量到30ppm，減少后計(jì)劃加劑量為145L/D，注入點(diǎn)為4個(gè)，注入后含水穩(wěn)定在1.5%左右。

表4 DIFFRA油田

5 結(jié)論

(1)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)成功的優(yōu)選了合適的藥劑。KS-50-41效果優(yōu)于之前使用的PT-6752。

(2)通過調(diào)整藥劑注入濃度，達(dá)到了減少含水量、節(jié)約成本的目的，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。