破乳劑在油氣集輸系統(tǒng)的應(yīng)用

單大龍

（大慶油田開普化工有限公司，黑龍江大慶 163453）

1 破乳劑作用

油田地層中的油和水本身是分層的，二者受密度影響本身不會(huì)產(chǎn)生乳化液。但是在采油的過程中由于驅(qū)油技術(shù)的應(yīng)用，使得油相和水相形成了混合物，在沿著油管流動(dòng)的過程中受壓力的影響使得混合液中的伴生氣析出，因此間接對(duì)油水混合液進(jìn)行了攪動(dòng)作用，再加上油氣集輸過程中的設(shè)備例如脫水泵、離心泵管件等應(yīng)用下促成了乳狀液生成。

另外一個(gè)易生成乳狀液的原因就是原油中所含有的天然乳化劑成分，例如瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、臘等有機(jī)物，在采油過程中較長(zhǎng)的運(yùn)移時(shí)間下形成很多的內(nèi)相顆粒較小、分散度較高的乳狀液，水滴越小越分散，受到的重力也就越小，更不容易發(fā)生沉降作用。同時(shí)原油中的高分子有機(jī)物本身也有助于形成黏性和彈性較高的一種界面膜，這種機(jī)械強(qiáng)度較高的界面膜會(huì)使乳狀液穩(wěn)定性進(jìn)一步加強(qiáng)，這也是易生成W/O型乳狀液的主要原因，使得該類型介質(zhì)表現(xiàn)為親油性遠(yuǎn)大于親水性，因此為使原油含水能夠達(dá)標(biāo)從而更好地?zé)捴瞥善酚图跋嚓P(guān)制品，需要對(duì)采出液進(jìn)行深度破乳處理。

2 破乳劑在油田中轉(zhuǎn)站的應(yīng)用

油田中轉(zhuǎn)站的油水分離設(shè)備多為三合一分離器，進(jìn)行油、氣、水三相分離。分離出的水用于井口伴熱、回?fù)交蛘咄廨斨料掠挝鬯幚碚?。未投加過破乳劑的來液，只能靠油水密度差進(jìn)行分離，油水分離效果差，分離時(shí)間長(zhǎng)，常造成回?fù)剿蛘咄廨斘鬯蛧?yán)重超標(biāo)，不僅降低了原油的產(chǎn)量，同時(shí)還對(duì)下游污水處理造成了很大的難度。投加了破乳劑后，可以提高油水分離速度，間接提高脫后污水水質(zhì)，保證了原油產(chǎn)量的同時(shí)，減輕了下游污水站的處理負(fù)擔(dān)。

由此可見，破乳劑在中轉(zhuǎn)站的應(yīng)用起著非常重要的作用，通過提高油水分離的能力來降低下游站的處理難度，同時(shí)也減輕了本站污水系統(tǒng)的處理負(fù)擔(dān)，從而延長(zhǎng)采油廠的濾罐清理周期，為采油廠節(jié)省了運(yùn)營(yíng)成本。

隨著近些年來油田開采新技術(shù)的應(yīng)用，例如普通聚合物驅(qū)、抗鹽聚合物驅(qū)、三元驅(qū)等技術(shù)的應(yīng)用，使得油井采出液性質(zhì)發(fā)生了很大的變化，例如抗鹽聚合區(qū)驅(qū)油劑的使用使得驅(qū)替液具有較強(qiáng)的耐溫抗鹽效果，抗吸附能力較好，極大地提高了聚合物在地層中的黏度保留率，隨之而來的影響就是采出液性質(zhì)隨之發(fā)生了變化，使得中轉(zhuǎn)站以及聯(lián)合站的油水分離效果變差，采出液分離困難，增加了現(xiàn)場(chǎng)的沉降時(shí)間而且分離后的污水含油較高。此時(shí)則需要針對(duì)不同的介質(zhì)進(jìn)行專門的破乳劑配方選型從而達(dá)到使用效果。以大慶油田采油一廠一礦聚中115站為例，抗鹽聚合物的使用能有效降低聚合物的質(zhì)量濃度，使聚合物的黏度保留率得到提高。也因此加大了后期污水的處理難度。該區(qū)塊于2016年8月投抗鹽聚合物（型號(hào)HLX1200萬，HLX1600萬），2017年3月轉(zhuǎn)入驅(qū)替階段，聚中115站在2017年5月之前一直使用常規(guī)水溶性破乳劑，因現(xiàn)場(chǎng)隨著抗鹽聚合物投入使用使得油水分離的難度越來越大，外輸污水含油一直在700～1 000mg/L居高不下?，F(xiàn)場(chǎng)外輸水含聚濃度約為500mg/L，黏度4.5。通過現(xiàn)場(chǎng)為期近四個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)藥劑配方調(diào)整實(shí)驗(yàn)摸索出了不同的藥劑作用效果的區(qū)別，如表1所示為現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)四個(gè)月的試驗(yàn)數(shù)據(jù)跟蹤。

通過表1中不用藥劑型號(hào)使用期間的數(shù)據(jù)的平均數(shù)值來看，LS-115A型破乳劑的現(xiàn)場(chǎng)使用效果較好，而且在7月14日到7月20日期間外輸污水含油都已達(dá)到500mg/L以下，基本達(dá)到了現(xiàn)場(chǎng)要求的分離沉降后的污水含油指標(biāo)。

表1 污水含油現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

油田中轉(zhuǎn)站雖然對(duì)外輸原油的含水率指標(biāo)要求不高，但是其分離后的污水對(duì)整個(gè)油氣集輸系統(tǒng)影響較大，回?fù)降奈鬯苯佑绊懢诓沙鲆旱奶幚黼y度；外輸污水的水質(zhì)好壞直接影響后續(xù)污水站處理能力。由此可見破乳劑在油田中轉(zhuǎn)站的應(yīng)用也相當(dāng)重要。

3 破乳劑在油田聯(lián)合站的應(yīng)用

聯(lián)合站作為油田成品油和氣的生產(chǎn)基地，具有較完整的生產(chǎn)工藝，其中油田助劑的投加以破乳劑為主，部分聯(lián)合站還設(shè)有硫化物去除劑、凈水降黏劑、凈水劑等藥劑投加點(diǎn)。大部分中轉(zhuǎn)站都已經(jīng)投加過破乳類藥劑，因此聯(lián)合站的綜合來液一般含水都在95%以上，但是乳化油里面的含水一般都在10%左右，還需要通過進(jìn)一步的藥劑處理結(jié)合沉降工藝，最后通過電脫水器的電場(chǎng)作用下脫出9.7%～9.8%的水。

3.1 聯(lián)合站的破乳劑種類選擇

由于聯(lián)合站的綜合來液已經(jīng)含有很多的水，因此對(duì)于這部分已經(jīng)藥劑處理過的介質(zhì)，實(shí)際上再次通過投加普通破乳性能的水溶性藥劑進(jìn)行處理已經(jīng)很難體現(xiàn)出較好的破乳效果，有些情況甚至?xí)尸F(xiàn)出藥劑量投加過大反而形成乳化的現(xiàn)象，增加了油水分離的處理難度。這部分介質(zhì)大體上分成兩類，一類是以W/O型的乳化油，一類是O/W型的游離水，因此在聯(lián)合站綜合來液閥組間的藥劑投加，應(yīng)該選擇以側(cè)重這兩個(gè)方面性能的藥劑進(jìn)行投加，有針對(duì)性地選擇藥劑投加才能夠給后續(xù)介質(zhì)的處理減輕負(fù)擔(dān)。

3.1.1 反向型藥劑的選擇

那么到底是選擇正向還是反向破乳劑取決于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)情況，如果聯(lián)合站二段電脫水器的運(yùn)行一般相對(duì)較平穩(wěn)而且脫后含水都能夠達(dá)到外輸原油的標(biāo)準(zhǔn)，那么針對(duì)這類介質(zhì)則可以選擇反向類破乳劑，側(cè)重點(diǎn)放在污水處理方面，將處理乳化油的工作任務(wù)留給電脫水器，通過藥劑投加和游離水脫除器的綜合作用把污水指標(biāo)控制到最好，通常通過藥劑投加一般聚驅(qū)介質(zhì)在經(jīng)過游離水脫除器沉降后放水含油一般能達(dá)到低于500mg/L，有的可以低于300mg/L，這樣一整套油氣集輸系統(tǒng)運(yùn)行起來就會(huì)較平穩(wěn)。

3.1.2 正向型藥劑的選擇

還有一類情況就是聯(lián)合站的電脫水器較脆弱，運(yùn)行起來經(jīng)常波動(dòng)倒電場(chǎng)、放水跑油、垮場(chǎng)不易恢復(fù)等情況經(jīng)常發(fā)生，分析這類情況主要原因是乳化油的導(dǎo)電性較強(qiáng)。油田生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到一類較麻煩的情況就是前方出現(xiàn)作業(yè)和措施井，或者是前方污水站收油，由于這部分油品性質(zhì)不好，含有大量的細(xì)碎雜質(zhì)，不易沉降大量聚結(jié)在油水過渡層，使油水界面模糊不清。各種化學(xué)增油措施的使用使得產(chǎn)生老化油的組分更加復(fù)雜，無法直接通過沉降使得含水達(dá)標(biāo)乳化程度較為嚴(yán)重，經(jīng)常通過中轉(zhuǎn)站輸送至聯(lián)合站進(jìn)行綜合處理，給聯(lián)合站的處理增加了難度。

針對(duì)這種情況則需要將介質(zhì)的處理重點(diǎn)放在破除深度乳化上，通過聯(lián)合站藥劑投加點(diǎn)投加藥劑，經(jīng)過沉降罐沉降剝離出乳化油中的機(jī)雜破除乳化液滴表面的乳化層，使原油小液滴凝聚成大的油滴輸入后續(xù)的電脫水器。如果這一步?jīng)]有達(dá)到預(yù)想的處理效果，則這部分乳化較嚴(yán)重的介質(zhì)攜帶有大量的機(jī)械雜質(zhì)就會(huì)進(jìn)入電脫水器，從而造成電場(chǎng)的劇烈波動(dòng)使電場(chǎng)無法建立起高壓電場(chǎng)，使得乳化油中的乳化水無法脫出造成外輸高含水原油的產(chǎn)生。通過多年室內(nèi)實(shí)驗(yàn)以及對(duì)介質(zhì)的分析，一般通過離心法介質(zhì)的機(jī)雜含量超過1%則電場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)頻繁波動(dòng)甚至垮場(chǎng)不易恢復(fù)，因此在游離水脫除器段，選擇有針對(duì)性的破乳類藥劑打破這層較難處理的乳化層非常有助于后續(xù)電場(chǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 油溶性破乳劑的應(yīng)用

許多聯(lián)合站在實(shí)際生產(chǎn)過程中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)電場(chǎng)波動(dòng)頻繁、倒電場(chǎng)無法恢復(fù)或者恢復(fù)后無法長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)等情況，這類情況通常都是受到前方綜合來液介質(zhì)發(fā)生較大變化導(dǎo)致。其中一類較明顯的事例就是污水站收油介質(zhì)通過中轉(zhuǎn)站輸送到聯(lián)合站的綜合來液，這部分介質(zhì)是日常污水系統(tǒng)通過長(zhǎng)時(shí)間沉降儲(chǔ)存在沉降罐頂部的油層，這部分油質(zhì)除了含有石油烴類、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、蠟、固體顆粒、無機(jī)鹽和細(xì)菌等常規(guī)物質(zhì)外，還含有聚合物、堿、驅(qū)油用表活劑等物質(zhì)較難處理，通常在經(jīng)過一段破乳劑選型后仍無法處理的較為理想，這時(shí)候采用一種有效的輔助處理措施就是在電脫水器前端增設(shè)一個(gè)藥劑投加點(diǎn)，一般會(huì)選用油溶型破乳劑。因?yàn)橥ǔＢ?lián)合站綜合來液在經(jīng)過一段處理后原油含水普遍會(huì)下降至30%以內(nèi)，這一數(shù)據(jù)也符合油田用電脫水器的設(shè)計(jì)參數(shù)。根據(jù)乳化液轉(zhuǎn)相理論，含水率小于26%時(shí)，可能形成W/O型乳狀液，因此這部分介質(zhì)主要以油包水型乳狀液為主。

油溶性破乳劑以分子態(tài)處于油相中，它向乳化液滴界面的移動(dòng)是純粹的分子擴(kuò)散移動(dòng)，而水溶性破乳劑則須經(jīng)歷從水相到油相進(jìn)行再分配后才能擴(kuò)散到乳化液滴界面，它應(yīng)完成兩種基本類型的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，即分子擴(kuò)散和對(duì)流擴(kuò)散或有向紊流擴(kuò)散。因此，在針對(duì)W/O型乳狀液時(shí)，油溶性破乳劑的使用能夠更好地發(fā)揮脫水效果。

4 老化油藥劑的應(yīng)用

4.1 老化油難處理的原因

老化油的物性發(fā)生改變是回收之后很難脫水的主要原因。通過對(duì)某污水站的沉降罐內(nèi)存了30d的樣本和存60d的樣本進(jìn)行分析，通過化驗(yàn)就可以得知，黏度、含蠟、含膠量隨著存放時(shí)間的延長(zhǎng)在不斷增加。由于原油中含有的瀝青、膠質(zhì)、石蠟等親油物質(zhì)，能夠和酚基等極性基團(tuán)進(jìn)行結(jié)合，這種膠束處于油水界面的時(shí)候，朝向水相的酚基和朝向油相的膠束形成穩(wěn)定的界面隔膜。原油在開采和輸送的過程當(dāng)中，對(duì)原油進(jìn)行了機(jī)械攪拌，同時(shí)原油中存在著天然的乳化劑，這就構(gòu)成了油和水能夠充分乳化并穩(wěn)定，形成乳狀液樣的原油。通過重力沉降、加熱、化學(xué)等處理方法可以破壞油水界面的穩(wěn)定性，分散的水顆粒由此形成大水滴，利用油和水密度不同可以使水從原油中分離出來。由于老化油的存放時(shí)間過長(zhǎng)，黏度變大并且流動(dòng)性減低，不易將水進(jìn)行分離，而形成界面隔膜也會(huì)隨時(shí)間增加變成牢固的乳化膜，原油中的水不能集中在一起形成更大水滴從油中分離出來，無法靠密度差進(jìn)行沉降，因此為使這部分原油能夠外輸就需要借助專門處理老化油的藥劑。

4.2 老化油的處理方法

目前針對(duì)老化油的處理方法有很多其中有：回?fù)教幚?、熱化學(xué)處理、超聲波處理、微波處理、生物處理、高頻脈沖處理、離心處理、蒸發(fā)處理等，就目前油氣田的生產(chǎn)現(xiàn)狀，回?fù)教幚砗蜔峄瘜W(xué)處理應(yīng)用最為廣泛，而這兩種處理方式主要需要化學(xué)藥劑的輔助進(jìn)行，關(guān)鍵在于老化油藥劑的選取，需要對(duì)老化油進(jìn)行仔細(xì)的分析，找到需處理的關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)破乳劑進(jìn)行局部改性處理，使藥劑具有更好的針對(duì)性。一般經(jīng)藥劑處理后的老化油含水在1%左右時(shí)經(jīng)進(jìn)一步沉降可配合混輸能夠達(dá)標(biāo)。

5 結(jié)束語

油田化學(xué)藥劑在油田油氣集輸系統(tǒng)中發(fā)揮著巨大的作用，由于開采技術(shù)的不斷更新，采出液介質(zhì)的不斷變化，同時(shí)也對(duì)藥劑的應(yīng)用提出了更高的要求。只有針對(duì)不同介質(zhì)及現(xiàn)場(chǎng)工藝特性綜合分析科學(xué)實(shí)驗(yàn)，才能讓化學(xué)藥劑發(fā)揮出最好的效果。