楊海波

（中海油有限公司天津分公司曹妃甸作業(yè)公司，天津 300461）

1 引言

隨著原油開采技術(shù)的不斷發(fā)展，稠油開采量越來越大，稠油與地層水在采出過程中由于劇烈的拉伸、剪切、攪拌等作用，導(dǎo)致采出液的乳狀液結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、穩(wěn)定性增強(qiáng)，進(jìn)而使得破乳脫水難度加大，出現(xiàn)一些十分突出且亟待解決的問題，主要表現(xiàn)在：①油水沉降時(shí)間長(zhǎng)，分離速度變慢；②沉降分離過程中出現(xiàn)較多的乳化層；③藥劑破乳速度降低，污水含油量增加。因此，稠油破乳脫水是油田生產(chǎn)稠油過程中不可或缺的環(huán)節(jié)。

海上石油設(shè)施在進(jìn)行生產(chǎn)處理時(shí)受甲板空間、處理停留時(shí)間、設(shè)備條件等因素制約，處理流程中脫水停留時(shí)間短、脫水難度大，因此，快速、持續(xù)化的原油脫水過程尤為重要[1]。隨著開發(fā)程度的逐步提高，我國(guó)大部分的海上油田已進(jìn)入開發(fā)生產(chǎn)的中后期，采出液狀態(tài)也越來越復(fù)雜，采出液處理難度越來越大。因此，對(duì)海上油田應(yīng)用的破乳劑的脫水和清水性能提出了更高的要求。為提升破乳劑性能，研究人員針對(duì)破乳劑結(jié)構(gòu)與采出液組成之間的關(guān)系進(jìn)行深入探討[2-5]。

2 研究背景

渤海某油田地層條件復(fù)雜，產(chǎn)液綜合含水量高達(dá)90%以上，采出液量大、流速快，在流動(dòng)中受到的剪切力強(qiáng)，后期隨著原油開采越來越粘稠（見表1），導(dǎo)致該油田的采出液面臨脫水易、脫凈難、脫水臟的問題，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際處理的難度大幅上升[6]。為解決此類問題，在油田日常生產(chǎn)中提高破乳劑注入濃度使處理的原油和污水處理達(dá)標(biāo)，因此，這也大幅增加了成本壓力。

表1 渤海某油田近幾年原油性質(zhì)

因此，本研究的主要目的是針對(duì)渤海某油田近幾年高含水稠油處理中出現(xiàn)的問題，從破乳劑試驗(yàn)換型入手，對(duì)破乳劑脫水組分與凈水組分進(jìn)行復(fù)配調(diào)整，通過在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)化后的破乳劑效果，以達(dá)到提高原油的脫水速度、降低生產(chǎn)污水的含油值、提高流程處理效果，同時(shí)降低運(yùn)行成本的目標(biāo)。

3 渤海某油田生產(chǎn)工藝流程

渤海某油田的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 渤海某油田生產(chǎn)工藝流程圖

4 破乳劑優(yōu)化

4.1 破乳劑品種優(yōu)化

4.1.1 脫水組分的選擇

高含水采出液脫水一直是研究人員重點(diǎn)攻關(guān)的課題，高含水采出液流速快、受剪切力強(qiáng)，再加上原油重質(zhì)化的影響，因此，形成的乳狀液中往往含有大量復(fù)雜的多重乳液。從表面上看，這類多重乳液脫水難度不大，靜置一段時(shí)間便能脫出大部分的水，但實(shí)際上這類多重乳狀液是游離水分離快、乳化水分離難，具體表現(xiàn)為脫出污水含油高、凈化油含水高。該油田原用破乳劑為多層面立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子改性聚醚（代號(hào)CP-99）。使用初期該型號(hào)破乳劑因脫水速度快等特點(diǎn)能滿足現(xiàn)場(chǎng)的處理要求，但隨著油田生產(chǎn)開發(fā)進(jìn)入后期產(chǎn)液的重質(zhì)化，現(xiàn)場(chǎng)在用破乳劑已經(jīng)不能滿足要求，主要表現(xiàn)為在現(xiàn)場(chǎng)使用中脫水速度慢、水色變差，現(xiàn)場(chǎng)電脫水器時(shí)常處于過電流狀態(tài)，在流程停留時(shí)間內(nèi)，脫水速率明顯不能滿足正常工作的要求。

通過交聯(lián)對(duì)大分子聚醚進(jìn)行擴(kuò)鏈改性，擴(kuò)鏈后的聚醚分子中存在多個(gè)親水親油基團(tuán)，在油水界面形成多點(diǎn)吸附，界面活性大大增強(qiáng)，進(jìn)一步提升破乳劑的親水、潤(rùn)濕、滲透能力，能有效提高其脫水速度和脫水深度[7-10]。因此，本文分別采用乙二酸、鄰苯二甲酸酐、順丁烯二酸酐、TDI、MDI 和丙烯酸對(duì)CP-99 的主劑酚胺樹脂基聚醚進(jìn)行改性優(yōu)化，乙二酸、鄰苯二甲酸酐、順丁烯二酸酐、TDI、MDI 和丙烯酸各自按照用量2%、4%、6%和8%合成了24 個(gè)交聯(lián)改性聚醚樣品，并在該油田現(xiàn)場(chǎng)選取有代表的綜合油樣進(jìn)行了室內(nèi)瓶試，目的是選出脫水速率和脫水速度最佳的配方，乙二酸、鄰苯二甲酸酐、順丁烯二酸酐、TDI、MDI 和丙烯酸各自選取效果最好的配比得到6 個(gè)交聯(lián)改性聚醚樣品（分別命名為樣品CP-222、CP-223、CP-224、CP-225、CP-226、CP-227）再進(jìn)行效果對(duì)比，以下為試驗(yàn)結(jié)果（見表2）。

表2 破乳劑評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)

由表2數(shù)據(jù)可知，經(jīng)過了丙烯酸的交聯(lián)改性的酚胺樹脂基聚醚系列破乳劑中，室內(nèi)合成樣CP-227 的脫水速度最快、終脫水率最大、凈化油含水最低。因此，本文選用CP-227 作為脫水組分。

4.1.2 凈水組分的選擇

對(duì)高含水油田來說，破乳劑除了能將原油處理合格，還需要對(duì)分離出的污水進(jìn)行一定的“預(yù)處理”，減輕清水劑在后續(xù)污水處理上的壓力。在改性聚醚破乳劑CP-227 的清水效果不足的情況下，再次對(duì)配方的清水能力進(jìn)行優(yōu)化。本次室內(nèi)評(píng)價(jià)中，以4 種“清水”型破乳劑，即1#（多嵌段聚醚）、2#（陽離子丙烯酰胺共聚物A）、3#（陽離子丙烯酰胺共聚物B）和4#（SP169）分別與脫水組分樣品CP-227 按1∶1 的比例復(fù)配得到樣品CP-228、CP-229、CP-230、CP-231。繼續(xù)進(jìn)行效果對(duì)比，以下為試驗(yàn)結(jié)果（見圖2），其中對(duì)比樣是加破乳劑CP-99的樣品。

圖2 不同破乳劑對(duì)采出液脫水后污水含油的影響

由圖2可以看出，與加入破乳劑的參比樣相比，加入1#（多嵌段聚醚）的清水效果最明顯，優(yōu)于加破乳劑CP-99 的參比樣。因此，選擇1#（多嵌段聚醚）作為清水組分，與前面優(yōu)選出的脫水組分樣品CP-227 進(jìn)行復(fù)配，以提高破乳劑的整體性能。

4.1.3 破乳劑配方的確定

將脫水組分樣品CP-227 與清水組分樣品1#（多嵌段聚醚）按2∶1、3∶2、1∶1、2∶3、1∶2 的比例復(fù)配，得到復(fù)配破乳劑CP-228A、CP-228B、CP-228、CP-228C、CP-228D。將各復(fù)配破乳劑按加藥濃度加入離心瓶中，繼續(xù)進(jìn)行效果對(duì)比，以下為試驗(yàn)結(jié)果（見表3），其中對(duì)比樣是加破乳劑CP-99 的樣品。

表3 “清水”型破乳劑評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)

由表3可以看出，確定脫水組分樣品CP-227 與凈水組分樣品1#（多嵌段聚醚）按3∶2 復(fù)配具有較好的互補(bǔ)與協(xié)同作用，形成的破乳劑CP-228B 脫水速度最快、終脫水率最大且脫出水色較好，在相同加注濃度下，其脫水速度、脫出水色優(yōu)于CP-99，凈化油含水相當(dāng)。故最終確定破乳劑的結(jié)構(gòu)并進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，將成品BH-228B 與之前現(xiàn)場(chǎng)一直使用的破乳劑（對(duì)比樣）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用對(duì)比。

4.2 破乳劑現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

為驗(yàn)證新配方效果，將優(yōu)化后的破乳劑BH-228B 在渤海某油田現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)，在保持加藥流程和加藥量不變的情況下，在平臺(tái)以及FPSO 管匯處加入總計(jì)260 mg/L 加注濃度（基于油田產(chǎn)油量）的破乳劑。在FPSO 油相取樣口監(jiān)測(cè)到的油中含水的變化見圖3，處理流程乳化界面情況見圖4以及污水含油的變化見圖5。

圖3 渤海某油田FPSO 替換前后分離器原油含水情況

圖4 渤海某油田FPSO 破乳劑替換前后分離器污水含油情況

圖5 渤海某油田FPSO 破乳劑優(yōu)化過程中各級(jí)分離器原油含水情況

圖3為破乳劑切換期間FPSO 各級(jí)分離設(shè)備處理后原油含水值隨時(shí)間的變化曲線，從圖中可以看出，在將破乳劑切換為破乳劑BH-228B 后，一系列處理后的原油含水值明顯降低，一級(jí)分離處理裝置油相出口含水從30%減少至22%，二級(jí)分離處理裝置油相出口含水從10%左右減少至5%。

觀察破乳劑切換期間FPSO 原油系統(tǒng)一級(jí)分離器界面儀后，結(jié)果顯示破乳劑BH-228B 切換應(yīng)用后，各級(jí)分離器油水界面穩(wěn)定，乳化層減少，原油處理效果良好，流程在線運(yùn)行穩(wěn)定。

圖5為破乳劑切換期間FPSO 各級(jí)分離器污水含油值隨時(shí)間的變化曲線，從圖中可以看出，原用破乳劑切換為破乳劑BH-228B 后，一級(jí)分離器V-2140 污水含油值由226 mg/L降至180 mg/L，其他水相出口污水含油值保持穩(wěn)定。

4.3 破乳劑應(yīng)用優(yōu)化

渤海某油田采用井口平臺(tái)加藥、管道破乳、FPSO 分離器脫水工藝，但考慮到調(diào)整破乳劑前端加注藥劑可以增加藥劑的停留時(shí)間以及油田油井采出液含水率高會(huì)對(duì)藥劑效果產(chǎn)生影響，因此，破乳劑BH-228B 應(yīng)用后，對(duì)藥劑加注點(diǎn)和加注量進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化方案主要為針對(duì)平臺(tái)油井油品性質(zhì)、油井溫度以及含水量的不同，摸索各加注點(diǎn)破乳劑最佳的處理效果，逐個(gè)調(diào)整破乳劑的加注點(diǎn)和加注量，并將部分破乳劑BH-228B 從生產(chǎn)分離器油相出入口處注入，將破乳劑總的加注濃度從260 mg/L 降到210 mg/L。藥劑優(yōu)化前后生產(chǎn)分離器原油含水、乳化界面以及污水含油監(jiān)測(cè)的變化見圖6和圖7。

圖6 渤海某油田FPSO 破乳劑優(yōu)化前后分離器界面監(jiān)測(cè)情況

圖7 渤海某油田FPSO 破乳劑優(yōu)化過程中分離器污水含油情況

由圖6和圖7可以看出，破乳劑BH-228B 加注濃度從260 mg/L 優(yōu)化到210 mg/L 的過程中，該油田FPSO 原油處理系統(tǒng)各級(jí)分離器油相出口、水相出口監(jiān)測(cè)數(shù)值保持穩(wěn)定，從中控核子界面儀觀察結(jié)果顯示各級(jí)分離器油水界面穩(wěn)定、乳化層減少，原油處理效果良好，流程在線運(yùn)行穩(wěn)定。這表明，優(yōu)化配方BH-228B 的綜合性能大大優(yōu)于原用破乳劑，同時(shí)，可以大大減少化學(xué)藥劑的用量。

目前，優(yōu)化配方后的破乳劑BH-228B 已經(jīng)在該油田實(shí)現(xiàn)藥劑換型，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。

5 結(jié)論

①渤海某油田通過化學(xué)藥劑換型的優(yōu)化，確定采用優(yōu)化后破乳劑BH-228B 替代之前應(yīng)用的產(chǎn)品：當(dāng)改性酚胺樹脂基聚醚破乳劑BH-227 與多嵌段聚醚的凈水組分樣品按3∶2 復(fù)配具有較好的互補(bǔ)與協(xié)同作用，得到的復(fù)配型破乳劑BH-228B 脫水速度最快、終脫水率最大且脫出水色較好。在相同加注濃度下，其脫水速度、脫出水色、凈化油含水等優(yōu)于CP-99。

②通過對(duì)破乳劑配方替換優(yōu)化，可以使各級(jí)分離處理裝置脫水速度慢、水色差等老問題得到極大的改善，而且可以在油田日常生產(chǎn)中大幅減少化學(xué)藥劑的日耗量（藥劑加注濃度由260 mg/L 降低至210 mg/L），降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)節(jié)能減排，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生良好的促進(jìn)作用。