韓帥

中國石油遼河油田特種油開發(fā)公司

原油中水珠的分離和沉降主要服從斯托克斯定律，超稠油黏度大、油水密度差小，膠質與瀝青質含量高，乳狀液狀態(tài)十分穩(wěn)定，是造成脫水困難的主要原因[1]。特一聯(lián)合站是遼河油田生產規(guī)模最大的超稠油聯(lián)合站，承擔著特油公司全部油井產出液的存儲、加工以及銷輸工作，現(xiàn)場主要采用兩段式熱化學沉降脫水技術對超稠油進行脫水處理，其中一段為水溶性破乳劑輔助下的動態(tài)沉降脫水，二段為油溶性破乳劑輔助下的靜態(tài)沉降脫水，經工藝處理72 h 后原油銷輸含水率小于3%視為脫水合格。近幾年，特一聯(lián)合站現(xiàn)場生產效果不穩(wěn)，原油二段脫水處理難度逐漸增加，無法滿足分段控制指標要求，且破乳劑消耗量較設計指標超出1.3 t/d。為了扭轉現(xiàn)場生產被動局面，特一聯(lián)合站首次引入裂化油輔助超稠油脫水技術，為更好地完成原油處理工作提供保障。

1 室內模擬實驗

根據(jù)特一聯(lián)合站原油二段脫水處理現(xiàn)狀（表1），設計室內模擬實驗。實驗用油為遼河油田自產資源，采集過程按照GB/T 4756—2015《石油液體手工取樣法》[2]要求進行，其中超稠油為特一聯(lián)合站一段脫水后原油，裂化油為某煉化公司減壓蒸餾塔產出一線油，物性分析結果見表2。

表1 原油二段脫水處理指標Tab.1 Secondary dehydration treatment indicators for crude oil

表2 實驗用油物性分析結果Tab.2 Physical property analysis results of experimental oil

以“靜置浮升法”作為主要實驗方法，以GB/T 8929—2006《原油水含量測定蒸餾法》[3]、SY/T 0520—2008《原油黏度測定旋轉黏度計平衡法》[4]作為實驗效果判定標準，實驗儀器主要為恒溫水浴箱、1 000 mL燒杯、常壓蒸餾器、蒸餾燒瓶等。在實驗室，首先通過降黏實驗考察摻油量與降黏效果之間關系，確認摻油比范圍，然后通過脫水實驗考察不同摻油比配合不同破乳劑加藥濃度的反應效果，確認最佳參數(shù)，為新技術現(xiàn)場應用提供理論依據(jù)[5-7]。

1.1 降黏實驗

不投加破乳藥劑，將超稠油與裂化油按選定體積比進行配比，混合后含水率控制在18%～20%，規(guī)定混合油樣體積1 000 mL 并加熱至80 ℃，撈取油樣頂部渣油狀樣品進行黏度測定，同時根據(jù)超稠油與裂化油體積比以及二段脫水罐日均進液量推算裂化油需求量。實驗數(shù)據(jù)見表3，數(shù)據(jù)變化趨勢如圖1所示。

圖1 不同摻油比下的黏度變化曲線Fig.1 Viscosity variation curve under different oil blending ratios

表3 室內降黏實驗結果Tab.3 Results of indoor viscosity reduction experiment

由圖1可知，80 ℃條件下，隨著超稠油與裂化油體積比的逐漸降低，混合油樣黏度呈現(xiàn)遞減趨勢，黏度由8 100 mPa·s 降至1 000 mPa·s。其中當體積比＜35∶1，即裂化油占比＞2.9%時，混合油樣黏度降幅可達60%以上；從裂化油需求量上看，當體積比＜30∶1，即裂化油占比＞3.3%時，需求量增加＞50%，脫水經濟性較差。當超稠油與裂化油體積比為30∶1～35∶1 時，可兼顧降黏效果與經濟指標要求。

1.2 脫水實驗

將超稠油與裂化油按選定體積比進行配比，混合后含水率控制在18%～20%，規(guī)定混合油體積1 000 mL，依次開展不同破乳劑加藥濃度下的脫水實驗，脫水溫度恒定80 ℃，破乳藥劑為油溶性破乳劑（環(huán)氧丙烷乙烷嵌段聚合物），在沉降脫水12、24、48、72 h時分別撈取燒杯頂部油樣，測定含水率變化情況。實驗數(shù)據(jù)見表4，數(shù)據(jù)變化趨勢如圖2和圖3所示。

圖2 實驗Ⅰ含水率變化曲線Fig.2 Moisture content change curve of experiment I

圖3 實驗Ⅱ含水率變化曲線Fig.3 Moisture content change curve of experiment Ⅱ

表4 室內脫水實驗結果Tab.4 Indoor dehydration experiment results

從脫水效果上看，相同脫水溫度和沉降時間，混合油樣脫水速率隨超稠油與裂化油體積比下降而提高，混合油樣含水率隨加藥濃度上升而降低。當體積比為35∶1、加藥濃度≥500 mg/L時，燒杯內油樣沉降72 h 后頂部含水率未測出；當體積比為30∶1，加藥濃度≥300 mg/L 時可以達到同樣效果。雖然前者在藥劑使用量上較后者增加約0.86 t/d，但適當提高加藥濃度能夠減小脫水溫度降低、沉降時間縮短等不利因素對脫水質量造成的影響。因此，選擇超稠油與裂化油體積比35∶1、破乳劑加藥濃度500 mg/L較為合理。

1.3 水處理實驗

利用水處理實驗，考察裂化油與超稠油污水（脫出水）混合反應效果，判斷裂化油對超稠油污水水質影響情況。超稠油污水取自一段脫水罐底水出口，未投加凈水藥劑，實驗溫度恒定80 ℃，將兩種實驗介質充分混合震蕩，觀察反應過程，計量反應前后油水體積變化，測定污水含油量變化，實驗數(shù)據(jù)見表5。

表5 污水反應實驗結果Tab.5 Sewage reaction experiment results

由表5可知，反應初期，實驗容器內油水兩相分離迅速，油水兩相界面整齊。靜置5 min 后未見水相發(fā)生明顯乳化，油水總體積較反應前減少6 mL，主要表現(xiàn)在污水體積減少，說明裂化油將超稠油污水中的部分油相萃取至油層間隙，發(fā)揮了污水除油作用。經測定，實驗容器底部放出水含油濃度4 268 mg/L，較反應前下降約1 000 mg/L。因此，裂化油參與超稠油降黏脫水不會對超稠油污水水質產生污染，可以投入現(xiàn)場應用。

2 現(xiàn)場應用

2.1 流程設計

在特一聯(lián)合站兩段式沉降脫水工藝流程及動態(tài)生產監(jiān)控系統(tǒng)基礎上，增加裂化油輔助脫水技術相對簡單，改造成本投入一般較低[8]。特一聯(lián)合站沉降罐、轉油泵、換熱器、加藥泵等現(xiàn)場設備設施在數(shù)量和參數(shù)上均滿足新工藝運行要求，可直接使用，其他新建部分可采取修舊利廢方式降低機泵、管線采購成本。此外，將裂化油摻入位置選擇在二段破乳劑加藥點前端，最大限度降低超稠油化學破乳難度[9-10]。

新工藝現(xiàn)場流程可概括為：采油作業(yè)區(qū)來液經進站計量、一段加藥、動態(tài)攪拌后進入一段脫水罐做動態(tài)沉降脫水處理。裂化油由拉運車卸入儲油槽，經泵升壓后摻入一段脫水罐出油管線，經二段加藥、換熱器加熱后進入二段脫水罐做靜態(tài)沉降脫水處理。二段沉降罐靜沉過程中，需及時跟蹤監(jiān)測原油含水率及水層高度變化情況，通過抽底水將二段沉降罐水層高度控制在3.5 m 以下，待原油含水達標后便可進行銷輸。新工藝改造以現(xiàn)有設備為主，脫水工藝流程如圖4 所示，運行參數(shù)設計見表6。

圖4 新脫水工藝流程Fig.4 New dehydration process flow

2.2 應用效果

新工藝投運后，二段脫水罐進油黏度穩(wěn)定在3 900～4 280 mPa·s，較舊工藝運行期間降低59.2%～62.8%。此外，以室內實驗參數(shù)為依據(jù)，將二段破乳劑加藥濃度由800 mg/L 降至500 mg/L，調整后的加藥系統(tǒng)運行狀況良好。按照設定時間間隔，現(xiàn)場隨機對5 個二段脫水罐液面下3、5、7 m位置油層進行取樣跟蹤，測定含水率變化情況（表7）。

表7 新工藝脫水效果檢測數(shù)據(jù)Tab.7 Test data for dehydration effect of new process

數(shù)據(jù)證實，新技術現(xiàn)場應用效果與室內實驗結果基本一致，裂化油對超稠油脫水速率和脫水質量發(fā)揮了良好的改進作用，扭轉了特一聯(lián)合站生產被動局面。具體來看，當超稠油與裂化油混合體積比≥30∶1、二段破乳劑加藥濃度≥400 mg/L 時，二段脫水罐原油可在48 h內脫水合格，較未摻裂化油縮短約24 h，加藥濃度降低400 mg/L。另外，通過對二段脫水罐底部排出水取樣分析，污水含油濃度范圍在336～867 mg/L，較未摻裂化油降低1 500～2 000 mg/L。

3 結論

（1）裂化油輔助超稠油脫水技術思路可行。從實驗結果及現(xiàn)場應用可以看出，得益于優(yōu)秀的降黏特性，新工藝可有效降低超稠油脫水難度，提高超稠油脫水效果，縮短沉降處理時間，且裂化油對超稠油污水中的油相具有一定萃取作用，不對污水處理系統(tǒng)造成污染。

（2）超稠油與裂化油混合脫水存在最佳體積比。裂化油摻入超稠油體積量并非越高越好，應在保障超稠油降黏效果的同時綜合考慮破乳劑加藥濃度，并以超稠油脫水效果作為最佳體積比的優(yōu)化指標。

（3）與投入相比，新工藝提質增效潛力巨大。經統(tǒng)計，特一聯(lián)合站二段破乳劑加藥濃度較舊工藝降低400 mg/L，按二段脫水罐處理量4 320 m3/d 計算，新工藝減少破乳劑使用量1.73 t/d，實現(xiàn)降本1.29 萬元/d，扣除裂化油使用量145 m3/d，折算成本0.28萬元/d，年新工藝實現(xiàn)創(chuàng)效368.7萬元。