高效新型原油脱水剂的研究与应用

高效新型原油脱水剂的研究与应用

陆守权 邹晓燕 杜金玉 杨建军 周玉贺(大港油田研究中心工艺所)

1 概述

原油脱水及污水除油净化过程是油田正常生产不可缺少的环节,油田一直靠加入破乳剂及净水剂来达到油水分离的目的,但用药量偏大,生产成本较高,多年来技术水平上并无重大突破,而且采用净水剂处理后回收的原油所含水份很难脱除。

本项目以大港油田西二联合站原油为研究对象,引入国外在膜技术上普遍应用的超低界面张力控制技术 超低界面张力法,应用微乳化技术将多种表面活性剂复合在一起,调整油水界面张力,使之达到超低值(1 0mN/m以内),以利于原油脱水,同时降低加药量。通过室内实验,优化配方,研制出微乳液原油处理剂LH-1和LH-2,并在西二联合站进行现场试验,取得了良好的效果。

2 原理简述

表面活性剂可以将液体的表面张力降低,当表面活性剂分子富集于表面时,其亲水基头的有效截面积为A0,当令其亲油基头的有效截面积A c=A0时,表面张力可降到零;如果亲油基头和亲水基头所占的面积一样大,就如同界面上的分子进入到液体内部一样,各向受力均匀,从而使界面张力降低到最低点。界面张力最低即达到超低界面张力时,油水将快速分离。

3 室内研究

3 1 油、水性质分析

西二联原油属于高粘低凝油,胶状沥青质含量较高,原油乳化比较严重。所产污水为微碱性高矿化度水,无机物主要是氯盐和重碳酸盐。

西二联进站来液含水约90%,污水含油2000~ 3000mg/L,现场要求处理后污水含油小于30mg/L。

3 2 纯水与油的界面张力

以纯水(蒸馏水)与西二联纯油按比例混合,通过加入不同的化学剂来调整界面张力,形成复合剂。在药剂的选择上,首次引入了一种非聚醚型高分子表面活性剂,实验过程中油水界面张力10s时达到了超低值0 11mN/m,此时油水能快速分离。

3 3 界面张力影响因素分析

(1)无机离子对界面张力的影响。为了弄清无机离子对油水界面张力的影响,分别在纯油水中加入不同量的K Cl、N aCl、M gCl2、CaCl2等电解质,这些物质对界面张力有不同程度的影响,一般随浓度增大界面张力值也增大,这就是盐效应。

(2)污水中悬浮颗粒对界面张力的影响。将西二联污水离心后所得离心物,定量加入纯水、油和现场的油、水体系,再测定100mg/L时的界面张力,发现离心物基本无影响。

(3)醇的影响。试验发现叔丁醇对界面张力的降低有积极作用,它可起到辅表面活性剂的作用。

综上所述,无机盐对界面张力有负面影响,而醇对界面张力有积极的作用,因此为增加复合剂的抗盐性,应适量使用叔丁醇,重新调整后的复合剂代号为LH。

3 4 现场样品的油水分离

(1)乳化油的油水分离。对西二联原油而言,国内破乳剂AE31破乳效果最好。表1中列出了加入化学药剂后10min时的界面张力值。

表1 LH、AE31对油水界面张力降低情况项目空白LH AE31LH/AE31

(mN/m)15 00 144 70 01

注:t=10min,c=15mg/L,T=50

试验表明LH/AE31复合体系的界面张力最低,将此配方命名为微乳液原油处理剂LH-1。

西二联原油去除游离水后含水约20%,原工艺采用油水混合不分离而一起破乳的方案,考虑到将来可能二段脱水,研究了油含量在7%~30%之间变化时脱水情况,L H -1破乳效率变化不大,30min时的脱水率几乎相等,达到93 8%。

(2)乳化污水除油。现场乳化污水能够稳定存在,主要是因为油/水界面膜的界面活性低、形成一个双电层即Ster层,易形成稳定的乳状液。消除双电层的一个较为有效的方法是加入离子型表面活性剂,并与非离子破乳剂复配,可使油水分离效果最佳,将该复合剂命名为微乳液原油处理剂LH-2。不添加化学剂时,油/水界面张力为15 mN/m,加入浓度为6mg/L的LH-2,界面张力降到0 5 mN/m,当油水混合时间达20min时,界面张力最低,为0 2mN/m。就西二联原油特性而言,LH-2加药量为20mg/L,90min后处理污水含油310mg/L,且对原油脱水无负面影响。

4 现场试验

(1)西二联工艺状况。西二联的处理工艺为:系统来液进沉降罐,大罐底水经旋流器、过滤器后进入注水罐。

(2)系统来液的游离水脱除及净化。由于现场加药工

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陆守权:高效新型原油脱水剂的研究与应用

管道破乳及防腐技术现场应用研究

杨守国(中原油田采油二厂)

濮城油田于1980年正式投产,随着油田的开发,含水率逐年上升,现集油管线内的综合含水为60%~90%。原油脱水所用的破乳剂费用在整个原油集输过程中占相当大比重。承担油气集输的金属管道是80年代初敷设的,未进行内防腐处理,随着原油含水的不断上升,油包水型乳状液变成了水包油型。液体中的腐蚀介质对金属管道具有很强的腐蚀性,管道内腐蚀穿孔频繁。

在联合站内加药,不仅集油管道得不到防腐保护,而且由于时间的延长,原油乳状液流到联合站后已!老化∀,不易化学破乳。乳状液与破乳剂作用时间短,破乳效果差,用量大,成本高。

为解决上述存在的问题,在濮城油田采油二矿开展了端点加药、管道破乳和防腐技术现场应用研究工作。

1 端点加药、管道破乳及防腐机理

(1)端点加破乳剂管道破乳机理。实验表明,形成乳状液必须具备3个条件:#要有两种互不相容的液体;∃要有剧烈地搅拌;%要有表面活性剂的存在。在原油集输过程中之所以形成乳状液,是因为满足了上述3个条件所致。油水在油层向井底渗流时,速度极慢,一般不会形成乳状液。当油水混合物从井底沿井身上升时,压力逐渐降低,溶解在原油中的伴生气不断析出,体积不断膨胀,因此,气液搅拌越来越剧烈。当油水气混合物通过油嘴时,由于节流作用,压力突降,流速剧增,原油和水充分混合,分散度很高,因而大大增加了原油的乳化程度,但这时的乳化液还未老化。实验表明,时间是影响乳化液老化程度的因素之一。在油水混合物形成的乳化液刚刚进入集输管线时,天然乳化剂均匀分散在其中,乳化液并不稳定。随着时间的延长,原油乳化液将进一步老化,对原油脱水极为不利。为此,在原油进入集油管线时,也就是乳化液还未老化时,对其加入破乳剂,阻止乳化剂向油水界面移动,防止液滴周围形成一层较为坚固的油水界面膜,并使其在集输过程中逐步破乳后,再到联合站进行油水沉降分离。

(2)端点加缓蚀剂防腐机理。目前,濮城油田与破乳剂同时投加的缓蚀剂均为吸附型缓蚀剂(含N、S或O的有机化合物等)。其缓蚀机理为:缓蚀剂分子一般都有极性基团和非极性基团,加入腐蚀介质中,分子的极性基团吸附在金属表面上,非极性基因向上定向排列,形成憎水膜,使介质被缓蚀剂分子排挤出来,从而与金属表面隔开,使金属的腐蚀速度大大降低。

2 加药点选择

在井口定期加药,破乳及防腐效果从理论上讲最理想。但在实际工作中,如果每口井都建一个加药站(全厂500多口常开井),投资大,占地多,加药工作量大,人为破坏严重,很难维持加药工作的正常进行。通过分析论证,在每条集油干线的端点计量站内加药,工艺简单(由单井加入的十几个点减少到一个),无需新征用地(利用原计量

艺及脱水工艺的局限,只能一次加药,即将微乳液原油处理剂LH-2泵入系统来油的总机关。LH-2担当着来液破乳和污水净化双重作用。试验自2001年7月25日开始,首先加药150kg/d,后经加药量摸索过程认为,50kg/d的药量即能满足现场要求,综合分析药量确定为4 3mg/L,加药浓度下降了6 4mg/L,生产成本降低60%。

从沉降罐水质分析,不使用微乳液LH-2时沉降罐底水含油为1000~1600mg/L,加入LH-2后,可降至400mg/L以内,而此时沉降罐油中含水为7%左右。

(3)原油脱水试验。由于西二联不具备进一步脱水工艺,所以只控制污水指标。将沉降罐油取出后,做了室内进一步脱水试验。从试验结果看出,L H-1为15mg/L (50),90min后,可使油中含水达到0 35%,说明LH-2和L H-1的配伍性很好,L H-2不影响原油脱水。

5 结论与建议

(1)应用超低界面张力控制技术实现了油水快速分离,而且达到了预定目标:#原油处理后含水能达到0 35%,污水含油小于400mg/L;∃污水处理后,水中含油小于30mg/L;%药剂的加入浓度降低了6 4mg/L,生产成本降低了60%。

(2)微乳液原油处理剂LH-1和LH-2能将油水界面张力降至1mN/m以下,LH-2代替了油水处理站常使用的一段破乳剂和脱后污水处理剂,一剂两用,只需一次加药。

(3)应用微乳技术制备的微乳液原油处理剂,为新型药剂,它能将效果好、但彼此有反应的表面活性剂通过乳液的形式汇集在一起,共同发挥作用,拓宽了研究领域。

(4)应用超低界面张力控制技术调节油水界面张力,使之达到超低水平值(1 0mN/m以内),从而实现了油水快速分离。这种技术在西二联试验的成功,标志着超低界面张力控制技术在油水处理方面是可行的。

(栏目主持 杨 军)

4 油气田地面工程第22卷第10期(2003 10)