河南稠油老化油现状分析及处理方法探讨

2022-09-11

随着开发进程的深入, 油田聚合物驱油和其它化学驱采出液携带产物、酸化过程中未经特殊处理的酸化油、油井在清蜡、洗井及维护作业过程中的残留物、污水处理中曝氧后的污油以及回收的落地原油等污油, 这些污油和产物在进入系统后, 使油水分离困难, 难于处理。

一、老化油的危害

近年来, 随着聚合物驱油和其它化学驱油技术在矿场的推广应用, 采出液处理日显困难。因聚合物在W/O、O/W、W/O/W型乳状液的水相侧形成的粘性膜, 增加了乳化液及水膜的稳定性, 脱出水含油一般超过2000mg/L, 脱水除油困难, 导致联合站内的老化油大量聚集。由于细菌、药剂、空气、胶质、沥青质等诸多因素的影响, 以及站内设备管线的剪切搅拌, 使乳化液颗粒内油水界面膜的强度和厚度增大, 导电性增强, 乳状液变得更为稳定。

油田集中处理站一般采用回掺流程, 老化油集中在沉降罐内, 以油水过渡层的形式存在, 并且在站内不定期地循环。随着注聚驱油等三采技术的推广应用, 原油集中处理站内的老化油急剧增加, 一些站内每天循环的老化油量达到200m3以上, 给原油脱水带来了很大的困难。一方面, 大量老化油在站内循环, 占用了沉降罐、脱水器等脱水设备的有效容积, 降低了原油脱水设备的利用率。另一方面, 老化油的过渡层阻碍了油层水滴的下降和水层原油的上浮, 对新鲜原油具有很强的污染作用。

老化油中硫酸盐还原菌快速繁殖, 并形成菌胶团, 与聚合物、石油胶质、沥青质等黏合在一起, 严重干扰了工艺流程中脱水系统的正常运行, 导致外输原油含水超标, 部分难回收的老化油只能堆积在油泥池中或进行填埋处理, 对区域的水、土壤环境造成污染。因此老化油已经成为制约油田安全生产和环境保护的重要因素。

二、老化油的特性分析

离心提取的老化油乳状液为灰褐色, 其中胶质、沥青质、机杂、粘土及硫化物含量较高, 界面膜机械强度高。含水10%~20%的原油乳状液一般是油为连续相, 但老化油滴在定性滤纸表面会表现出水润特性, 表明老化油乳状液存在水外相;电子显微镜下的微观结构照片也表明其为多重乳状液。乳化液颗粒小, 界面膜的热稳定性、电稳定性较强, 常规药剂难于处理。老化油在系统中循环, 与未老化的新鲜污油混合, 增加了污水中含油的热稳定性。其结果是:含油污水脱水温度大幅度上升, 破乳剂加药量增大, 净化油含水率升高, 污水含油率增大。

三、老化油产生的原因分析

1. 成膜物质造成的原油老化

成膜物质包括:胶质、沥青质、固体石蜡、石油酸皂、粘土固体颗粒。这些成膜物质在原油中含量越高, 乳状液越稳定, 界面膜强度越高, 稳定性越强。

胶质、沥青质表面活性较低, 它们是一些杂环羧基、酚基等极性高分子化合物, 羧基、酚基向着水排列, 而羟基突出在油相, 从而在油水界面上造成一个非常稳定的界面膜。

环烷酸脂肪酸及其皂类具有强烈的表面活性, 其乳化机理主要靠分子吸附, 它们所形成的乳状液稳定性相对较弱, 但分散度很高。

分散在老化油的油相中的固体颗粒, 如高溶点结晶石蜡、胶态硫化亚铁、粘土、岩石细颗粒等。其颗粒很细, 直径小于2μm, 易被吸附在油水界面, 与胶质或沥青质结合在一起形成强度较大的界面膜使老化油稳定。固体颗粒往往吸附在原油表面活性物质上, 使油水界面膜厚度增加, 提高乳状液稳定性。

2. 化学药剂造成的原油老化

三次采油的影响:近年来, 聚合物驱油和其它化学驱油技术得到快速应用, 而由此产生的问题也逐渐增多。污水沉降系统的原油老化是聚合物驱油和其它化学驱油技术导致的问题之一, 并有逐年恶化的趋势。

高分子化合物可吸附在液珠表面上, 形成稳定的吸附层。该吸附层比一般表面活性剂形成的界面膜厚, 可使液珠间距离增加, 阻碍液珠聚并, 增加了乳状液稳定性。表面活性剂可聚集在油水界面, 能够分散液珠, 阻碍液珠聚并。

3. 未经特殊处理的油井酸化后的排出液造成原油老化

酸化油形成的油包水乳状液较为规整, 从液粒径分析, 含水较高, 存在较多的小液珠附着在油水界面膜上, 小液珠镶嵌在大液珠内形成复杂的乳状液, 液珠发生了聚结界面碰撞变形, 而并没有破坏。此类油品破乳脱水有很大困难, 老化显现严重, 用药量大, 处理加热温度高。2006年胜利油田东一联因井上作业把几十方酸化液进系统造成联合站系统混乱, 两万方原油无法外输的重大事故。

4. 边缘单井原油转输过程不密闭造成原油老化

边缘单井将开采出的原油先入高架罐中, 再由罐车拉至集输站库, 油来回的倒置为乳化创造了条件, 原油在转输过程中油罐没有进行天然气密闭, 油品蒸发损耗大造成油品老化;在装卸油过程中采用常压非密闭装油, 油罐的原油压力瞬间达到大气压力, 原油中含天然气成份的甲烷、丙烷、丁烷等烷类和C1-C12等气体成份挥发, 并携带原油里的轻质成份, 造成轻质成份的流失。原油的油质变差, 进而导致沥青质、胶质成份增加, 原油粘度增加, 脱水难度增大。

另外在收油过程中, 污油池里的油品露天放置, 油品蒸发损耗大造成的油品乳化。乳状液中分散的固体乳化剂在油水界面上吸附的越来越多, 增加了界面膜的强度, 从而使乳状液变得稳定, 造成老化油的产生。

5. 沉降除油罐中原油长时间放置造成原油老化

乳化油的老化主要是原油乳化液随着放置时间的增加而出现稳定性增强的现象。主要表现为乳状液中分散的固体乳化剂在油水界面上吸附的越来越多, 增加了界面膜的强度, 从而使乳状液变得更稳定。从污水处理系统的沉降除油罐中回收的污油, 由于在系统中停留时间较长, 造成轻组份挥发严重, 原油氧化, 油水乳化严重, 不易破乳。

6. 污水系统曝氧造成的原油老化

曝氧条件下, 原油的组分发生了变化, 原油中极性组分含量有所升高。随着曝氧时间的延长, 原油和污水中化学药剂发生反应, 并吸附污水中悬浮物, 界面膜的吸附性相应加强, 乳状液稳定增强, 也造成老化油的产生。

四、老化油处理方法探讨

1. 减少油品蒸发损耗造成的原油老化

偏远油井由于产量低采用油罐收油, 并定期用油罐车输送到收油点卸油外输, 在收油转输过程中将非密闭储存改为密闭输送, 能有效减少油品蒸发损耗, 减少老化油的产生。其方法是增加一套密闭装车系统。

具体设计为:密闭装车系统由来油管线、管道加压泵、计量装置、装车鹤管、全封闭油罐车、回气管线六大部分组成, 油从储油罐进管道自压, 经过流量计计量后, 由装车鹤管注入密闭油罐车, 车内气体由“回气管线”返回原油储罐, 完成了整个密闭装车的全过程, 中间没有任何环节允许轻油与大气接触, 可有效杜绝轻油挥发损耗。

2. 酸化液单独处理

油井酸化排出液要单独处理, PH值达到6-8后再进系统, 避免酸化液进系统造成脱水系统混乱, 原油老化, 影响系统的正常运行。

3. 联合站污水系统及时收油

污水系统的浮流罐和二级污水沉降罐的污油可直接平稳回收到油罐, 进行沉降就可外输, 避免进污油池造成的二次污染。后续污水系统的污油要平稳均匀的回收, 单独处理, 避免原油在污水罐里存放时间过长造成细菌感染, 原油老化。

4. 定期冲砂排污, 减少细菌造成污水系统的污油老化

污水罐内泥沙的堆积会造成污水系统细菌的滋生, 而污水系统产生的细菌是造成污油老化的重要途径。因此定期冲砂排污, 合理的添加杀菌剂也是减少老化油产生的方法之一。

5. 选用高效破乳剂, 减少老化油的产生

由于各个区块的油品性质不同, 根据区块原油的品质, 采用复配的方法, 选用高效破乳剂, 降低脱出污水的含油率, 减少老化油的产生。

6. 改进老化油处理工艺

在不改变现有脱水工艺的条件下, 将老化油集中在专用沉降罐内, 然后单独处理, 是一种投资少、效果好、见效快的处理途径。老化油脱水使用的破乳剂种类以及处理温度、加药量等脱水工艺参数都有别于新鲜原油, 将其单独处理是解决老化油破坏集输系统正常运行的一种有效手段。

7. 研制高效老化油处理设备

首先通过旋流管旋流混合聚结器实现破乳剂与老化油的低剪切充分混合, 并利用热扰动和破乳剂的置换效应, 降低界面膜的稳定性。再在旋流管混合聚结器的聚结段内实现初步聚结。通过活性水的水洗作用, 去除不稳定界面膜上的机械杂质, 降低其机械强度。

其方法为:通过二次加热升温进一步降低乳化液的稳定性, 并增大油水密度差, 增大乳化液微小颗粒的油水分离速度。根据老化油的特性, 优化电场的分布梯度:在底层电极和设备壳体间形成弱电场, 便于聚结, 然后根据导电性和粒径分布, 逐步增加电场强度, 并留出足够的沉降分离空间。通过自动调节来控制老化油的处理温度。

结论与建议

1.为了保证正常生产和技术指标达标, 老化油必须单独处理。

2.结合目前老化油处理絮凝剂和破乳剂联用的发展趋势, 结合油田实际, 建议将几种方法联用。

3.针对油田三次采油实际, 加大开发高效破乳剂和硫化物去除剂等处理剂的研发力度, 筛选出适应河南油田稠油联合站的破乳剂和硫化物去除剂。

5.4研究分析采出液石油组分变化特征, 弄清老化油形成机理, 研发先进的老化油回收处理工艺技术。

摘要：随着油田不断深入开发, 井楼联合站站外来液成份日渐复杂, 产生了大量的老化油使脱水难度大幅增加。影响原油平稳外输质量和污水系统水质, 对整个脱水和污水系统运行造成严重影响。本文通过对老化油特性及危害成因分析, 提出了从目前老化油的主要性质及产生的主要途径及入手, 探讨几种老化油处理的技术思路及方法。

关键词：老化油,成因分析,处理方法