離心技術(shù)在安塞油田老化油處理中的改進(jìn)
行業(yè)動態(tài)
1 老化油的形成機(jī)理及危害
廣義上講，老化油是指現(xiàn)有技術(shù)手段難以處理的原油，是由原油、重質(zhì)烴、聚合物、水、腐蝕產(chǎn)物及無機(jī)固體雜質(zhì)等混合物組成，具有乳化充分，粘度大，穩(wěn)定的特性。隨著近年來安塞油田深入開發(fā)，老井措施增多，產(chǎn)出液中含有老化油數(shù)量逐年增大，老化油隨產(chǎn)出液由井筒進(jìn)入聯(lián)合站，并存在于沉降罐油水中間層和采出水沉降罐頂，嚴(yán)重影響集輸系統(tǒng)的正常運(yùn)行，使外輸凈化油不合格。
1.1 老化油成分
由于老化油中含膠質(zhì)、泥砂、原油、水等物質(zhì)，這幾種物質(zhì)的區(qū)別是密度不同，使用離心法可以將老化油各成分分離，從而進(jìn)行分析老化油的物化性質(zhì)。老化油通過高速離心分離后，分為4層，分別是油層、膠質(zhì)層、水層及底部雜質(zhì)。在電子顯微鏡下觀察，老化油中含有少量的球狀黑色固體，不同層位的老化油外觀均含有呈塊狀或球狀的黑包絮狀物，絮狀物邊沿吸附有薄油層，內(nèi)部有少量的水，此外還含有少量油包水和水包油乳化液滴。
安塞油田X站老化油成分含量：
成分 | 含油（%） | 膠質(zhì)（%） | 含水（%） | 含渣（%） |
含量（%） | 17.5 | 47.8 | 30.2 | 4.5 |
將離心分離獲得油水界面處乳化油的膠凝物機(jī)雜烘干，稱重，然后加入正庚烷在60℃條件下繼續(xù)溶解1h，過濾烘干，然后加入鹽酸溶液，過濾、沖洗、烘干稱重。根據(jù)實驗結(jié)果可以看出：
油水界面中間層主要為蠟質(zhì)、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)及無機(jī)酸不溶物，含少量腐蝕產(chǎn)物。
成分 | 瀝青質(zhì) | 蠟質(zhì)、膠質(zhì) | FeS鹽 | 無極硅酸鹽及粘土、礦物粉等 |
含量（%） | 20.5 | 40.8 | 4.3 | 34.4 |
1.2 老化油形成機(jī)理
通過分析老化油中的各類成分，發(fā)現(xiàn)形成老化油主要原因是原油乳狀液中含有膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、泥砂和FeS鹽，而膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和泥砂在安塞油田前期開發(fā)過程中含量很少，遠(yuǎn)沒有達(dá)到現(xiàn)在含量，而隨著近年來油田三次采油全面開展，各類措施中破膠不充分，是導(dǎo)致原油產(chǎn)出液中含膠雜質(zhì)、泥砂的主要原因。
（1）新井投產(chǎn)及老井措施產(chǎn)生膠質(zhì)形成老化油。
新井投產(chǎn)及老井措施后，產(chǎn)液中含大量膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、蠟質(zhì)、碳酸鹽、粘土等成分聚集在油水界面上，形成粘彈性膜。膠質(zhì)和瀝青質(zhì)中具有羥基、芳香碳-碳雙鍵化合物，形成穩(wěn)定的乳化液。這些油井產(chǎn)出液中膠雜質(zhì)進(jìn)入集輸系統(tǒng)形成老化油。
（2）產(chǎn)建、措施收油泥質(zhì)含量較高影響。
現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，試油現(xiàn)場儲油罐內(nèi)、井場排污池及各站點(diǎn)污油池底部泥雜質(zhì)含量高，產(chǎn)建收油措施回收后大量雜質(zhì)進(jìn)入原油脫水系統(tǒng)后形成老化油。
（3）集輸站點(diǎn)采出水系統(tǒng)排污收油引進(jìn)泥砂等雜質(zhì)。
污水池廢液主要來源于三相分離器排污、凈化罐排底水、各采出水罐排污收油、生活污水，這些廢液中含有大量泥砂、黑渣，再通過加壓泵進(jìn)入沉降罐，產(chǎn)生乳化油。
（4）措施廢液中有機(jī)物及機(jī)械雜質(zhì)的影響。
安塞油田油水井措施廢液均需要運(yùn)送至集輸站點(diǎn)卸至采出水系統(tǒng)進(jìn)行回注，而措施廢液有機(jī)物含量高、粘度大，措施廢液未降解的聚合物與采出水罐內(nèi)懸浮顆粒相接觸形成較大懸浮顆粒，隨著重力作用浮于采出水水面或沉于底部，目前各聯(lián)合處理站，排污池收油均進(jìn)入原油脫水系統(tǒng)，經(jīng)過采出水罐排污收油進(jìn)入沉降罐，產(chǎn)生難處理的乳化懸浮液。
1.3 老化油的危害
由于老化油具有乳化度高、吸水性強(qiáng)，密度介于油水之間，對集輸站生產(chǎn)具有很大的危害。
（1）老化油存在于油水層之間，使油水界面模糊，降低油水分離效果，沉降罐溢流口長期含水高于1%，外輸凈化油不合格。
（2）老化油浮于自然除油罐頂部，降低除油罐處理效果，高含油、含懸采出水回注地層，易堵塞地層。
（3）大量老化油在站內(nèi)循環(huán)，占用了三相分離器、沉降罐等脫水設(shè)備有效容積，降低脫水設(shè)備利用率。
（4）膠質(zhì)瀝青質(zhì)會附著于輸油管道管壁上，使輸油管道結(jié)垢。
（5）含膠、瀝青質(zhì)和泥砂較多的原油進(jìn)入煉廠，會對煉廠設(shè)備帶來危害。安塞油田X站存有老化油5000m3，嚴(yán)重影響集輸生產(chǎn)運(yùn)行。
2 離心技術(shù)在老化油處理的應(yīng)用和改進(jìn)
國內(nèi)處理老化油通常的方法有熱化學(xué)沉降工藝、電脫水處理工藝、離心分離處理工藝、回?fù)椒ㄌ幚砉に?，這些處理方法主要針對含泥砂、雜質(zhì)高的老化油有明顯效果，但對含膠量較大的老化油效果并不明顯。
2.1 “電脈沖振蕩+碟片離心”處理老化油試驗
2015年6月安塞油田X集中處理站引進(jìn)“電脈沖振蕩+碟片離心”工藝試驗處理站內(nèi)積攢的老化油，老化油通過泵或自壓的方式進(jìn)入電脈沖處理罐中，在進(jìn)入電脈沖處理罐前添加破乳劑，進(jìn)行破乳，電脈沖和破乳劑對老化油進(jìn)行破乳后，進(jìn)入碟片離心機(jī)進(jìn)行三相分離，其中原油進(jìn)入凈化油罐，采出水進(jìn)入采出水系統(tǒng)，離心處理的膠雜質(zhì)則袋裝運(yùn)送至污泥廠處理。
從理論上及室內(nèi)實驗，一級離心法處理老化油取得了很好的效果，但在現(xiàn)場應(yīng)用過程中碟片離心機(jī)不能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。主要原因有以下幾個方面：
（1）老化油中的絮狀物太多，碟片離心機(jī)無法將絮狀物分離，絮狀物積累在離心機(jī)內(nèi)，堵塞離心機(jī)。
（2）老化油中膠雜質(zhì)多，碟片離心機(jī)通過離心作用膠雜質(zhì)不能及時排出，也會造成離心機(jī)堵塞。鑒于這兩點(diǎn)影響，碟片離心機(jī)不能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)過3個月調(diào)試和試驗，共處理老化油400m3，平均處理量不足5m3/d，處理量達(dá)不到運(yùn)行要求，此次離心處理試驗失敗。
2.2 “電脈沖振蕩+螺旋離心+碟片離心”處理老化油
根據(jù)安塞油田X站老化油離心試驗失敗經(jīng)驗，2015年8月靖某聯(lián)在碟片離心工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，增加螺旋離心機(jī)，該螺旋離心機(jī)是一種臥式離心機(jī)，內(nèi)部螺旋式葉片，老化油中絮狀雜質(zhì)通過葉片離心至末端出口，用于分離老化油中絮狀雜質(zhì)及泥砂，而碟片離心機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的膠雜質(zhì)離心產(chǎn)物通過使用清水反沖洗工藝進(jìn)行排出，其處理工藝為“電脈沖振蕩+螺旋離心+碟片離心”。
靖某聯(lián)老化油和X集中處理站老化油成分類似，油水界面均含大量中間有機(jī)膠質(zhì)層，通過靖某聯(lián)對離心處理工藝改進(jìn)，螺旋式離心機(jī)將老化油內(nèi)的泥砂、絮狀雜質(zhì)進(jìn)行脫除，碟片離心機(jī)進(jìn)行膠質(zhì)、水、原油進(jìn)行三相分離，二級離心處理設(shè)備可以連續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)，未出現(xiàn)離心機(jī)堵塞情況。處理后凈化油含水0.1%，含膠質(zhì)+雜質(zhì)6%，處理后污水含油800mg/L，含懸1000mg/L（將處理后污水自然沉降后含油150mg/L，含懸120mg/L）。
雖然靖某聯(lián)離心處理技術(shù)可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，但處理后的凈化油含雜質(zhì)較高，不能滿足輸油低至0.5%的要求，只能將處理后的原油通過罐車運(yùn)輸至上游轉(zhuǎn)油站、增壓點(diǎn)進(jìn)行回?fù)蕉翁幚?，同時污水含油、含懸均達(dá)不到進(jìn)入自然除油罐要求，污染回注水質(zhì)，使回注采出水水質(zhì)變差，因此進(jìn)行改進(jìn)后的兩級離心處理工藝仍不能滿足生產(chǎn)需要，同時也耗費(fèi)了較大的人力和財力，通過計算老化油處理無經(jīng)濟(jì)效益。
2.3 “電脈沖振蕩+螺旋離心+碟片離心+碟片離心”處理工藝
根據(jù)X站及靖某聯(lián)老化油處理經(jīng)驗，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)對離心法處理工藝進(jìn)行改進(jìn)，新增加1臺碟片離心機(jī)，用于處理后原油的除膠處理，同時對螺旋除去絮狀物的老化油二次加熱、加藥和電脈沖處理，一級碟片離心機(jī)產(chǎn)生的污水回收至1個100m3采出水罐進(jìn)行沉降處理，頂部老化油回收繼續(xù)離心處理，合格污水進(jìn)入采出水系統(tǒng)進(jìn)行處理回注。
改進(jìn)后的離心處理工藝為：破乳劑、加熱、電脈沖一級破乳破膠，螺旋離心機(jī)進(jìn)行初步除絮狀物和泥砂，初處理后的老化油繼續(xù)加熱、加藥、電脈沖破乳、破膠，一級碟片離心機(jī)脫水，二級碟片離心機(jī)除膠。
處理設(shè)備及工藝如下：
一級處理設(shè)備（乳化油破乳、破膠）：加熱（蒸汽或熱水循環(huán)伴熱）+加藥+攪拌+電脫水。
二級處理設(shè)備（出渣）：螺旋離心機(jī)。
三級處理設(shè)備（過濾+脫水，保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)）：過濾器+一級碟片離心機(jī)。
四級處理設(shè)備（脫除油中膠質(zhì)及雜質(zhì)）：二級碟片離心機(jī)。
改進(jìn)后離心機(jī)轉(zhuǎn)速為6000r/min，加熱溫度為50℃，處理量4～6m3/h，產(chǎn)生固態(tài)渣量5m3/d，產(chǎn)生液態(tài)渣量20m3/d，產(chǎn)生油量40m3/d，產(chǎn)生水量55m3/d，通過2個月處理設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)共計處理老化油3500m3，同時處理后原油含膠雜質(zhì)數(shù)量控制在1%以內(nèi)，與其他凈化油混輸情況下凈化油含水率低于0.2%。
通過2次改進(jìn)，安塞油田老化油處理形成了2次加熱、3級離心的處理工藝，該工藝優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)老化油中不同物質(zhì)的不同性質(zhì)，分類離心，解決了絮狀物堵塞、處理后原油膠質(zhì)含量高、污水不合格等問題（處理后水含油≤200mg/L，懸浮物≤100mg/L）。
3 結(jié)論
（1）隨著安塞油田三次采油的逐年深入，老化油產(chǎn)生量逐年增大，原油產(chǎn)出液中老化油一部分直接進(jìn)入沉降罐中，另一部分進(jìn)入采出水系統(tǒng)，通過收油排污，回收至沉降罐中，這些老化油主要成分是膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和泥砂，和原油乳狀液相結(jié)合后形成穩(wěn)定的乳狀液，并長時間存放于儲罐中，形成老化油，老化油大量存在嚴(yán)重影響原油集輸生產(chǎn)，一是占用沉降罐溶劑，減少沉降時間，使沉降罐溢流口含水不達(dá)標(biāo)；二是膠質(zhì)瀝青質(zhì)會附著于輸油管道管壁上，長時間會使輸油管道結(jié)垢；三是含膠質(zhì)、瀝青質(zhì)較大原油會對煉廠設(shè)施產(chǎn)生危害；四是老化油不處理會隨采出水進(jìn)入地層，堵塞地層，使單井產(chǎn)量降低。
（2）單級離心處理技術(shù)在實驗室內(nèi)處理老化油效果非常明顯，能夠?qū)⒗匣蛢?nèi)水、原油、膠雜質(zhì)、泥砂進(jìn)行分離，油品及水質(zhì)較好，但受老化油成分復(fù)雜及儲罐內(nèi)老化油膠質(zhì)含量不均的影響，雜質(zhì)離心后渣塊很容易堵塞離心機(jī)，使處理設(shè)施不能連續(xù)運(yùn)行，不能滿足處理要求；二級離心技術(shù)在單級離心的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，但是處理污水和凈化油不合格，均不能直接回注和外輸，后續(xù)處理成本增加，不能滿足指標(biāo)要求；通過改進(jìn)，三級離心技術(shù)一級除渣、二級脫水、三級除膠，不僅能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時處理后的原油、污水均能直接外輸和回注，且處理數(shù)量和處理效率均得到提高，達(dá)到了預(yù)期效果。
（3）離心處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是處理時間短、占地面積小，能夠?qū)崿F(xiàn)撬裝化管理，缺點(diǎn)是一次性投資大，每個聯(lián)合站建設(shè)多級離心設(shè)備不太現(xiàn)實，同時每個聯(lián)合站產(chǎn)生老化油量又不能滿足處理量的要求，因此，安塞油田將引進(jìn)一套老化油處理設(shè)備，設(shè)置于某個聯(lián)合站內(nèi)，將其他聯(lián)合站內(nèi)的老化油運(yùn)輸至處理點(diǎn)，進(jìn)行處理，既節(jié)約了投資，又滿足了老化油處理要求。
