The Optimization Practice of Heavy Oil Demulsifier in an Oilfield in Bohai

YANG Hai-bo

（CFD Operating Company， Tianjin Branch of China National Offshore Oil Corporation， Tianjin 300461， China）

【摘? 要】隨著稠油開采量的不斷提高，稠油采出液的乳狀液結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)定性增強(qiáng)，使得破乳脫水難度加大。目前，稠油破乳脫水慢的難題日益凸顯，并嚴(yán)重制約稠油油藏的有效開發(fā)，稠油乳狀液破乳技術(shù)已成為稠油開發(fā)生產(chǎn)的研究熱點(diǎn)之一。論文針對(duì)渤海某油田的稠油油品，在原有破乳劑的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行改性，提高其破乳能力和效率?，F(xiàn)場效果表明：新破乳劑應(yīng)用后，各級(jí)原油系統(tǒng)含水及污水含油率均大幅降低，一級(jí)分離處理裝置油相出口含水從30%降至22%，二級(jí)分離處理裝置油相出口含水從10%降至5%，一級(jí)分離處理裝置水相出口含油值從226 ppm降至180 ppm。通過破乳劑的優(yōu)化實(shí)踐，其不僅可以保證污水含油和外輸原油含水指標(biāo)達(dá)標(biāo)，而且可以節(jié)約運(yùn)行成本。

【Abstract】With the continuous improvement of heavy oil production quantity， the emulsion structure of heavy oil produced fluid is complex and its stability is enhanced， which makes it more difficult to demulsify and dehydrate. At present， the problem of slow demulsification and dehydration of heavy oil is becoming increasingly prominent， which seriously restricts the effective development of heavy oil reservoir. The demulsification technology for heavy oil emulsion fluid has become one of the research hotspots of heavy oil development and production. Aiming at the heavy oil product of an oilfield in Bohai， this paper modifies it on the basis of the original demulsifier to improve its demulsification ability and efficiency. The field results show that after the application of the new demulsifier， the water content of crude oil systems at all levels and the oil content of sewage are greatly reduced， the water content at the oil phase outlet of the primary separation and treatment unit is reduced from 30% to 22%， the water content at the oil phase outlet of the secondary separation and treatment unit is reduced from 10% to 5%， and the oil value at the water phase outlet of the primary separation and treatment unit is reduced from 226 ppm to 180 ppm. Through the optimization practice of demulsifier， it can not only ensure that the oil content of sewage and the water content of exported crude oil meet the standard， but also save the operation cost.

【關(guān)鍵詞】海上油田;高含水采出液;化學(xué)藥劑優(yōu)化;稠油破乳劑;節(jié)能減排

【Keywords】offshore oilfield; high water cut produced fluid; chemical optimization; heavy oil demulsifier; energy saving and emission reduction

【中圖分類號(hào)】TE39? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2022）02-0168-04

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，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。

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。

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)場在用破乳劑已經(jīng)不能滿足要求，主要表現(xiàn)為在現(xiàn)場使用中脫水速度慢、水色變差，現(xiàn)場電脫水器時(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）。

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。

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。

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)場一直使用的破乳劑（對(duì)比樣）進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用對(duì)比。

4.2 破乳劑現(xiàn)場應(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)測的變化見圖6和圖7。

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。

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【作者簡介】楊海波（1977-），男，山東德州人，工程師，從事海洋石油的開采與集中處理、油藏、鉆井、電氣研究。