某油田酸化油处理工艺比选及现场应用_任广欣.pdf

任广欣 等.某油田酸化油处理工艺比选及现场应用2023,Vol.37,No.3化工 HSE 党的二十大精神宣传专栏 收稿日期:20221220作者简介:任广欣(1985),男,学士,高级工程师,从事油气集输管理工作,E-mail:927512720 doi:10 16597/j cnki issn 1002154x 2023 03 012某油田酸化油处理工艺比选及现场应用任广欣 李 堆 孙 彪 侯建平 李士通 张 鹏(中国石油化工股份有限公司 西北油田分公司采油二厂,新疆 巴音郭楞蒙古自治州 841600)摘 要 某油田为响应党的二十大的号召,保障国家能源安全,推进油田企业高质量发展,着力于解决酸化油处理难题。作者首先探究了酸化油破乳脱水影响因素,其结果表明,酸化油破乳脱水的主要影响因素包括 pH 值、酸化淤渣、部分酸化液等。然后基于原油破乳脱水理论筛选适合的处理方法,并进行现场实验及工艺比选。重力沉降工艺适用于乳化程度较轻且处理量较大的原油体系,破乳脱水效果差;离心分离工艺可适用于处理量小、脱水深度要求高、质量稳定性高、固体颗粒、酸化淤渣多的原油体系,但其设备精密度要求较高,在面对强腐蚀工作条件时故障率较高,运行维护相对困难;水洗除杂+热化学破乳+高频聚结破乳分离工艺的动设备较少,日常运行维护难度低,但破乳脱水深度介于重力沉降和离心分离,且质量稳定性较差。关键词 酸油处理 破乳脱水 工艺比选中图分类号:TE868 文献标志码:AComparison and Field Application of Acidified Oil TreatmentTechnology in an OilfieldRen Guangxin Li Dui Sun Biao Hou Jianping Li Shitong Zhang Peng(No.2 Oil Production Plant,Northwest Oilfield Company,SINOPEC,Xinjiang Bayingolin Mongolian Autonomous Prefecture 841600)AbstractIn order to respond to the call of the 20th National Congress of the Communist Party of China,guarantee the national energy security and promote the high-quality development of oilfield enterprises,an oilfieldfocuses on solving the problem of acidified oil treatment.Firstly,the influencing factors of acidified oil demulsificationand dehydration were explored.The results showed that the main influencing factors of acidified oil demulsificationand dehydration include pH value,acidified sludge,part of acidified fluid,etc.Then suitable treatment methods wereselected based on the theory of crude demulsification and dehydration,and field experiments and process comparisonwere carried out.Gravity sedimentation process was suitable for the crude oil system with light emulsification degreeand large processing capacity,and the demulsification and dehydration effect was poor.Centrifugal separation processcould be applied to the crude oil system with small processing capacity,high dehydration depth requirements,highquality stability,solid particles,acidified sludge,but its equipment precision requirements were higher,in the face ofstrong corrosion working conditions,high failure rate,operation and maintenance was relatively difficult.The water-washing impurity removal+thermochemical demulsification+high-frequency coalescence demulsification separationprocess has less dynamic equipment and low difficulty in daily operation and maintenance.However,the demulsification94第 37 卷第 3 期Vol 37,No 3化工时刊Chemical Industry Times2023 年 6 月Jun.2023 2023,Vol.37,No.3化工 HSE 专栏dehydration depth is between gravity sedimentation and centrifugal separation,and the quality stability is poor.Keywords acid oil treatment demulsification and dehydration process comparison 某油田主力油藏为奥陶系碳酸盐型稠油油藏,其超过 75%的开发井需要经酸化处理后才能投产1。经过油井酸化储层改造后,初期的返排液易与泥浆、酸化压裂液及其处理剂等残留混合,形成乳化严重、不易处理的乳化原油,即所谓的酸化油。酸化油因破乳难度大,无法直接进入联合站稠油系统。前期对其采用热化学沉降工艺单独处理,但因其组成复杂,乳化因素众多,导致处理效果不理想,难以达到外销合格标准,只能通过掺混进入掺稀混配系统。因“增储上产”的需要,油井开发力度大幅增加,酸化油产量已超过掺稀系统消化能力,严重影响稠油系统正常运行。作者通过分析本油田酸化油破乳影响因素,研究应用于酸化油的破乳脱水工艺,实现酸化油资源化利用,提升该油田地面集输系统的运行稳定性,对于解决油田后期增产上产的瓶颈性问题具有积极的意义。1 酸化油破乳脱水影响因素油井在经过压裂酸化作业后会排出一部分酸化液,酸化液会与地层中的脂肪酸盐、原油中的沥青质、胶质、石蜡等表面活性物质和水湿性的颗粒相混合,使原油中的水微粒表面形成稳定的界面膜,产生 W/O 型乳状液2。除此之外,新井开采过程中可能存在泥浆漏失的情况,漏失的泥浆、地层中的泥沙、黏土、硅石等细小固体颗粒也会增强油水界面膜的稳定性,加大油水分离难度3,4。这些含酸化残酸与固体微粒的酸化油,组分复杂,乳化影响因素众多,需探索分析破乳脱水的主要影响因素,为后续脱水工艺方法比选提供支撑。1.1 pH 影响酸化液在进入乳状液体系中时会改变乳状液水相的 pH,从而影响油水界面膜的强度,进而影响酸化油的破乳脱水。李恩清等5对胜利油田海上酸化油研究表明,pH 值对油水界面膜的强度、迁移速度起到了至关重要的作用。如图 1 所示,当乳状液中的水相处于酸性或碱性状态时,脱水率较低;当 pH 值在 6 8 时,脱水效果最佳。说明原油乳状液油水界面的稳定性与天然乳化剂的酸碱性官能团有关,无论过酸还是过碱都会导致相应的官能团活性增加,从而影响原油破乳脱水效率。陈武等6研究发现,当 pH 值低于5 时,原油破乳脱水速度显著降低,无清晰油水界面,底部水层颜色发黄,但随 pH 值升高,脱水效果好转,分析其原因为乳状液中的氢离子会激活原油中的环烷酸7,而环烷酸作为乳化剂会导致界面膜强度增加,影响破乳效果。图 1 pH 值对原油脱水的影响5Fig.1 Effect of pH on dehydration of crude oil1.2 酸化淤渣影响1.2.1 酸化淤渣的产生来源酸化残液进入原油体系后会产生反应生成酸化淤渣。李建强8认为酸化淤渣是因为原油中胶体分散系的动力稳定性、电力稳定性、空间稳定性被破坏后,原油中的胶质与 H+的酸化效应导致相对分子质量较小的胶质聚结生成大分子颗粒,从而使油水界面膜的稳定性大大增加。李恩清等5通过对某油田酸化原油的研究得出胶质是酸化淤渣的主要前身物,其产生原因可能为胶质和沥青质与含 Fe3+的盐酸发生吸附和积聚现象。对于酸化淤渣的防治,田宫伟等9研制的 DS461 防酸化淤渣剂在某油田应用的防淤渣率达 98%。对本油田进站原油进行组分分析,其胶质、沥青质占比分别是 20.2%、21.21%。用 5 g 含 Fe3+的15%盐酸在80 的条件下与进站原油反应4 h,其生成的酸化淤渣量超过原油质量的 5%,说明本油田存在严重的酸化淤渣现象。再对原油中的沥青质、胶质和提取酸化淤渣进行红外光谱和核磁谱图分析,得出本油田酸化淤渣的主要来源为胶质。1.2.2 酸化淤渣对原油破乳脱水影响性实验为探明酸化淤渣对原油破乳脱水的影响,提取酸化淤渣干燥后碾磨成粉末状,再分别按 0%、1%、2%配入进站原油中,通过测量原油脱水效率从而判断酸05任广欣 等.某油田酸化油处理工艺比选及现场应用2023,Vol.37,No.3化淤渣的影响。实验结果如图 2 所示,酸化淤渣加入后原油脱水速率显著降低,较未添加酸化淤渣的平行样,破乳脱水效率下降一半,且油水界面不清,出现挂壁现象,底层水颜色变为黄黑色。可以得出结论,酸化淤渣是酸化油难处理的影响因素之一。图 2 酸化淤渣对原油脱水的影响Fig.2 Effect of acidified sludge on dehydration of crude oil1.3 酸化液化学影响本油田酸化作业使用的药剂种类繁多,组成复杂,主要可分为压裂液和酸液两大体系。其中压裂液包括多种添加剂,如稠化剂、交联剂、杀菌剂、破乳剂等;酸液体系主要包含盐酸、氢氟酸、铁离子稳定剂、黏土稳定剂等。除此之外,本油田原油硫化氢含量高,在管道输送过程中管线腐蚀会有铁离子的产生,并且铁离子与盐酸共存时会产生酸化淤渣,因此铁离子的影响也必须作为考察因素。李恩清等5通过破乳实验得到:(1)脱水效率随盐酸加入量的增加而减低,当盐酸含量达到 6%时,脱水异常困难,因此盐酸是酸化油难处理的因素之一。(2)氢氟酸对酸化油破乳脱水未见明显影响,氢氟酸不是酸化油难处理的因素之一。(3)通过添加三氯化铁,酸化油脱水效率未见明显变化,说明铁离子不是酸化油难处理的影响因素。(4)油田助剂中助排剂、稠化剂、缓蚀剂会导致酸化油脱水困难,互溶剂有防止油水乳化的功能,对酸化油处理有利。2 酸化油破乳脱水理论及方法2.1 酸化油脱水理论基础水相在原油中的存在形式主要有游离态和乳化态两种。游离态水相的脱出符合 Stokes 定律,而乳化态因油水界面上存在一层致密的界面膜,从而改变了原油与自由水之间的界面张力,乳状液中的水相能自然稳定地存在于油相之中,难以通过重力等因素自然分离。酸化油脱水的研究需要明确其破乳机理和油水分离沉降规律。酸油乳化因素众多,目前