海上原油处理用化学药剂相关知识介绍

海上原油处理用化学药剂相关知识介绍（2005-3）1 海上油气田生产与集输简介由于海上油气的生产是在海洋平台上或其它海上生产设施上进行，因而海上油气的生产与集输，有其自身的特点。

海上油气田的生产就是将海底油（气）藏中的原油或天然气开采出来，经过采集、油气水初步分离与加工，短期的储存，装船运输或经海管外输的过程。

海上油气田的集输系统要根据采油方式、油品性质以及投资回收等问题进行确定。

海上油气的开采方式与陆上基本相同，分为自喷和人工举升两种。

目前国内海上常用人工举升方式为电潜泵采油。

采出的油水混合液经采油树输送到管汇中，管汇分为生产管汇和测试管汇。

测试管汇分别将每口井的产出井液输送到计量分离器中进行分离并计量。

一般情况下，在计量分离器中进行气液两相分离，分出的天然气和液体分别进行计量。

液相采用油水分析仪测量含水率，从而测算出单井油气水产量。

生产管汇是将每口油井的液体汇集起来，并输送到油气分离系统中去。

1.1 油处理系统从生产管汇汇集的油水混合液输送至三相分离器中，三相分离器将油、气、水进行初步分离。

分离出的原油因还含有乳化水，往往需要进入电脱水器进一步破乳、脱水，才能使处理后的原油达到合格的外输要求。

分离出的原油如果含盐量比较高，会对炼厂加工带来危害，影响原油的售价，因此有些油田还要增加脱盐设备进行脱盐处理。

为了将原油中的轻烃组分脱离出来，降低原油在储存和运输过程中的蒸发损耗，需要进行原油稳定，海上油田原油稳定的方法采用级次分离工艺，最多级数不超过三级。

处理合格的原油需要储存。

储存的方法一般有两种：一是在平台建原油储罐，另一种是在浮式生产储油轮的油舱中储存。

一般情况下，海上原油的储存周期为7—10天。

储存的合格原油经计量后可以用穿梭油轮输送走，也可以建长距离海底管线直接输送到陆上。

分离器分离出的天然气进入燃料气系统中，燃料气系统将天然气脱水后分配到各个用户。

对于某些油田来说，天然气经压缩可供注气或气举使用。

低压天然气可以作为密封气使用，也可以用做仪表气。

多余的天然气可通过火炬臂上的火炬头烧掉。

分离器分离出的含油污水进入含油污水处理系统中进行处理。

1.2 水处理系统水处理系统包括含油污水处理系统和注水系统。

常规的含油污水处理流程为：从分离器分离出来的含油污水首先进入斜板隔油器中进行油水分离，然后进入气浮选器进行分离，如果二级处理后仍达不到规定的含油指标时，可增设砂滤器进行三级处理，处理合格后的污水排海。

近年来发展了水力旋流器处理含油污水。

水力旋流器处理量大，占地面积小而得到广泛使用，但对于高密度稠油油田的含油污水处理效果不好。

注水系统从注水的来源不同而分为三类：注海水、注地层水和污水回注。

海水注水系统是海洋石油生产的一大特色。

海水通过海水提升泵抽到平台甲板上，经粗、细过滤器过滤掉悬浮固体，再进入脱氧塔中脱去海水中的氧，脱氧后的海水经增压泵，注水泵注入到地层中去。

近年来由于环境保护的要求，经处理后的含油污水也回注到地层中去。

水源井注水是从采水地层，利用深井泵将地层水抽出，经粗、细过滤器滤掉悬浮颗粒达要求后，经注水泵将地层水注入到油层中。

2 原油处理的目的和技术要求将开采出的原油在海上采油平台或生产油轮进行油、气、水的分离、净化、计量和外输；伴生气经除液后利用或送到火炬系统烧掉；污水进污水处理系统处理符合排放标准后排放入海；原油进一步处理后得到合格的商品油存储或外输。

一般的处理工艺流程如图1所示。

原油处理工艺应根据油、水、伴生气、砂、无机盐类等混合物的物理化学性质、含水率、产量等因素，通过分析研究和经济比较确定。

原油汇集、处理和计量外输是原油处理工艺的三大主要组成部分。

图1 典型工艺流程框图3 原油乳化液和破乳3.1 原油乳化液原油乳化液就是原油和地层水在共同的运动中，由于剧烈搅拌，使一种液体微小的液滴分散于另一种液体中所形成的混合物，这种混合物用普通机械方法不易分开。

在原油乳化液中，油或水被分散的球状微粒直径通常在10—1000μm之间。

形成原油乳化液必须具备下列条件：1）有油和水两种互不相溶的液体同时存在，石油在地层条件下一般与水不发生乳化，只是两种互不相溶的液体；2）有适当的搅拌和混合条件，当原油从地层到井底沿油管向地面流动时，压力不断降低，原油中的溶解气不断析出，油管中流速增大，油气水混合，使水分散成小液滴，乳状液逐渐形成，特别是通过油嘴，压力剧降，流速增加，气体膨胀，使液滴分散得更小，加之集油管线、阀门离心泵等的搅拌作用，使乳状液更易形成；3）有乳化剂存在，要形成较稳定的乳状液必须有乳化剂存在，原油中存在天然的乳化剂，如胶质、沥青质、粘土、石蜡、石油中的环烷酸等，可以吸附在油水界面上，形成坚固的乳化膜，保护乳状液不易破坏，这三个条件综合是石油乳状液形成的原因，缺一不可。

（在地层中, 通常油和水是分离的。

采油过程中泵的剪切、油嘴的节流、管线和容器内的搅拌混合等，为乳化液的形成提供了动力。

而原油中存在的环烷酸、天然脂肪酸、酚及它们的盐类等天然表面活性剂，蜡的晶体，沥青质颗粒，胶质，岩屑，黏土颗粒，未溶解的盐类等多种物质都使乳化液变得稳定。

一般高黏度重质原油形成的乳化液更为稳定，尤其是在老化后，由于轻烃的挥发使原油黏度增加、某些成分的氧化和沥青质胶质等的聚结都会使界面膜更加牢固，乳化液更加稳定。

）3.2 原油乳化液的类型乳化液的类型主要有以下几种:1）油包水型（W／O）水以极微小的颗粒分散于原油中，水为内相（或分散相），油为外相（或连续相）。

由于水相微粒外有一层含有油、沥青、胶质的薄膜裹着水球，所以这种乳化液中的水分比较难脱；2）水包油型（O／W）油以极微小的颗粒分散于水中，即油为内相（或分散相），水为外相（或连续相）。

由于外相水有一种相碰撞聚集合并的性质，因此，水和油的分离就相对容易3）其它油包水包油型乳化液（O／W／W）和水包油包水型乳化液（W／O／W）等原油乳化液的类型取决于原油中所含天然乳化剂的类型，原油中所含的天然乳化剂主要有：沥青质、胶质、环烷酸、脂肪酸、石蜡、泥土和砂粒等。

原油中所含的天然乳化剂绝大部分是憎水亲油的，因而一般形成稳定的油包水型乳化液（W／O）。

某些乳化剂（如环烷酸等）具有亲水性，可形成水包油型乳化液（O／W）。

鉴别乳化液类型的方法主要有染色法、冲淡法、电导法和滤纸润湿法，如表1所说明。

表1 乳化液的鉴别方法说明方法，综合判断。

要防止乳化液的形成，只需破坏生成乳化液的三个要素之一即可。

由于原油本身就含有天然乳化剂，所以主要是从下面两方面进行：1）控制油井出水，如采取分层开采、封堵水层、合理注水等措施来减少油井出水；2）控制油流搅拌，如提高油田地面集输系统和分离器的压力，减小油嘴前后压差；尽量简化油气集输流程；减少弯头、三通、阀件等局部阻力及泵的数量。

另外，可往油井环形空间注入破乳剂，这不但能有效地阻止原油在井内乳化，往往还能使油井增产。

3.3 原油乳化液的性质原油和水在形成乳化浓的过程中不发生化学变化，故其化学性质仍表现为原油和水的本来性质，但其物理性质的变化却是非常显著的。

原油乳化掖的一般物理性质有；分散度、外观颜色、凝固点、稳定性和老化等． 1）原油乳化液的分散度，相颗粒直径(直径不等时用平均直径)的导数表示，此外，也可—直接用分散相的平均直径或颗粒总表面积总体积之比值，即比表面积表示。

按分散度的大小可以区分乳状液、胶体溶液和真溶液，另外乳化掖的分散度大小还直接影响它的其他性质。

因而，分散度是乳化液的重要性质之一。

2）原油乳化液的外观颜色纯净的原油虽因其组成不向有黄、红、绿、棕红、咖啡色等之分，但对一般重质原油而言，大多外观呈黑色。

然而，若让其流淌为小于0.5mm厚的薄层，则实际为棕红色或棕黄色。

原形乳化掖的外观颜色与分散度及含水率密切相关。

一般含水l0%左右的“油包水”型原油乳化液，又颜色如同纯净的原油；而随着含水率的增加和分散度的上升，将呈现为棕红色，当含水率增加到30一50％，分散颗粒减小为2—3mm或更小时，其形状和颜色很类似于食用的芝麻酱。

3）原油乳化液的密度原油乳化液的密度，是指单位体积内原油和水，以及所含的机械杂质、盐分的总重量。

原油乳化液的密度与乳化液的分散度无关，但受温度、杂质含量影响，而受含水率的影响最大。

4）原油乳化液的粘度原油乳化液的粘度是指其本身所具有的内摩擦力．其数值与纯净的原油或水相比较药大数十到数百倍。

不具有可加性。

尽管原油物性有差异，原油乳化液的粘度数值也不相同，但各种原油乳化液的粘度随含水率的上升，其变化规律却大致是一样的。

即：随着含水率的上升，原油乳化浓的粘度大幅度增加．当含水率上升到50一70％对，粘度达到峰值：若含水率继续增加到50一70％以上时，水不再部成为内相，而有一部分呈游离状态与w／o型乳化液混合在一起．随着游离水的增加，w／o型乳化液呈不规则的大颗粒分散在游离水之个，该状态被称为“粗分散体”，其表观粘度急剧下降。

此外，电性质是原油及其乳化液的又一基本物理性质，常用介电常数、电导和电泳等参数来描述，它对于判断乳化液的类型、稳定性，以及破坏乳化液的方法都有重要作用。

3.4 影响乳化液稳定的因素表2 影响乳化液的稳定因素分散的固体物质、处理温度、水的PH值、内相液珠的分散度和停留时间。

现场处理乳化液，就是想办法使其破乳，使油中的水分离出来。

主要方法：1) 物理方法破乳主要包括加热法和高压电破乳加热破乳有两种解释。

一种理论认为热加剧了液滴的布朗运动速度，导致了液滴更加剧烈的碰撞，从而使乳状液破坏。

另一种理论认为提高温度会使体系的内部粘度及界面粘度降低，增加了液滴的有效碰撞力，同时热也加速了水滴的沉降速度，使破乳易于实现。

电场破乳的主要理论：乳化膜是由带有额外电荷的极性分子所组成，它们易被干扰，但与水之间有吸引力，这些分子把水包在中间形成一个坚韧的膜壁，电场干扰这个膜壁，并引起其中分子的重新排列，膜破裂，电场引起临近液滴的相互吸引，最后水滴聚结变大而沉降。

2) 化学法破乳通过改变乳状液体系的界面性质，使之由比较稳定变成不稳定，从而发生破乳。

油田采用的破乳脱水方式主要有三种：热沉降，化学法，电场法。

对应的设备是沉降罐、游离水分离器、热处理器和电脱水器，其对应关系如下：沉降罐------热沉降或热化学沉降；游离水分离器------热化学沉降；热处理器------热化学沉降；电脱水器------热、电化学沉降。

3.5 设备参数调节与原油脱水有关的最重要设备参数有两个：流程温度和油水界面。

加热升温除前述影响（布朗运动加快，液体的密度差变化）外，还可增加石蜡胶质沥青等在原油中的溶解度，降低油水界面膜强度，使原油乳化液黏度降低，进一步提高脱水速度。

有些原油在室内试验中，温度升高5度，15分钟的脱水速度可提高1~3倍。