稠油油水处理技术及其在新疆油田的应用

程万军

（中国石油新疆油田新港公司）

0 引言

随着稠油资源开采的持续深入，稠油加工处理难度不断增加。为改善稠油脱水及污水处理效果和提高效率，国内外相关油公司围绕稠油油水处理工艺、设备、化学药剂等开发了一系列技术。中国石油新疆油田具有三十多年的稠油开发和处理经验，形成了较为完善的脱水及污水处理技术，支撑了新疆油田的稠油开发。

1 稠油脱水技术

2018年 5月，我国颁布的最新原油国家标准GB 36170—2018《原油》中明确规定了原油中的水含量应控制在0.5%～2%（质量分数），其中，不同的原油基属要求略有差异，石蜡基略低、环烷基相对较高。相对于常规原油，稠油更为复杂、脱水也更为困难[1]。新疆油田稠油开采主要釆用蒸汽驱，由于已处于油田开发的后期，目前稠油开采综合含水率已高达90%以上。稠油处理站原油脱水交接含水量要求不大于1%，处理难度大，开釆经济性也差。

1.1 稠油脱水工艺

国内外稠油脱水在工艺方法上区别不大，主要围绕加热、加剂、沉降等技术脱除稠油中的游离水和乳化水而设计[2，3]。

从脱水工艺发展来看，越来越多的油田基于不同工艺的特点，采用一种或多种工艺的组合。例如，热化学沉降脱水工艺操作简单、可靠性高，但处理时间长、设备占地面积大、现场施工量大，应用于胜利油田陈南联合站、塔里木油田英买力某联合站；电化学脱水工艺脱水精度高、利于橇装化、设备占地少，但电脱水器对含水率和油品性质敏感，对电脱水器的选择和操作提出了更高要求，应用于中海油埕北油田、辽宁绥中油田、胜利油田单家庙区块和辽河油田曙五联等；一段热化学静止沉降脱水工艺多用于原油密度大、黏度高、沥青质含量高的稠油处理，但需要多座储罐分别交替静止，应用于辽河油田曙一区杜32区块和杜84区块。

此外，利用微波、电磁波、高频脉冲、静电、微生物等新方法，脱水工艺也有一些进展和应用[4-7]，但应用较少。总体来说还是重力沉降，过滤脱水，以及化学和机械破乳等传统方法工艺简单、经济性相对好，在我国主要油田被普遍采用，同时也积累了较多的操作经验。为了达到良好的脱水效果，无论何种工艺，优化好操作条件尤为重要。例如，破乳剂的选择、沉降时间和脱水温度的控制是热化学沉降脱水工艺的关键[8]。此外，每个油田的稠油、超稠油性质差异大，现场条件差异大[9]，如何选择脱水工艺、设定相应的操作条件必须因地制宜，不可照搬照抄。

新疆油田经过三十多年的稠油开采，在脱水处理上先后采用了重力沉降法、化学破乳法、电化学破乳法、机械破乳法（离心分离）等单一或复合的稠油常规处理方法，目前主要釆用热化学重力沉降复合处理工艺，如图1所示。

图1 污水处理工艺示意图

油井产出液从采油作业区集油管线通过汇总后进入沉降罐，期间通过比例泵按比例加入正相和反相破乳剂，随来液混合后进入沉降罐。由水、油密度差形成的稳定油水界面，上部通过油槽翻油进入毛油罐，毛油罐出油经泵泵入螺旋板式换热器加温后进入净化罐。新疆油田采用的稠油开采工艺简单、设备使用较少，主要为立式沉降油罐、加热装置、加破乳剂设备。处理后的原油含水量达到小于 1%的交接要求。

1.2 稠油脱水处理设备

与常规原油相比，稠油处理工艺相对复杂，涉及的设备种类较多、参数要求也相对苛刻。加之随着油田稠油开采期的延长，油品性质发生较大变化，也给脱水处理设备带来诸多挑战。

靳光新、卢风光等[10]提出，最常用的立式沉降罐可以采用优化内部结构设计的方式使设备安全平稳运行，包括配液管、集油槽、集水槽等的选型及安装位置的优选等。目前新疆油田立式沉降罐大部分采用了外置平衡水箱结构，利用U型管原理，实现了沉降罐内水层油层的自动控制。

电脱水器主要用于油包水型乳状液的处理，新疆油田稠油开釆初期釆用了水平电极电脱水器，使用过程中因高含水易发生电脱水器跳电现象，后期逐渐停用了电脱水器。近年来随着开发后期油品脱水难度加大，新疆油田也开始重新试用新型电脱水器。新型电脱水器通过电脱分离器的合理设计，引入绝缘电极，实现结构件的有效绝缘，解决常规电脱水器在稠油处理中出现无法建立足够高强度电场且电场波动过大等问题。

分离器是稠油处理常见设备之一，包括两相、三相、四相分离器等，分别适用于气液、气液水、气液水沙等分离需求，不同的内构件及尺寸设计可以改进分离效果。新疆油田稠油普遍为不含气，且由于釆出液含水量及总液量大，所以两相、三相分离器等在新疆油田稠油开采工艺中均不适用，因而稠油脱水主要采用沉降罐和电脱器，未使用任何形式的分离器。

1.3 原油破乳剂技术

我国现有200多个品牌、40多种单剂的破乳剂[11]。尽管稠油脱水破乳剂种类数量众多，但受限于油井采出液成分的多样化及处理条件的差异化，破乳剂还在不断改进和研发，李刚等[12]针对超稠油的乳化难题开发了低温破乳剂。筛选出适用的类型，多种破乳剂复配使用，以及优化加注方式在实际应用中都较为可行[13]。

新疆油田稠油处理目前分别釆用了正相（油包水）、反相（水包油）两种类型破乳剂，加注方式也根据不同的油区环境，分别采用了端点、来液总管汇、油出口、水出口加药等灵活的加药方式。由于油田到了开釆后期，各种增油措施助剂的使用及老化油的增多，在沉降罐中除了油层、水层、油水过渡带正常工况外，近几年各稠油处理站在油水过渡带中均出现不同程度的老化油、助剂层，严重影响了正常的油水分离，造成工艺生产异常，也对破乳剂的功能提出了更高的处理要求，有待进一步的研究和新产品研发。

2 稠油污水处理技术

稠油污水水质复杂（各类有机物、无机物和杂质），开采过程还会根据实际情况加入不同药剂（驱油剂、破乳剂或降凝剂等），使得不同油田稠油污水化学物质成分和含量各有不同[14]，这也给各油田稠油污水处理带来挑战。

2.1 稠油污水处理工艺

由于稠油污水处理后水的用途和标准的差异，处理工艺的选择差异性较大。国外部分发达国家选择去油和悬浮物、软化和除二氧化硅的深度工艺。通常随着污水水质硬度的增加，依次选用石灰软化、离子交换或两者技术结合，配置昂贵再生系统的弱酸离子交换树脂（硬度大于3 000 mg/L）等技术。

国内稠油污水通常为隔油—混凝—过滤三段，目前多为四到六段处理流程，即隔油、凝沉降、粗粒化、浮选、（一级）粗滤、（二级）精滤等，以达到除油/悬浮物和软化目标后去热采锅炉。总体来看流程较长，主要是去油过程中药剂用量大同时叠加稠油脱水药剂也使得过滤流程加长，综合效果却未必理想。随着环保压力增大，稠油污水综合处理技术是发展方向[15]。

目前，新疆油田稠油污水处理主要采用物理化学深度处理工艺，分为重力沉降、化学沉降、过滤三步，通过添加絮凝剂、杀菌剂等，经过斜板沉降、一级过滤、二级过滤，从重力沉降罐到二级过滤器出口污水停留时间40小时，经过这个流程处理后的污水含油≤2 mg/L、悬浮物≤2 mg/L，处理后回用锅炉利用率已达80%左右。污水处理系统工艺流程如图2所示。

图2 污水处理系统示意图

2.2 稠油污水净水剂技术

稠油污水处理过程中最为关键的技术就是新型净水剂的应用研究。油田常用的稠油污水化学净水剂包括破乳剂和絮凝剂。油田破乳剂的种类很多，已在上文述及。如何根据污水性质选择合适的破乳剂是一个非常重要的问题。目前稠油污水通常是水包油型和混相型，根据具体污水的类型，选择合适、匹配的破乳剂非常重要。对某一种含油污水有效的破乳剂，对另一种含油污水效果不一定好。稠油污水处理的反相破乳有三个方向的趋势[16]：一是阳离子型反相破乳剂，如阳离子聚醚型等；二是一剂多用的水处理剂，将破乳、杀菌等多功能集于一身；三是生物破乳剂、生物絮凝剂。

新疆油田目前使用的污水处理药剂主要是混凝剂、离子调整剂和助凝剂。混凝剂通过破坏复杂油水相中乳化油、悬浮颗粒、聚合物等胶体体系的稳定状态，从而达到净化作用；离子调整剂通过稳定水中离子的平衡关系，破坏结垢性离子的结晶长大，加快反应速度，使这些反应在短时间内完成并生成沉淀和其他产物，减缓腐蚀与结垢，从而达到净化和稳定水质的目的；助凝剂可以有效降低净水剂用量，提升沉降速率、增加絮体大小和强度，防腐防垢，可有效改善水质。该药剂体系较适用于新疆油田耐高温高油高悬浮物体系，弥补了传统药剂的不足，快速破坏油水界面膜的稳定性，使油水快速分离；快速净化并去除污水中的油、使悬浮颗粒聚集，从而实现破乳除油、除悬浮物、控制腐蚀结垢、净化和稳定水质的多重目的。

2.3 稠油污水处理设备

含油污水过滤器是油田污水处理工艺中的关键设备，由于稠油污水含水率高、较常规污水成分更为复杂，提高传统过滤器的处理效率十分关键。从本质上讲，稠油污水处理所用的过滤器与常规污水处理用设备差异不大，重在改变过滤器内部结构形式，优化设计过滤装置，提高除污能力，加强布水系统的抗压能力等。

目前油田普遍使用的过滤器有：双滤料过滤器、改性纤维球过滤器、多介质过滤器、纤维束过滤器、超精细过滤器等。其中，双滤料过滤器、多介质过滤器在新疆油田公司污水处理工艺中主要用作一级过滤器。这两种过滤器处理能力强、过滤效果好、反洗再生容易，使用周期长。改性纤维球过滤器、超精细过滤器主要用作二级过滤器。特别是改性纤维球过滤器，作用是进一步拦截污水中的悬浮物和含油，也是污水过滤系统的保险，保证滤后水的水质达标且稳定。

3 结束语

近年来稠油油水处理技术取得了长足的进步，稠油处理过程中的稠油脱水、污水处理相对独立但又紧密关联，脱水的同时也要考虑随之而来的污水处理问题。稠油生产各地现场条件差异大，应基于不同的稠油类型、现场条件，考察新技术、新措施在现场应用的效果。未来越来越多的组合工艺技术、复配的新型化学药剂得以应用。稠油生产是一个不断变化的动态过程，随着生产规模的扩大、化学增产剂的使用，油水处理方式和方法也应加以调整。应根据变化情况及时调整工艺措施，持续提升与配套完善工艺系统，不断改进设备设计、提升自动控制水平，灵活运用好各类加药试剂，才能在满足稠油开发需要的同时，全面提升稠油油水处理水平。