聚丙烯酸酯乳液反相破乳剂在曹妃甸油田化学药剂国产化中的应用

张继伟，张 涛，马永清，李德辉，李志平

(1.中海石油(中国)有限公司曹妃甸作业公司，天津 300461；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452)

曹妃甸油田2004年8月正式投产，位于渤海湾西部海域。自投产起，该油田一直使用国外化学药剂。随着油田含水逐渐升高到93%，处理水量越来越大，为提高药剂使用效果，降低药剂成本，从2015年开始进行反相破乳剂的国产化研发和替换。

1 曹妃甸油田简介

曹妃甸油田地层复杂，原油性质随井深变化很大。原油中含有石蜡(约9.4%)、沥青质和胶质等物质，水分(93%)和天然表面活性剂含量高，原油密度和原油黏度低，不利于原油破乳和O/W乳状液的破坏。另外，某些单井还有出砂现象，使油水产出液中含有一定量的黏土类矿物颗粒，矿物颗粒的存在使油水界面更加稳定，进一步增加了破乳难度。

整个油田的产液均由海管输送至浮式生产储油卸油装置(FPSO)进行处理，FPSO日处理液量约为70 000 m3，日产油约 4 400 m3，日排海约 6 000 m3，其处理标准要求外输原油含水小于0.5%，生产水处理后含油低于20 mg/L，因此对现场药剂要求极高。曹妃甸FPSO包含油系统处理流程和水系统处理流程，油系统流程设有3级处理设备(一级分离器V-2140，二级分离器V-2160以及电脱水器V-2190)；水系统处理流程则依次为斜板除油器、浮选器、核桃壳过滤器及注水缓冲罐。由于处理量大，产液在油水处理设备中滞留时间特别短，这就要求反相破乳剂必须脱水速度快、破乳效率高。

2 丙烯酸酯乳液反相破乳剂研制

随着油田开采，油田采出液中水包油(O/W)乳状液的比重越来越大，O/W乳状液乳化程度更加严重，且乳状液越来越稳定，处理难度有所增加。乳状液中含有原油、固体颗粒、盐类及采油助剂等成分，主要污染物由浮油、分散油、乳化油及微量的溶解油组成，其中乳化油的处理难度最大。曹妃甸油田液处理量大、处理流程短，没有足够的停留时间供沉降脱油，污水处理难度较大，对反相破乳剂性能提出了更高要求[1]。

从国内外的研究和发展的趋势来看，非聚醚类破乳剂是近十年发展较快的一类破乳剂。一些专利提及烷基丙烯酸酯类聚合物可以用于原油乳液的破乳。聚丙烯酸酯乳液是一大类具有多种性能的用途很广泛的聚合物乳液，在涂料、纺织[2]、原油破乳剂[3]等方面得到广泛应用。采用不同聚合方式合成具有较好的破乳性能的丙烯酸酯类聚合物，特别是对稠油乳液的破乳，呈现水色清、用量少、药剂脱水性持久的特点。

BH-512为聚丙烯酸酯类乳液的低分子聚合物，该药剂相对分子质量较小，能够快速的对高含水的水包油乳液进行油水分离[4]，与破乳剂协同作用好，对水无较强的絮凝力，油水分离后大部分药剂留存在水相中，对后续的原油处理影响较少，对含油更少的水包油乳液有持续、逐步的、较彻底的破乳作用，除油效果优异[5]。同时留存在水相中的反相破乳剂，在清水剂的配合下可达到水质处理要求。基于上述原因，针对曹妃甸油田采油污水特性和污水处理流程滞留时间短的特点，成功开发出适用于曹妃甸油田FPSO的聚丙烯酰胺反相破乳剂BH-512，旨在替代现用的强品产品SZB-4590。

表1 现场水处理药剂加注情况

3 试验部分

3.1 现场药剂应用情况

曹妃甸FPSO生产水处理主要加注5种化学药剂，自投产起现场使用反相破乳剂为强品公司反相破乳剂SZB-4590，加注量浓度3 mg/L(基于产液)，具体加注情况(见表1)。

表2 现场试验监测项目列表

3.2 现场应用试验

3.2.1 现场试验监测项目 现场试验期间，对药剂注入情况、一系列污水含油值、一系列油中含水、撇油入口、撇油、气浮选器水样、核桃壳出口水样及缓冲罐出口水样进行监测分析，确认药剂的最终处理效果，监测频率为每3小时1次，具体监测项目(见表2)。

3.2.2 药剂配伍性验证 试验前对试验药剂、现场在用反相破乳剂按照不同比例进行配伍性试验。试验结果表明：试验反相破乳剂BH-512与在用反相破乳剂SZB-4590配伍性良好，试验药剂切换时不存在堵塞药剂管线的风险。

3.2.3 试验效果评价 现场试验采用移动式药撬加注，主要设备为威廉姆斯气动加药泵，利用快速接头直接连接装有反相破乳剂的2 m3药剂罐，通过威廉姆斯泵将试验药剂分别加注至原药剂加注点，药剂加注浓度参照现场在用药剂加注浓度。

现场试验期间，其余药剂保持原有加注量不变，将反相破乳剂切换为试验药剂。关注药剂加注浓度、药剂加注量，油田的产油量、产水量、产气量、海管压力以及外输原油含水值；密切监测原油系统一级分离器V-2140，二级分离器V-2160以及电脱水器V-2190油相出口、水相出口以及斜板除油器、气浮选器、核桃壳过滤器及注水缓冲罐出口水样，监测各级油相出口原油含水值、水相出口污水含油值，通过与在用药剂监测数据进行对比来评价反相破乳剂应用效果。

2016年6月29日将现场在用反相破乳剂SZB-4590切换为试验反相破乳剂BH-512。试验期间原油含水值随时间的变化曲线(见图1)，从图1中可以看出，试验开始后一级分离器V-2140、二级分离器V-2160出口油含水均有所降低，电脱水器V-2190出口油含水正常0.35%。说明反相破乳剂BH-512对分离器脱水效果无不良影响。

试验期间油系统水相含油随时间的变化曲线(见图2)，从图2中可以看出，试验前后油系统各级分离器水相出口含油值基本保持稳定，其中V-2140在流程稳定后水相含油值有降低的趋势。由此可见，反相破乳剂BH-512对油系统的污水处理效果略优于现场在用药剂SZB-4590。

图1 试验期间原油含水值变化曲线

试验期间水系统各级处理设备出口含油随时间的变化曲线(见图3)，从图3中可以看出，试验前后水系统各级处理设备水质均保持稳定，排海水质良好，平均含油值小于10 mg/L，满足现场要求。

图2 试验期间油系统水相含油变化曲线

图3 试验期间水系统含油值变化曲线

图4 试验前后核桃壳进出水压差变化曲线

试验前后一级分离器V-2140中控核子界面仪的观察结果。显示，药剂替换后一级分离器油水界面清晰，乳化层较薄，处理效果优良，整个流程运行稳定。

试验前后核桃壳进出口压差变化曲线(见图4)，从图4中可以看出药剂替换前后核桃壳压差无明显变化，说明反相破乳剂BH-512对核桃壳滤器无不良影响。

4 结论

新开发的聚丙烯酸酯乳液类反相破乳剂BH-512在曹妃甸FPSO现场应用效果良好，一、二级生产分离器油相出口含水均有所降低，水相出口含油保持稳定，电脱水器出口油含水正常0.35%，生产水处理达标。说明反相破乳剂BH-512对曹妃甸油田高含水原油油水分离效果良好，可进行国产化替换。

参考文献：

［1］苗志超，李娟，郭海军，等.海洋油田破乳剂应用综述［J］.化工科技市场，2010，33(9)：30-32.

［2］Shi Y C，Wu Y S，Zhu Z Q.Modification of aqueous acrylicpolyyrethane via epoxy resin postcrosslinking［J］.Journal of Aqueous of Applied Polymer Science，2003，(88)：470-475.

［3］蒋明康，郭丽梅，刘宏魏，等.丙烯酸类共聚原油破乳剂的制备［J］.精细石油化工，2007，24(6)：58-62.

［4］Mohammed R A，Bailey A I，Lucklam P F，et al.Dewate-ring of crude oil emulsion 2.Interfacial properties of the asphaltic constituents of crude oil［J］.Colloids and Surface A:Physicochem Eng Aspects，1993，(80)：237-242.

［5］Leng C T，Li X R，Fei G Q，et al.Preparation and performance analysis of demulsification containing sulfonate organic silicon polyether demulsifier［J］.Journal of Northeast Petroleum University，2012，36(6)：88-92.