周少雄，周 鹤，赵 波，张 晨，赵波锐，陈兆录，胡 斌

（1.新疆科力新技术发展股份有限公司，新疆克拉玛依 834000；2.中国石油新疆油田分公司，新疆克拉玛依 834000）

新疆某油田采用大罐沉降的热化学脱水技术工艺，原油处理能力为100×104t/a。在现有油品性质条件下能够实现净化油含水率小于1.5%，但存在正、反相破乳剂使用浓度偏高、系统脱水效果波动大、污水含油高、悬浮物含量高、污油量大且难处理、稠油集输困难等问题。特别是近年来该油田采用蒸汽辅助重力泄油（SAGD）技术采出原油的规模性增长，原油重质化倾向进一步加剧［1］，原油密度、黏度进一步升高，导致采出液油水分离难度更大，现有脱水系统的脱水效率进一步降低，为解决上述技术难题，在特超稠油脱水工艺技术上需寻求创新，以适应油田生产的实际需要。

影响超稠油脱水的主要原因是当前脱水温度下稠油黏度大，油水密度差小［2-5］，为此提出对超稠油采用“掺稀”的方式进行处理，即将稀释剂在来液管汇与特超稠油采出液混合，以降低油水分离难度，提高脱水速率［6-7］，为后期该油田扩建至原油处理能力200×104t/a提供技术支撑。常用的稀释剂主要有稀原油、石脑油、汽油、柴油等，考虑到所用稀释剂的来源及循环利用，以及该油田超稠油主要用于提炼国内紧缺的高级润滑油，稀释剂是否影响当地稠油炼化工艺等因素，本文重在研究超稠油提炼出来的焦化柴油和汽油回用于掺稀后改善脱水难题，考察了掺稀对原油黏度、旋流除砂、破乳剂加药浓度以及脱水效果的影响，并进行了现场应用。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

新疆某油田超稠油：以水外相为主的W/O、O/W 型混相乳液，静置分离后的W/O 油样含水45.62%，含砂0.18%。净化油样的黏度为13780 mPa·s（50 ℃），密度为0.9261 g/cm3（50 ℃），含胶质16.08%、沥青质2.41%；焦化柴油：密度0.8648 g/cm3（20 ℃），馏程107～357 ℃，闭口闪点56 ℃；破乳剂SB-1，新疆科力新技术发展股份有限公司。

DVⅢ型流变仪，美国博勒菲有限公司；TW8型精密恒温水浴槽，德国Julabo公司；MCR302高级流变仪，奥地利安东帕（中国）有限公司；DTS-4C型石油密闭脱水仪，中石大石仪科技有限公司；BME 型高速搅拌乳化仪，上海威宇机电制造有限公司；7230 型可见分光光度计，上海分析仪器厂；YDX 型原油含水试验仪，山东邺城永兴仪器厂。

1.2 实验方法

原油黏度分析参照中国石油天然气行业标准SY/T 0520—2008《原油黏度测定旋转黏度计平衡法》，含水分析参照国家标准GB/T 8929—2006《原油水含量测定法（蒸馏法）》，污水含油分析参照中国石油天然气行业标准SY/T 5523—2006《油气田水分析方法》。

原油脱水实验参照中国石油天然气行业标准SY/T 5281—2000《原油破乳剂使用性能检测方法（瓶试法）》。具体地，称取一定体积的实验油样，放置于恒温水浴槽中90 ℃恒温，加入一定量的稀释剂后混合均匀，再加入一定量的破乳剂后混合均匀，静置，读取沉降不同时间下油样的脱水体积，计算脱水率。

2 结果与讨论

2.1 稀释剂的选择

掺稀常用的稀释剂主要有稀原油、石脑油、汽油、柴油等，该油田属于超稠油开发整装油田，附近没有合适的稀原油资源，考虑到稀释剂的来源及循环利用、稀释剂是否影响当地稠油炼化工艺等因素［8-9］，室内选用该油田超稠油提炼出来的焦化柴油和汽油作为稀释剂。

超稠油分别掺入10%（质量比）的汽油和焦化柴油后的降黏效果见图1。由图1可以看出，汽油对超稠油的降黏效果略好于焦化柴油，但考虑到汽油挥发性大而存在安全因素，稀释剂选用焦化柴油。

图1 掺入不同稀释剂的超稠油样的黏度随温度变化

2.2 焦化柴油掺入量对超稠油黏度的影响

图2 为超稠油在不同温度下，掺入不同质量分数焦化柴油后的黏度。由图2可以看出，温度越高，焦化柴油掺入质量分数越大，混合油样黏度越低，降黏效果愈显著。在不同温度下，焦化柴油掺入比例小于9%时，掺量的小幅度增加即可显著降低混合油样的黏度；掺入量大于9%时，随掺入量的增加，混合油样黏度降低幅度明显减小，表明焦化柴油掺入量为9%时降黏曲线出现明显拐点。此外，纵观整个曲线，掺入量为5%时黏度变化也有拐点，综合考虑，以下考察焦化柴油掺入量为5%和9%时超稠油的脱水情况。

图2 不同温度下向超稠油中掺入不同质量分数焦化柴油后的黏度

2.3 掺入焦化柴油对超稠油脱水速率的影响

在90 ℃下，分别向超稠油中掺入质量分数为5%和9%的焦化柴油，再加入一定量的破乳剂SB-1进行热化学沉降脱水，考察掺入焦化柴油对来液脱水效果的影响，结果见表1。由表1 可以看出，掺入焦化柴油可改善超稠油的脱水速率，在超稠油中掺入5%或9%的焦化柴油，在24 h 内即可达到净化油含水合格指标，脱水速率提高了3 倍。掺焦化柴油前后超稠油脱出水的含油量和悬浮物含量基本保持不变，表明掺入的焦化柴油主要是对W/O型乳液的外相即油相起稀释作用［4］，而极少进入O/W型乳液中而对其产生影响。

表1 超稠油掺入焦化柴油前后热化学沉降脱水效果

2.4 现场试验效果

2.4.1 焦化柴油与超稠油来液混合能力分析

现场超稠油来液综合含水率达到80%左右，属于水外相为主的W/O、O/W 型混相乳液，脱水采用两段热化学沉降脱水工艺。在现场超稠油来液中掺入5%焦化柴油后的混合油样黏度与室内直接将焦化柴油与W/O型乳液混合的降黏效果相一致（见表2）。图3为一段沉降罐掺入焦化柴油前后污水中含油量变化情况。可以看出焦化柴油的掺入并未对污水含油量产生明显的影响。综上所述，超稠油来液形态不稳定，在一段沉降罐内迅速分离成W/O型的油层和以O/W形式存在的水层，掺入的焦化柴油主要对W/O型乳液的外相即油相起稀释作用，而极少进入O/W型乳液中，这与室内实验情况相符。

表2 不同条件下掺入焦化柴油后混合原油的黏度

图3 掺入焦化柴油前后一段沉降罐污水含油变化趋势

2.4.2 掺入焦化柴油对来液除砂的影响

该油田采用蒸汽吞吐和蒸汽辅助重力泄油（SAGD）技术，采出液携砂量大，现场跟踪监测了掺入焦化柴油前后采出液旋流除砂的粒径分布，掺入焦化柴油前粒径小于0.075 mm 占比8.8%，掺入5%和9%的焦化柴油后占比分别提升至17.3%和17.9%，掺入焦化柴油后来液经旋流除砂后粒径小于0.075 mm 的砂粒百分含量明显增大。这是因为焦化柴油稀释了来液中的原油，降低了油样黏度，增大了来液脱除砂粒的能力，从而增大了细小砂粒的沉降量。

2.4.3 掺入焦化柴油对超稠油脱水的影响

现场超稠油脱水采用两段脱水工艺，其中，一段脱水温度为90 ℃，破乳剂加药浓度为220 mg/L，控制含水率小于20%；二段脱水温度90 ℃，不加破乳剂、进液满罐后静置沉降直至原油含水率达到合格指标。掺入焦化柴油前后一段沉降罐罐顶原油含水变化趋势见图4，破乳剂加药浓度为100 mg/L。可以看出，掺入焦化柴油前罐顶原油含水在5%～13%之间波动，均值8.34%，系统稳定性较差。掺入焦化柴油后罐顶原油含水率较掺入焦化柴油前有较大幅度下降，掺入5%、9%焦化柴油对应含水均值为3.06%和1.08%，其中前者原油二段热化学沉降只需13.4 h 即可达到净化油含水指标，后者不需沉降可直接达到净化油含水指标（具体见表3），这说明掺入焦化柴油可有效增大油水分离速率，增强系统稳定性，提高原油脱水效率。此外，掺入焦化柴油后破乳剂加药量从220 mg/L降至100 mg/L后，并未对原油脱水效果产生影响。

图4 掺入焦化柴油前后一段热化学沉降罐表层原油含水变化趋势

表3 掺入焦化柴油前后二段热化学沉降时间对比

2.4.4 掺入焦化柴油对原油黏度的影响

掺入焦化柴油前后现场净化合格油的黏度见图5。掺入焦化柴油前净化合格油的黏度均值为543.5 mPa·s；掺入5%的焦化柴油后黏度均值为281.0 mPa·s，降黏率为48.3%；掺入9%的焦化柴油后黏度均值为190.1 mPa·s，降黏率为65.0%，掺入焦化柴油后原油的黏度明显下降。经验证，在温度90 ℃下，掺入焦化柴油后混合油样黏度的双对数与掺入焦化柴油质量比呈线性关系［10］，基本满足lg lgu=0.96x+0.44，其中u为混合油样黏度，x为掺入焦化柴油的质量比。

图5 掺入焦化柴油前后现场净化合格油的黏度

2.4.5 掺入焦化柴油对超稠油净化原油输送方式的影响

掺入焦化柴油前，现场净化原油因黏度大而采用罐车拉运的方式进行输送，需要将净化原油拉至130 km之外的炼油厂进行处理。掺入9%的焦化柴油后，混合油样因黏度大幅度降低而可经管道输送至炼油厂，较之前罐车拉运成本降低40%以上。

3 结论

掺入焦化柴油对超稠油热化学沉降脱水有较好的促进作用。通过掺入焦化柴油可降低超稠油黏度，增大了采出液旋流除砂的能力，进而降低了破乳剂加药浓度，缩短了原油热化学沉降脱水时间。

掺入的焦化柴油主要对W/O 型乳液的外相即油相起稀释作用，而极少进入O/W 型乳液中，进而对W/O、O/W型混相乳液的热化学沉降脱出水的含油和悬浮物的改善效果有限。

掺入焦化柴油结束了超稠油罐车拉运的历史，实现了其长距离的管道集输，较之前罐车拉运成本降低40%以上。