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孤東采油廠含油泥砂現(xiàn)狀
勝利油田孤東采油廠屬于疏松砂巖油藏，原油開采過程中攜砂現(xiàn)象比較嚴(yán)重，每年僅大罐清砂就有3.56萬方左右的油泥砂，再加上油水井的修井及管線的穿孔等產(chǎn)生的大量油泥砂，嚴(yán)重地危害了礦場周圍的環(huán)境。目前油田采用的露天堆放和人工填埋處理方法，不但不能消除或減少污染，而且在雨季時節(jié)，埋藏地下的油泥砂中的原油成份隨著雨水到處漂流，進(jìn)一步地加劇了環(huán)境的惡化，為此當(dāng)?shù)卣畬τ诿繃嵱湍嗌暗奶幚碚魇?000元的高額處理費用。目前勝利油田已經(jīng)進(jìn)入高含水期、為了穩(wěn)定產(chǎn)量，就要提高產(chǎn)液量，這將使得油井出砂現(xiàn)象更加嚴(yán)重，也將使得油田含油泥砂量的進(jìn)一步增大。此外孤東采油廠臨?？亢?，地處黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)之內(nèi)，高額的處理費用以及特殊的地理位置使得含油泥砂的無害化、資源化處理顯得非常必要。
含油泥砂的熱水洗處理實驗
通過甲苯室內(nèi)抽提實驗，多組實驗數(shù)據(jù)求得新鮮油泥砂平均含油率為22.26%，積存油泥砂平均含油率為19.26%。在抽提實驗過程中集液管沒有發(fā)現(xiàn)水分，由此可以斷定該含油泥砂屬于油濕性含油泥砂。
熱堿水洗油其洗油機(jī)理主要是洗液中的NaOH或者Na2CO3與油泥砂中的有機(jī)酸成份發(fā)生反應(yīng)生成羧酸鹽表面活性劑。羧酸鹽表面活性劑為一種陰離子表面活性劑，具有很強(qiáng)的洗滌能力，在洗滌過程中，羧酸鹽表面活性劑在洗液與油砂之間形成獨特的定向排列，形成以非極性的親油基團(tuán)為核心，內(nèi)部包裹原油成份，以極性的親水基團(tuán)為外層的分子有序組合體。這些集合體形成以后，內(nèi)核為碳烴油微液，具有較強(qiáng)的溶油能力，使得整個溶液表現(xiàn)出即可溶于水又可溶于油的能力。吸附原油成份的聚集體在機(jī)械力的作用下與油泥砂分離，并懸浮在洗液的上部。但是由于洗出的烴質(zhì)成份附帶有少量的泥砂顆粒，因此不能上浮到洗液的表面，隨著攪拌機(jī)攪拌作用所攜帶的空氣泡的進(jìn)入與烴質(zhì)成份的結(jié)合，最終烴質(zhì)成份上浮實現(xiàn)油泥砂的分離。
洗液溫度的影響 在NaOH濃度為0.3％、固液比2:3條件下，水洗60min、攪拌器轉(zhuǎn)速200r/min條件下，測得不同溫度下堿液的洗油效率結(jié)果如圖1所示。
由洗油效率曲線可以看出，溫度對于洗油效率有很大的影響。在低溫下，由于瀝青質(zhì)原油粘度較大，與泥砂顆粒親和力較強(qiáng)，泥砂顆粒易抱團(tuán)，不利于堿液侵入到油泥砂團(tuán)內(nèi)部，因此無法將瀝青質(zhì)從泥砂顆粒表面剝離下來。隨著溫度的不斷升高，油砂瀝青質(zhì)成份的粘度逐漸降低，通過強(qiáng)力攪拌動力降粘作用，堿液可以侵入到油泥砂團(tuán)的內(nèi)部，增大與油泥砂團(tuán)的接觸機(jī)會，生成表面活性劑，從而將瀝青質(zhì)成分從其中驅(qū)散出來。由曲線可以看出，堿液對于新鮮油泥砂具有較好的洗滌能力，在80℃時洗滌效率可以達(dá)到93.12%。
堿液濃度(質(zhì)量)的影響 在水洗溫度為80℃、固液比2:3、水洗60min、攪拌器轉(zhuǎn)速200r/min條件下，測得不同堿液濃度下的洗油效率如圖2所示。
由圖中可以看出堿液濃度與洗油效率存在一個最佳的濃度值。當(dāng)堿液濃度小于0.3%時，洗油效率隨著堿液濃度的增加而增大，但是當(dāng)堿液濃度大于0.3%時，洗油效率卻是隨著濃度的增大而降低。這是因為堿液濃度的增大，使得泥砂顆粒表面的Na+和OH-濃度增大，使得泥砂顆粒與瀝青質(zhì)分子之間的雙電子層瓦解，導(dǎo)致瀝青質(zhì)成分與泥砂顆粒的再次結(jié)合，從而使得水洗效果變差。另外，隨著洗液濃度的增加，洗出的原油乳化現(xiàn)象加重，處理成本增加。綜上分析，取最佳洗液濃度為0.3%。
固液比的影響 固液比指的是含油泥砂與洗液的質(zhì)量比。在NaOH濃度為0.3％、水洗溫度為80℃、水洗時間60min、攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速200r/min的條件下，測得不同固液比下堿液的洗油效率如圖3所示。
由曲線可以看出水洗效果同樣存在一個最佳的固液比值。固液比較大時，泥砂量太多不能保證洗液與泥砂顆粒之間的充分接觸，使得洗油效率較低。固液比太小則使得洗出的瀝青質(zhì)成分不能有效地與攪拌作用產(chǎn)生的氣泡相接觸而上浮到洗液表面，使得最終洗出的原油量較少。只有在適當(dāng)?shù)墓桃罕惹闆r下，攪拌器攪拌卷入的大量空氣進(jìn)入油砂和水相之中與洗出的瀝青質(zhì)相結(jié)合，產(chǎn)生氣浮現(xiàn)象，氣泡的鼓吹作用使得含有少量泥砂的瀝青質(zhì)成分在氣泡作用下而上浮到洗液的表面，完成油、泥砂的分離。由實驗數(shù)據(jù)分析確定新鮮油泥砂的最佳固液比為2:3，積存油泥砂最佳固液比為1:2。
攪拌速度的影響 在NaOH濃度為0.3％、水洗溫度為80℃、水洗時間60min、攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速200r/min的條件下，測得不同攪拌速度下堿液的洗油效率如圖4所示。
由曲線可以看出，在攪拌速度較小的情況下，油泥砂的洗油效率不高。但是當(dāng)攪拌速度達(dá)到200r/min~250r/min的時候，洗油效率比較高，并且變化不大，但是當(dāng)進(jìn)一步提高攪拌速度時，洗油效率降低。這是由于隨著攪拌速率的增大，油泥砂中的瀝青質(zhì)成分的表觀粘度也會相應(yīng)的有所增加，從而導(dǎo)致洗油效率的降低。
洗滌時間的影響 相對于水洗溫度和洗液濃度來說，水洗時間長短對水洗效果影響不是很大。當(dāng)水洗溫度合適的時候，油泥砂在很短的時間內(nèi)就可以實現(xiàn)分離，達(dá)到一個較高的洗油效率。本組實驗采用NaOH濃度為0.3％、水洗溫度為80℃、固液比2:3、攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速200r/min條件下，測得不同洗滌時間下的洗油效率如圖5所示。
由曲線可以看出水洗時間為30分鐘的時候，洗油效率就可以達(dá)到80%左右，以后隨著水洗時間的延長，洗油效率逐步增高。在實驗中發(fā)現(xiàn)，在水洗前對油泥砂與洗液的混合物進(jìn)行預(yù)熱，其洗油效率要比不預(yù)熱的效果好。通過試驗確定水洗前預(yù)熱10min，最佳洗滌時間60min。
洗液類型的影響 考慮到洗滌成本的因素，實驗中采用Na2CO3、十二烷基苯磺酸鈉作為替換試劑，在其它實驗條件不變的情況下，僅僅改變洗液的濃度進(jìn)行測試，結(jié)果如圖6所示。
由洗油效率曲線可以看出，用碳酸鈉或者十二烷基苯磺酸鈉來替代NaOH是可行的。不過用十二烷基苯磺酸鈉洗出的瀝青質(zhì)成份明顯乳化嚴(yán)重。另外，用十二烷基苯磺酸鈉洗滌積存油泥砂，發(fā)現(xiàn)其對積存油泥砂中的粘土成分具有很好的洗滌作用，但洗油效率不高，洗后殘泥中含油率仍然很高?？紤]性價比，建議采用碳酸鈉溶液作為洗液比較好。
除以上因素外，含油泥砂中烴質(zhì)成分的組成、泥砂顆粒的性質(zhì)以及在生產(chǎn)過程中加入的一些化學(xué)試劑等也影響著最終油泥砂的洗油效果。
含油泥砂工業(yè)化水洗處理的經(jīng)濟(jì)可行性分析
成本預(yù)算 油泥砂的水洗處理成本主要包括油泥砂的收集運(yùn)輸費用、電費、水費、供暖費用、化學(xué)試劑費用、設(shè)備費用以及工人的工資費用組成。按照目前勝利油田日產(chǎn)含油泥砂100平方米計算，各項費用估算如下：
油泥砂的收集運(yùn)輸費用：50×100＝5000元；（假定平均每噸油泥砂運(yùn)輸?shù)接湍嗌疤幚淼攸c的總費用為50元/噸。）；電費：主要包括粉碎機(jī)耗電、分離裝置電動機(jī)耗電（粉碎機(jī)采用農(nóng)用粉碎豆類的粉碎機(jī)，篩孔直徑約5mm，功率1KW；電動機(jī)采用2000KW，計算過程祥見附錄A）,則耗電費用總計約為20000×0.5元/KWh＝10000元；燃?xì)赓M用： 2500×2元/m3=5000元；（設(shè)定洗液的初始溫度為常溫25℃，洗滌需要加熱到的最佳洗液溫度為80℃）；水費：15×3元/m3＝45元；化學(xué)試劑費用： 15×103×0.3％×3.1元/kg＝139.5元；員工工資：10（人）×100元/人×天＝1000元/小時；其他費用（如設(shè)備維修等其他不可預(yù)見性開銷）1000元/次。因此水洗成本每天估算開支總計為：22184.5元。
原油回收利潤估算：油泥砂的工業(yè)化水洗處理，如果按照洗油效率為80％、油泥砂含油率20%來計算，每天可洗出原油16噸，按油價2000元/噸計算，可以買32000元。因此每天處理含油泥砂可獲利潤約10000元，年利潤360多萬。此外，由于含油泥砂的含油量大大降低，減少了對環(huán)境的危害，因此取得的環(huán)境效益和社會效益將更多。因此對勝利油田孤東采油廠的含油泥砂進(jìn)行工業(yè)化的水洗處理在經(jīng)濟(jì)上是可行的。（文中圖表略）
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