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孤東采油廠含油泥砂現狀

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象比較嚴重，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生的大量油泥砂，嚴重地危害了礦場周圍的環境。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，埋藏地下的油泥砂中的原油成份隨著雨水到處漂流，進一步地加劇了環境的惡化，為此當地政府對于每噸油泥砂的處理征收1000元的高額處理費用。目前勝利油田已經進入高含水期、為了穩定產量，就要提高產液量，這將使得油井出砂現象更加嚴重，也將使得油田含油泥砂量的進一步增大。此外孤東采油廠臨海靠河，地處黃河三角洲自然保護區之內，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

通過甲苯室內抽提實驗，多組實驗數據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現水分，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理主要是洗液中的NaOH或者Na2CO3與油泥砂中的有機酸成份發生反應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為核心，內部包裹原油成份，以極性的親水基團為外層的分子有序組合體。這些集合體形成以后，內核為碳烴油微液，具有較強的溶油能力，使得整個溶液表現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，隨著攪拌機攪拌作用所攜帶的空氣泡的進入與烴質成份的結合，最終烴質成份上浮實現油泥砂的分離。

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、攪拌器轉速200r/min條件下，測得不同溫度下堿液的洗油效率結果如圖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，由于瀝青質原油粘度較大，與泥砂顆粒親和力較強，泥砂顆粒易抱團，不利于堿液侵入到油泥砂團內部，因此無法將瀝青質從泥砂顆粒表面剝離下來。隨著溫度的不斷升高，油砂瀝青質成份的粘度逐漸降低，通過強力攪拌動力降粘作用，堿液可以侵入到油泥砂團的內部，增大與油泥砂團的接觸機會，生成表面活性劑，從而將瀝青質成分從其中驅散出來。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℃時洗滌效率可以達到93.12%。

堿液濃度(質量)的影響  在水洗溫度為80℃、固液比2:3、水洗60min、攪拌器轉速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分子之間的雙電子層瓦解，導致瀝青質成分與泥砂顆粒的再次結合，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量比。在NaOH濃度為0.3％、水洗溫度為80℃、水洗時間60min、攪拌機轉速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成分不能有效地與攪拌作用產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。只有在適當的固液比情況下，攪拌器攪拌卷入的大量空氣進入油砂和水相之中與洗出的瀝青質相結合，產生氣浮現象，氣泡的鼓吹作用使得含有少量泥砂的瀝青質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。由實驗數據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、攪拌機轉速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。但是當攪拌速度達到200r/min~250r/min的時候，洗油效率比較高，并且變化不大，但是當進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，油泥砂中的瀝青質成分的表觀粘度也會相應的有所增加，從而導致洗油效率的降低。

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。當水洗溫度合適的時候，油泥砂在很短的時間內就可以實現分離，達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、攪拌機轉速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。在實驗中發現，在水洗前對油泥砂與洗液的混合物進行預熱，其洗油效率要比不預熱的效果好。通過試驗確定水洗前預熱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行測試，結果如圖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成份明顯乳化嚴重。另外，用十二烷基苯磺酸鈉洗滌積存油泥砂，發現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。考慮性價比，建議采用碳酸鈉溶液作為洗液比較好。

除以上因素外，含油泥砂中烴質成分的組成、泥砂顆粒的性質以及在生產過程中加入的一些化學試劑等也影響著最終油泥砂的洗油效果。

含油泥砂工業化水洗處理的經濟可行性分析

成本預算  油泥砂的水洗處理成本主要包括油泥砂的收集運輸費用、電費、水費、供暖費用、化學試劑費用、設備費用以及工人的工資費用組成。按照目前勝利油田日產含油泥砂100平方米計算，各項費用估算如下：

油泥砂的收集運輸費用：50×100＝5000元；（假定平均每噸油泥砂運輸到油泥砂處理地點的總費用為50元/噸。）；電費：主要包括粉碎機耗電、分離裝置電動機耗電（粉碎機采用農用粉碎豆類的粉碎機，篩孔直徑約5mm，功率1KW；電動機采用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；燃氣費用： 2500×2元/m3=5000元；（設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（如設備維修等其他不可預見性開銷）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，減少了對環境的危害，因此取得的環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行工業化的水洗處理在經濟上是可行的。（文中圖表略）