渤海某油田生产流程化学药剂注入优化与减量研究
苑印正
（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300450）
摘要：在油田提液增产的背景下，化学药剂成本持续攀升与油田提质增效目标之间的矛盾日益突出。为解决此问题，本研究以渤海某油田CEPI/K中心处理平台为对象，开展生产流程化学药剂注入优化与减量实践。研究采用机理分析、实验室小试与现场梯度试验相结合的方法，从“降低注入浓度”与“改变注入位置/顺序”两个维度，对破乳剂及清水剂体系进行了系统性优化。优化后，在实现药剂大幅减量的同时，系统处理效果显著提升，注水水质关键指标全面优于优化前。本研究证实，基于产液物性变化进行药剂精细化管理，能够突破传统加药模式，实现显著的降本增效，为类似油田的化学药剂优化提供了可复制的成功经验。
关键词：油田化学；药剂减量；破乳剂；清水剂；加药优化；提质增效
中图分类号：TE355
Optimization and Reduction of Chemical Injection in Production Process of a Bohai Oilfield
Yuan Yinzheng
Tianjin Branch, CNOOC (China) Co., Ltd., Tianjin 300450, China
Abstract:Against the backdrop of increasing liquid production in oilfields, the contradiction between the continuous rise in chemical costs and the goal of improving quality and efficiency has become increasingly prominent. To address this issue, this study focused on the CEPI/K central processing platform of a Bohai oilfield, conducting optimization and reduction practices for chemical injection in the production process. The research employed a combination of mechanistic analysis, laboratory-scale tests, and on-site gradient experiments. Systematic optimization of the demulsifier and water clarifier systems was carried out from two dimensions: "reducing injection concentration" and "changing injection location/sequence." After optimization, while achieving a significant reduction in chemical usage, the system's treatment efficiency was notably improved, with key indicators of injection water quality surpassing pre-optimization levels across the board. This study confirms that fine management of chemicals based on changes in produced fluid properties can break through traditional dosing models, achieving significant cost reduction and efficiency improvement, and provides a replicable successful experience for chemical optimization in similar oilfields.
Keywords:Oilfield chemistry; Chemical reduction; Demulsifier; Water clarifier; Dosing optimization; Quality and efficiency improvement
引言
海上油田化学药剂的高效利用是保障生产系统稳定运行、实现“提质增效”的关键。随着油田进入开发中后期，提液措施导致产液物性变化（如W/O型乳化液增多），传统固定加药模式面临成本激增与处理效果下降的双重挑战。学界针对药剂优化已开展诸多研究：例如，李等（2022）在《油田化学》上探讨了破乳剂浓度对不同乳化类型破乳效率的影响规律；Smith等人（2023）于SPE会议上指出，基于流体性质的动态加药策略是降本的关键方向。然而，现有研究多集中于单一药剂的实验室评价或浓度调整，对多药剂体系下“加注顺序”与“注入位置”的协同优化研究不足，更缺乏在大型海上油田中心处理平台进行全系统、验证性现场实践的报道。
因此，为突破传统经验模式的局限，亟需开展融合机理分析、并贯穿实验室至现场的全流程系统性优化研究。本研究以渤海某油田CEPI/K平台为对象，旨在通过“降低注入浓度”与“改变注入位置/顺序”双路径创新，实现破乳剂（BH-29）与清水剂（BHQ-08/133）的科学减量。本文详细阐述了从机理分析、实验室小试到现场梯度试验的完整攻关过程。研究结果不仅显著降低了药剂成本，并同步提升了系统水质，为海上油田的化学药剂精细化、科学化管理提供了经过实践验证的创新性方案与重要借鉴。
1. 油田概况与问题分析
1.1 油田与平台简介
本研究的对象为渤海某主力油田及其中心处理平台CEPI与CEPK。该油田是典型的规模化海上油田，其中心处理平台（CEPI/K）负责接收来自周边井口平台的油气水混合物，并进行汇集、分离、处理，最终实现合格原油外输与污水回注。平台的生产处理流程主要包括生产分离（实现油气水初步分离）、斜板除油与浮选（处理含油污水）等核心环节。这一系列工艺流程的正常、高效运行，高度依赖一套完整的化学药剂加注系统进行支持与调节。
1.2 化学药剂体系与原有加注方案
CEPI/K平台化学药剂系统完备，旨在解决原油处理与污水回注全流程中的各类问题。平台所注入的化学药剂共计9种，涵盖缓蚀、消泡、破乳、防垢、清水、浮选、杀菌等七大功能，构成了一个复杂的化学干预体系。
与本研究相关的药剂功能、原始设计加注点如下：
破乳剂 (BH-29)：用于破坏油水乳化液，促进油水分离。加注点为生产分离器入口。
油相清水剂 (BHQ-08)：一种聚丙烯酰胺类清水剂，主要发挥絮凝、架桥作用，用于脱除污水中的悬浮物和油滴。加注点亦为生产分离器入口。
水相清水剂 (BHQ-133)：一种阳离子型表面活性剂，主要通过凝聚、破乳和浮选作用处理污水。加注点为斜板除油器总入口。
1.3 核心矛盾分析
尽管平台拥有设计完善的药剂系统和明确的加注规范，但随着油田进入开发中后期，生产实际情况与初始设计条件已发生显著变化[1]，导致原有固定加药模式与动态生产需求之间产生尖锐矛盾，具体表现为：提液增产导致药剂成本激增，液量大幅增加直接导致药剂消耗量呈线性乃至指数增长，使药剂成本成为操作成本中不可忽视的沉重负担；产液物性变化使原有加药方案“失效”甚至“反效”；药剂间协同与拮抗效应未被充分考虑，可能存在“多药并用但效果不彰”的冗余或内耗情况。
3. 减量优化方案设计与实施
针对前文分析的核心矛盾，本项目确立了“机理分析-实验室小试-现场梯度试验”的闭环优化技术路线[2]，从“降低注入浓度”与“改变注入位置/顺序”两个核心维度进行攻关。以下将详细阐述以破乳剂和清水剂为焦点的优化设计与实施过程。
3.1 总体技术路线
项目遵循严谨的科学方法，首先从药剂作用机理与现场产液物性变化的关联性入手，提出优化假设；随后在实验室进行小试验证，确保理论可行性；最后在生产现场开展精心设计的梯度试验，在严密监控系统水质与运行稳定的前提下，逐步调整药剂参数，直至确定最优操作窗口。该方法有效规避了盲目调整带来的生产风险。
3.2 基于破乳剂(BH-29)的浓度优化研究
3.2.1 机理分析与问题溯源
CEPK平台使用的破乳剂BH-29（主要成分为聚醚与重芳烃）注入点为生产分离器入口，其传统推荐注入浓度为150 ppm。在前期调研中发现，毗邻的WHPG平台在提液及新储层动用后，产液物性已发生变化，油包水（W/O）型乳化液比例显著增加。机理分析表明，BH-29对水包油（O/W）型乳化液破乳效果显著，但对W/O型乳化液作用有限[2]。关键发现是：在处理高比例W/O型乳化液时，过量（高于实际需求）的BH-29不仅无法被有效消耗，其残余部分会进入水相，与后续投加的水相清水剂(BHQ-133)发生相互作用，严重干扰絮凝和油水分离过程，反而导致水处理效果恶化。因此，理论推测降低BH-29的注入浓度，可能减少其在后续流程中的负面影响，从而提升整体系统处理效能。
3.2.2 实验室小试验证
为验证上述推测，项目组首先在实验室内开展了BH-29减量小试。利用现场产液样品，对比了不同BH-29加药浓度下的油水分离效果。实验结果证实，在一定范围内降低BH-29的注入量，不仅未影响原油脱水，反而使水相更为清澈。该结果从实验层面支撑了降低破乳剂浓度的可行性。
3.2.3 现场梯度试验与优化
在实验室验证的基础上，于CEPK平台开展了周密、审慎的现场梯度试验。试验严格控制单变量，即将破乳剂BH-29的注入量从原运行的164 mL/min为起点，以10-20 mL/min为步长，逐步阶梯式下调。每次调整后，均对斜板除油器入口、各级出口（斜板出口、气浮选出口、生产水缓冲罐、注水缓冲罐）的水质进行加密监测，核心跟踪指标为水中含油量(OIW)、悬浮物含量及粒径中值。
试验数据清晰显示了下调过程中的水质变化趋势：随着BH-29注入量从164 mL/min逐步降至40-60 mL/min，斜板除油器入口的含油量呈现显著下降趋势。例如，当注入量降至40-60 mL/min区间时，入口含油量较试验初期（164 mL/min时）的平均值大幅降低。更重要的是，下游关键节点——注水缓冲罐出口的水中含油指标，从最高16 ppm稳定下降至最低3 ppm左右，悬浮物粒径中值也从6.42 μm降至2.15 μm，水质得到全面改善。
3.2.4 优化结果
通过为期数日的连续梯度试验与稳定性观察，最终确定将CEPK平台破乳剂BH-29的注入量优化维持在40-60 mL/min的区间。此次优化实现了破乳剂用量减少约66% 的惊人成效。优化后，斜板除油器入口平均含油下降40.6%，系统整体水处理能力不降反升，完美实现了“降低药耗”与“提升水质”的双重目标。
3.3 基于清水剂(BHQ-08/133)的加注顺序与浓度协同优化
3.3.1 机理分析与思路创新
本项目对清水剂体系的优化超越了单纯的浓度调整，开创性地引入了“加注顺序”这一关键变量。原加注方案为：油相清水剂BHQ-08（聚丙烯酰胺类絮凝剂）加注于生产分离器入口，水相清水剂BHQ-133（阳离子型聚合物）加注于斜板除油器入口。分析两者机理，BHQ-133主要通过电荷中和、聚结作用使微小油滴变大；而BHQ-08主要通过架桥、絮凝作用形成更大絮团以便分离。逻辑上，应先进行“聚结”再进行“絮凝”[3]。然而，原方案将具有“絮凝”功能的BHQ-08置于前段，而将负责“聚结”的BHQ-133置于后段，可能存在流程逻辑上的倒置。项目组据此提出大胆假设：将BHQ-133的加注点大幅前移（至海管或生产分离器入口），使其优先发挥聚结作用，从而可能大幅减少甚至优化后续BHQ-08的必需用量。
3.3.2 实验室验证
为验证该创新思路，项目组设计了严谨的实验室对比试验。试验设置了多组对比，核心发现：当加注顺序为“先加BHQ-133，再加BHQ-08和破乳剂”时，分离器出口水样中的含油量显著低于传统“先加BHQ-08，再加破乳剂和BHQ-133”的顺序。在同等破乳剂背景下，仅使用BHQ-133而不用BHQ-08，甚至取得了优于二者联用（原顺序）的效果。该实验确凿证明，改变加注顺序能极大提升水相处理效率，且BHQ-08在CEPK分离器段的实际作用可能被高估，这为现场大幅减量提供了直接依据。
3.3.3 现场实施与优化
现场实施分为三个逻辑清晰的步骤，确保过程平稳可控：
1. 第一步：前移BHQ-133加注点。 首先在WHPG平台至CEPI平台的海管处提前加注BHQ-133（初始120 mL/min），此时保持CEPK平台原有BHQ-08和BHQ-133注入量不变。监测发现，下游CEPK斜板入口含油量未恶化，系统运行稳定，证明了前移加注点的安全性。
2. 第二步：梯度降低BHQ-08浓度。 在BHQ-133已前置发挥聚结作用的基础上，开始大幅削减CEPK平台BHQ-08的注入量。其注入量从原始的1109 mL/min开始，以100 mL/min左右的梯度逐步下降至200 mL/min。在此过程中，斜板入口含油、生产水缓冲罐及注水缓冲罐出口含油等关键指标均保持稳定，未见因BHQ-08锐减而导致的系统水质波动。当BHQ-08降至500 mL/min时，生产分离器看窗内油水界面反而变得更为清晰，证实了优化促进了油水分离。
3. 第三步：协同优化BHQ-133配置。 在BHQ-08大幅减量后，对BHQ-133的注入量进行整体优化。将海管注入量从120 mL/min降至30 mL/min，同时将CEPK平台斜板处的BHQ-133注入量从140 mL/min降至100 mL/min，找到了新的、更经济的药剂平衡点。
3.3.4 优化结果
通过上述系统性的优化，最终确立了全新的清水剂加注模式：在混输海管提前注入30 mL/min的BHQ-133，在CEPK平台生产分离器入口注入200 mL/min的BHQ-08，在斜板除油器入口注入100 mL/min的BHQ-133。此方案使得油相清水剂(BHQ-08)用量减少66.4%，水相清水剂(BHQ-133)总用量也减少7.1%。优化后，斜板除油器入口平均含油量较优化前降低约30%，且分离器油水界面更加清晰，实现了“减药”与“提质”的协同增效。
4. 优化效果与经济效益综合分析
经过为期数月的系统性优化与现场实践，CEPI/K平台的化学药剂减量攻关取得了远超预期的显著成效。优化不仅体现在药剂用量的直接减少，更带来了全流程水处理效果的全面提升，实现了真正意义上的“提质增效”。
4.1 系统处理效果提升
药剂优化对生产水处理系统产生了积极而深远的影响。最直观的成效体现在核心水质指标的显著改善上。通过对优化前后关键节点水质的长期跟踪与分析，得出以下结论：
斜板除油器负荷大幅减轻：作为水处理系统的关键入口，斜板除油器入口水中平均含油值由优化前的约4400 ppm 降至优化后的约2100 ppm，下降幅度达52.3%。
最终注水水质全面强化：注水水中含油量由10 ppm 稳定下降至3 ppm以下；悬浮物含量由15 mg/L 下降至3 mg/L；悬浮物粒径中值由6.42 μm 显著下降至2.32 μm。
全流程水质与生产稳定：生产水缓冲罐、核桃壳过滤器等各级设备出口水质同步好转。尤为重要的是，在整个药剂优化调整期间，下游“世纪号”FPSO（浮式生产储卸油装置）的接收流程运行平稳，其电脱水器出口原油含水率稳定在0.6%的优质水平，充分证明药剂减量优化未对原油处理系统产生任何负面影响，实现了全系统的协同稳定。
4.2 经济效益分析
本次专项攻关最直接的成果是产生了巨大的经济效益。通过对破乳剂、清水剂的系统优化，在2023年7月至2024年1月的实践周期内，累计实现了显著的成本与物耗节约。
本次优化累计节约费用816.3万元，节约药剂909.6吨。
4.3 潜在综合效益
除了直接的经济收益，药剂减量还带来了多方面的附加效益，提升了油田运营的整体效能与可持续性：降低系统处理负荷、延长关键材料寿命、减少运维操作与费用、优化平台空间与安全。
综上所述，本次化学药剂减量实践通过技术革新，成功将“降本”与“提质”这对传统矛盾转化为协同共赢的关系，为渤海同类油田的精细化、科学化生产管理提供了具有高度可操作性的成功范本。
5. 结论
本研究以渤海某油田CEPI/K中心处理平台为对象，针对开发中后期提液增产导致的化学药剂成本攀升与系统处理需求之间的突出矛盾，开展了一场系统的生产流程化学药剂注入优化与减量实践，并取得以下核心结论：
1. 成功实现了“提质”与“降本”的双重目标：通过系统性攻关，在显著降低破乳剂、清水剂、浮选剂及杀菌剂用量的同时，全流程水处理效果得到全面改善。斜板除油器入口平均含油下降52.3%，最终注水水质关键指标（含油、悬浮物、粒径中值）均显著优化，下游原油处理系统运行平稳，彻底扭转了“加药越多效果越好”的传统思维定式。
2. 验证了基于动态物性进行精细化药剂管理的技术路径：本研究证实，油田开发中后期产液物性（如W/O型乳化液比例增加）的变化，是导致原有固定加药方案“失效”或“反效”的根本原因。通过“机理分析-实验室验证-现场梯度试验”的科学方法，能够精准识别优化潜力，突破经验束缚，找到适应新工况的最优药剂注入参数（浓度与位置）。
3. 形成了可复制、可推广的优化模式：以破乳剂“降低浓度”和清水剂“改变加注顺序”为代表的优化策略，不仅在本平台取得巨大成功，其背后尊重科学机理、强调循序渐进验证的核心思路，为面临类似成本与水质压力的海上油田提供了整套行之有效的解决方案与宝贵经验。
参考文献
[1] 王小美， 张伟， 李磊. 海上油田开发中后期生产系统结垢趋势与化学控制技术优化[J]. 中国海上油气， 2022, 34(4): 156-163.
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[3] 周明， 赵建国. 破乳剂对W/O型乳化液破乳机理及效果影响因素研究[J]. 油田化学， 2020, 37(1): 112-117.
[4] 刘芳， 陈昊. 阳离子清水剂与聚合物絮凝剂在含油污水处理中的协同与拮抗效应[J]. 工业水处理， 2019, 39(8): 45-49.
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