關(guān)大毅

(中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤(pán)錦 124010)

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超稠油采出液預(yù)脫水劑PDB-II研制與應(yīng)用

關(guān)大毅

(中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤(pán)錦 124010)

以遼河油田杜84塊館陶油層SAGD采出液為研究對(duì)象，研制出一種具有較強(qiáng)適用性的預(yù)脫水劑PDB-II。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)顯示該預(yù)脫水劑具有良好的油水分離效果，與破乳劑有良好的協(xié)同效應(yīng)，在溫度為150～160 ℃、加入量為300 mg/L、作用時(shí)間為3 h的條件下，可使處理后的采出液凈化油含水達(dá)到低于20%、污水含油低于5 000 mg/L的預(yù)期效果。預(yù)脫水劑PDB-II已成功應(yīng)用于SAGD中試試驗(yàn)站，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用該預(yù)脫水劑試驗(yàn)結(jié)果表明，在與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)溫度、加入量、作用時(shí)間同等條件下可使凈化油含水低于10%，污水含油低于5 000 mg/L，可滿足生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求。該預(yù)脫水劑的研制成功填補(bǔ)了該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)空白，對(duì)SAGD技術(shù)的大規(guī)模推廣具有極其重要的意義。

超稠油采出液；預(yù)脫水劑；油水分離；SAGD中試試驗(yàn)站；杜84塊

0 引 言

SAGD技術(shù)是一種提高采收率的有效方法，自曙一區(qū)杜84塊館陶油層開(kāi)展先導(dǎo)試驗(yàn)以來(lái)，對(duì)該技術(shù)的研究和應(yīng)用已經(jīng)取得了很大進(jìn)步[1-2]。SAGD開(kāi)采方式使原油采出液呈高溫高壓狀態(tài)(溫度一般為150～180 ℃，壓力約為1.3 MPa)，館陶油層膠質(zhì)及瀝青質(zhì)含量高，且攜帶大量的泥沙等懸浮物，使采出液乳化程度復(fù)雜，乳化液十分穩(wěn)定[3-4]。因此，館陶油層SAGD采出液油水分離處理技術(shù)已成為制約曙一區(qū)SAGD產(chǎn)能的主要瓶頸。館陶油層SAGD采出液高溫、高含水及嚴(yán)重的多重乳化已使破乳劑無(wú)法直接破乳 。為充分利用熱能，開(kāi)發(fā)出耐高溫預(yù)脫水劑，實(shí)施預(yù)脫水工藝來(lái)保證館陶油層SAGD原油脫水達(dá)到最佳效果，對(duì)推進(jìn)SAGD技術(shù)在油田現(xiàn)場(chǎng)的規(guī)模化應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 館陶油層SAGD采出液預(yù)脫水劑PDB-II技術(shù)原理及實(shí)驗(yàn)

1.1 技術(shù)原理

杜84塊館陶油層SAGD采出液的復(fù)雜性決定了適用的預(yù)脫水劑應(yīng)具備3個(gè)突出的特點(diǎn)：具有與采出液相適應(yīng)的分子結(jié)構(gòu)及官能團(tuán)、較高的離子化度以及適宜的分子質(zhì)量。

目前原油采出液預(yù)脫水劑普遍應(yīng)用陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，合成方式包括共聚法和改性法。由于離子基團(tuán)之間的相互排斥效應(yīng)及離子活性低，共聚法不易得到高離子化度的聚合物。改性法是運(yùn)用曼尼希反應(yīng)改性非離子聚丙烯酰胺，即先使聚丙烯酰胺胺甲基化，再與季胺化劑反應(yīng)得到聚丙烯酰胺的季胺鹽。改性法可克服共聚法的不足，但產(chǎn)品分子結(jié)構(gòu)單一，所含官能團(tuán)有限[5-6]。在此基礎(chǔ)上，利用共聚法合成出具有特定分子質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，通過(guò)改性提高該陽(yáng)離子共聚物的離子化度，從而得到具有與采出液相適應(yīng)的分子結(jié)構(gòu)及官能團(tuán)、較高的離子化度、適宜分子質(zhì)量的預(yù)脫水劑。

1.2 預(yù)脫水劑的制備

1.2.1 預(yù)脫水劑的制備方法

在1 L合成釜中按不同配比加入一定量的去離子水、多烷基烯丙基季胺鹽、丙烯酰胺單體、二甲胺，用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)釜中的空氣后，加入一定量引發(fā)劑A、B，攪拌均勻，在一定溫度下進(jìn)行聚合反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，即得膠體型陽(yáng)離子聚合物中間體，通過(guò)測(cè)定其特性黏度[η]，來(lái)衡量聚合物分子質(zhì)量的大小。之后在帶攪拌的反應(yīng)器中按比例加入一定量的陽(yáng)離子共聚物、甲醛溶液，在40～50 ℃溫度下反應(yīng)2 h后加入四乙烯五胺溶液，在65～70 ℃溫度下反應(yīng)3 h，之后降溫至25 ℃以下，滴加定量季胺化劑，滴加完畢反應(yīng)2 h即得PDB-II系列膠體產(chǎn)品。將膠體型聚合物經(jīng)干燥、切碎等工藝過(guò)程可得到干粉型產(chǎn)品。預(yù)脫水劑的主要性能及規(guī)格見(jiàn)表1。

表1 預(yù)脫水劑主要性能及規(guī)格

1.2.2 聚合工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品分子質(zhì)量的影響

在聚合過(guò)程中，引發(fā)劑的種類(lèi)和用量、單體濃度、反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物的分子質(zhì)量均有影響[7]。而分子質(zhì)量大小對(duì)產(chǎn)品的性能影響很大，因此分子質(zhì)量是衡量產(chǎn)品性能的一個(gè)重要參數(shù)。

復(fù)合引發(fā)體系產(chǎn)物有較大的特性黏度值，而單一的引發(fā)劑體系產(chǎn)物特性黏度值較低。隨著引發(fā)劑用量的增大，產(chǎn)物的特性黏度值下降，即分子質(zhì)量下降；增加單體濃度，可提高產(chǎn)品的分子質(zhì)量。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，濃度太高易產(chǎn)生交聯(lián)，從而使產(chǎn)品溶解性下降，影響應(yīng)用；聚合反應(yīng)溫度是影響產(chǎn)品性能的重要因素，產(chǎn)物特性黏度受溫度影響很大，隨著溫度升高，產(chǎn)品特性黏度呈線性下降。但聚合溫度太低，反應(yīng)速度太慢，生產(chǎn)周期太長(zhǎng)。

1.3 預(yù)脫水劑PDB-II對(duì)SAGD超稠油采出液的高溫適用性實(shí)驗(yàn)

1.3.1 主要儀器及藥品

實(shí)驗(yàn)儀器選用山東鄄城新華電熱儀器廠生產(chǎn)的DXGT-1型高溫脫水儀。參比藥劑選用中國(guó)石油遼河工程有限公司道博爾石油新技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn)的預(yù)脫水劑，PDB-I對(duì)常溫特稠油、超稠油采出液具有普遍適用性。

1.3.2 實(shí)驗(yàn)方法

將取自現(xiàn)場(chǎng)匯管的館陶油層SAGD超稠油采出液(館平11、12已轉(zhuǎn)SAGD開(kāi)發(fā)見(jiàn)效井組采出液及3號(hào)計(jì)量接轉(zhuǎn)站綜合采出液)分別裝入2臺(tái)實(shí)驗(yàn)儀器中攪拌升溫至150、160 ℃，再用氮?dú)鈮喝攵縋DB-I和PDB-II，恒溫?cái)嚢? min后停止攪拌，恒溫靜置1、2、3 h，分別從儀器下部取凈化油檢測(cè)水含量。

1.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)用采出液樣品為O/W型乳狀液，綜合含水為78%～84%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2、3。

表2 不同藥劑150℃條件下對(duì)SAGD超稠油污水作用效果

表3 不同藥劑160℃條件下對(duì)SAGD超稠油污水作用效果

由表2、3 可知，在高溫處理?xiàng)l件下，PDB-II對(duì)所取館陶油SAGD超稠油采出液的預(yù)脫水效果顯著，明顯優(yōu)于PDB-I的預(yù)脫水效果。該現(xiàn)象是由于在高溫條件下采出液中的粒子布朗運(yùn)動(dòng)加劇增加了粒子聚結(jié)的難度，同時(shí)，在高溫條件下PDB-I分子鏈部分?jǐn)嗔褜?dǎo)致PDB-I理化性能改變?？梢?jiàn)，應(yīng)用PDB-II經(jīng)預(yù)脫水實(shí)驗(yàn)，在沉降時(shí)間低于3 h、脫水溫度為150～160 ℃、加藥量為300 mg/L的條件下，可使處理后的杜84塊館陶油采出液凈化油含水低于10%，效果明顯優(yōu)于正常生產(chǎn)所要求的凈化油含水低于20%的指標(biāo)。

1.4 預(yù)脫水劑PDB-II與破乳劑的配伍性

O/W型破乳劑(又稱(chēng)反相破乳劑)與W/O型破乳劑的作用機(jī)理完全不同，兩者很難配伍。許多性能優(yōu)良的反相破乳劑因應(yīng)用后嚴(yán)重影響了后段破乳劑的脫水性能而遭淘汰。因此，在評(píng)價(jià)一種預(yù)脫水劑時(shí)，要評(píng)價(jià)其油水分離能力，同時(shí)還要評(píng)價(jià)其與破乳劑的配伍性。表4列出了不同破乳劑與該預(yù)脫水劑的配伍脫水效果。試樣取自：杜84館陶油層SAGD中試試驗(yàn)站進(jìn)站采出液；試樣含水為45% ，試樣量為100 mL，脫水溫度為160 ℃。

表4 不同破乳劑與預(yù)脫水劑PDB-II的配伍性

預(yù)脫水劑PDB-II與破乳劑有良好的配伍性。

1.5 中試放樣

預(yù)脫水劑PDB-II的配方是在室內(nèi)合成樣品，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采出液進(jìn)行破乳、凈水實(shí)驗(yàn)及與破乳劑復(fù)配脫水實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上優(yōu)選而確定的。按照PDB-II的合成條件及原料配比，中試放樣共計(jì)生產(chǎn)12 t產(chǎn)品，中試產(chǎn)品性能指標(biāo)見(jiàn)表5。

表5 中試產(chǎn)品性能指標(biāo)

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

2.1 現(xiàn)場(chǎng)概況

2014年7月上旬，將高溫預(yù)脫水劑應(yīng)用于杜84塊館陶油層SAGD超稠油產(chǎn)出液高溫脫水工藝中試試驗(yàn)站。以館平11、12井已轉(zhuǎn)SAGD開(kāi)發(fā)見(jiàn)效井組采出液及3號(hào)計(jì)量接轉(zhuǎn)站綜合采出液為處理研究對(duì)象，生產(chǎn)設(shè)計(jì)預(yù)脫水工藝參數(shù)為：在預(yù)脫水溫度為150～160 ℃、系統(tǒng)操作壓力為0.95～1.05 MPa、預(yù)脫水劑加入量為300 mg/L、作用時(shí)間為3 h的條件下使處理后的采出液凈化油含水低于20%，污水含油低于5 000 mg/L，污水中懸浮物含量無(wú)要求。

該中試試驗(yàn)站超稠油采出液綜合含水為78%～84%，進(jìn)站溫度為140～160 ℃，經(jīng)一段換熱器換熱達(dá)到150～160 ℃后加入預(yù)脫水劑進(jìn)入一段分離器進(jìn)行預(yù)脫水，經(jīng)預(yù)脫水工序處理后的原油及污水進(jìn)入后續(xù)工序處理。中試試驗(yàn)站工藝設(shè)計(jì)規(guī)模為480 m3/d(液量)，設(shè)計(jì)預(yù)脫水劑加藥量為300 mg/L，一段分離器為預(yù)脫水器。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

中試試驗(yàn)自2014年7月5日開(kāi)始至2014年7月15日結(jié)束，歷時(shí)11 d。試驗(yàn)期間嚴(yán)格按生產(chǎn)設(shè)計(jì)的預(yù)脫水溫度、系統(tǒng)操作壓力、預(yù)脫水劑加入量及預(yù)脫水劑作用時(shí)間運(yùn)行。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表6 SAGD超稠油采出液預(yù)脫水劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果

2.3 現(xiàn)場(chǎng)中試效果分析

由表6可知，試驗(yàn)期間進(jìn)站采出液含水率為78%～84%，預(yù)脫水后凈化油含水率可達(dá)到1.7%～9.0%，脫出污水含油2 326～4 568 mg/L，在預(yù)脫水溫度為150～160 ℃、預(yù)脫水劑加入量為300 mg/L的條件下，館陶油層SAGD超稠油采出液經(jīng)一段預(yù)脫水工藝，預(yù)脫水后凈化油含水率可達(dá)到10%以下，脫出污水含油低于5 000 mg/L。表明預(yù)脫水劑PDB-II在高溫條件下具有良好的熱穩(wěn)定性和油水分離性能 。這是由于特殊的制備方法賦予預(yù)脫水劑PDB-II特定的分子結(jié)構(gòu)，使其具有較高的耐溫能力，而較高的離子度、適宜的分子質(zhì)量及官能團(tuán)使其具備了良好的油水分離性能；在設(shè)計(jì)的預(yù)脫水工藝參數(shù)下，能夠滿足脫水后凈化油含水率低于20%的生產(chǎn)要求，中試試驗(yàn)結(jié)果與室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合。

3 結(jié) 論

(1) 針對(duì)曙一區(qū)杜84塊館陶油層SAGD超稠油高溫采出液特征，研制了具有良好熱穩(wěn)定性的耐高溫預(yù)脫水劑PDB-II。PDB-II對(duì)該采出液具有良好的油水分離性能，與破乳劑具有良好的配伍性。

(2) 預(yù)脫水劑PDB-II現(xiàn)場(chǎng)使用效果顯著，在預(yù)脫水溫度為150～160 ℃、加藥量為300 mg/L、作用時(shí)間為3 h的現(xiàn)場(chǎng)條件下，可使處理后的采出液凈化油含水低于10%，污水含油低于5 000 mg/L。

(3) 耐高溫預(yù)脫水劑PDB-II的研制成功填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域空白，對(duì)曙一區(qū)杜84塊館陶油層SAGD技術(shù)的大規(guī)模推廣具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[1] 李豪浩，畢雯雯.中深層特超稠油HDCS強(qiáng)化采油技術(shù)研究[J].特種油氣藏，2013，20(2)：87-89.

[2] 李玉君，任芳祥.超稠油水平井雙管柱開(kāi)采技術(shù)[J].特種油氣藏，2013，20(1)：126-128.

[3] 蘇鑫勇.稠油污水回用鍋爐的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)[J].特種油氣藏，2007，14(增刊1)：242-244.

[4] 李新學(xué)，林瑞森.油水界面行為對(duì)原油乳狀液破乳的影響[J].日用化學(xué)工業(yè)，2001，31(6)：14-15.

[5] 趙華章，高寶玉，岳欽艷.二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC)聚合物的研究進(jìn)展[J].工業(yè)水處理，1999，19(6)：22-25.

[6] 張躍軍，顧學(xué)芳.二甲基二烯丙基氯化銨與丙烯酰胺共聚物的研究進(jìn)展[J].精細(xì)化工，2002，19(9)：17-20.

[7] 劉瑛，張躍軍，邢云杰.陽(yáng)離子絮凝劑PDA引發(fā)體系的研究[J].化工時(shí)刊，2004，18(3)：23-25.

編輯 王 昱

20150724；改回日期：20150928

中國(guó)石油天然氣股份有限公司重大科技專(zhuān)項(xiàng)“遼河油田原油千萬(wàn)噸持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究”子課題“地面工程配套關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”(2012E-3009)

關(guān)大毅(1971-)，男，工程師，1994年畢業(yè)于浙江大學(xué)化工系化工工藝專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事油田化學(xué)助劑的科研及開(kāi)發(fā)工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.06.029

TE992.2

A

1006-6535(2015)06-0126-03