鄭繼龍，吳彬彬，左清泉

1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452；2.海洋石油高效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300452

J 油田位于渤海遼東灣北部海域，油層組分布以縱向?yàn)橹?，滲透率差異較大，非均質(zhì)嚴(yán)重。油田初期開(kāi)采方式為注水開(kāi)發(fā)，水驅(qū)采收率僅為13%左右。2008年，8 口注水井轉(zhuǎn)為聚合物驅(qū)油，為了強(qiáng)化聚合物驅(qū)油效果，8 口聚合物驅(qū)油注入井陸續(xù)轉(zhuǎn)為二元復(fù)合驅(qū)注入井，形成8 注33 采規(guī)模。截至2018年12月，二元復(fù)合驅(qū)見(jiàn)效井22 口，累計(jì)增油1.028×106m3，顯著提高了油田的開(kāi)發(fā)效率。然而，在聚合物驅(qū)油實(shí)施過(guò)程中，聚合物溶液中存在大量氣泡，導(dǎo)致注入壓力偏高、聚合物降解、地面設(shè)備管道和地下管柱腐蝕等問(wèn)題。因此，有必要開(kāi)展J 油田聚合物驅(qū)油配液除氣技術(shù)研究，以滿(mǎn)足海上油田聚合物驅(qū)油礦場(chǎng)實(shí)施需求，保障聚合物驅(qū)油實(shí)施效果。

1 J油田聚合物驅(qū)油配液生泡原因及解決方法

J油田聚合物驅(qū)油配注工藝流程如圖1所示。通過(guò)流程分析，整個(gè)配液以及注入過(guò)程中可形成氣泡的位置主要集中在溶解罐和熟化罐中，先后多次對(duì)溶解罐和熟化罐中的聚合物母液取樣觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)聚合物溶液存在如下特點(diǎn)：其一，母液樣品中含有大量肉眼可見(jiàn)的氣泡；其二，單純通過(guò)延長(zhǎng)熟化時(shí)間，氣泡分離時(shí)間超過(guò)10 h，且僅有少部分氣泡分離；其三，母液取樣檢測(cè)氣泡O2含量高達(dá)10 mg/L，O2含量嚴(yán)重超標(biāo)（現(xiàn)場(chǎng)回注水控制指標(biāo)中溶解氧含量應(yīng)小于0.1 mg/L）。

圖1 聚合物驅(qū)油配注工藝流程

通過(guò)梳理配注工藝流程，分析氣體引入點(diǎn)，認(rèn)為氣泡主要是在聚合物干粉與水混合時(shí)形成，高壓注入泵前與空氣連通的節(jié)點(diǎn)主要為聚合物干粉上料系統(tǒng)，該系統(tǒng)以鼓風(fēng)機(jī)空氣為氣源，干粉、空氣、低壓水快速攪拌混合溶解的過(guò)程會(huì)包裹空氣形成含氣泡的聚合物母液（質(zhì)量濃度為6 000 mg/L，黏度約為3 000 mPa·s）。由于聚合物母液黏度較高，氣泡上浮較慢，熟化過(guò)程中無(wú)法完全分離，從而隨著聚合物溶液進(jìn)入后續(xù)注入環(huán)節(jié)和地層。

通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研［1-2］，大慶油田采油三廠(chǎng)在聚合物驅(qū)油現(xiàn)場(chǎng)配注聚合物母液過(guò)程中也同樣出現(xiàn)過(guò)母液起泡的問(wèn)題，文獻(xiàn)中重點(diǎn)分析了熟化罐進(jìn)藥位置高進(jìn)低出造成母液的二次生泡，并提出通過(guò)熟化罐改造可有效改善此問(wèn)題，建議在熟化罐進(jìn)液管出口設(shè)置導(dǎo)流槽，使母液沿著管壁螺旋流入管內(nèi)，既可降低母液的流動(dòng)速度，又可改變流體與液面的接觸角度，從而可以避免大量的氣泡產(chǎn)生，大幅度消減氣泡對(duì)后續(xù)流程的影響。

從技術(shù)實(shí)現(xiàn)程度和成本等角度考慮［3-4］，完全隔絕空氣或無(wú)氣體輸送的聚合物配制裝備很難實(shí)現(xiàn)。再加上海上油田聚合物驅(qū)油現(xiàn)場(chǎng)使用的母液濃度、熟化時(shí)間、配制方式等均屬于工藝方案優(yōu)化后的結(jié)果［5-7］，所以本研究嘗試在聚合物母液配制環(huán)節(jié)，通過(guò)注入化學(xué)藥劑，消耗掉氣泡和溶液中的O2，從而避免聚合物溶液的降解和管道、管柱腐蝕的危害。

2 除氧劑室內(nèi)篩選評(píng)價(jià)

2.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

2.1.1 主要實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用水，J 油田平臺(tái)配聚水；聚合物，工業(yè)品，固含量≥90%，四川光亞聚合物化工有限公司；除氧劑（CQ-1、CQ-2、CQ-3、CQ-4、CQ-5），工業(yè)品，江陰華東水處理有限公司；除氧劑（BHJ3-N），工業(yè)品，濟(jì)南雅歌新材料科技有限公司。

2.1.2 主要實(shí)驗(yàn)儀器

電子天平，德國(guó)賽多利斯集團(tuán)；恒溫水浴槽，優(yōu)萊博技術(shù)（北京）有限公司；多點(diǎn)磁力攪拌器，美國(guó)Variomag 公司；旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，美國(guó)Brookfield 公司；電熱恒溫箱，德國(guó)Binder 公司；DO-HX-12 型測(cè)氧管，上海才韻貿(mào)易有限公司。

2.2 除氧劑材料優(yōu)選

在溫度50 ℃、攪拌速度300 r/min 條件下，按照下列要求使用J 油田平臺(tái)配聚水分別配制質(zhì)量濃度為6 000 mg/L的聚合物母液樣品。①空白樣；②配液時(shí)分別加入300 mg/L 的除氧劑CQ-1、CQ-2、CQ-3、CQ-4、CQ-5 以及BHJ3-N。將聚合物充分?jǐn)嚢枞芙夂?，于恒溫箱中靜置1 h，參照文獻(xiàn)［8］，使用測(cè)氧管測(cè)定不同樣品中的氧含量，同時(shí)觀(guān)察不同樣品中氣泡的分布情況，結(jié)果見(jiàn)表1和圖2。

表1 聚合物母液樣品中氧含量測(cè)定結(jié)果

圖2 樣品靜置1 h后的狀態(tài)

由表1可知：不加除氧劑的空白樣中溶解氧含量為8～10 mg/L，說(shuō)明聚合物溶液在攪拌配制過(guò)程中，溶解氧基本達(dá)到飽和；加入除氧劑后，6個(gè)樣品中的溶解氧含量均有減少，加入除氧劑BHJ3-N的除氧效果最好，溶解氧含量低于1 mg/L。

在聚合物溶液攪拌配制過(guò)程中，7 個(gè)樣品中均出現(xiàn)大量氣泡，靜置1 h 后結(jié)果如圖2所示。由圖2可以明顯看出：空白樣中還有較多微小氣泡，分布比較均勻，而加入除氧劑的6 個(gè)樣品中氣泡含量均大幅減少，加入除氧劑CQ-1、CQ-5 和BHJ3-N 樣品中已沒(méi)有肉眼可見(jiàn)的氣泡，說(shuō)明加入除氧劑后，能夠消耗掉氣泡中約占21%的O2，可以減少聚合物溶液中氣泡的消泡時(shí)間。

綜合表1和圖2結(jié)果可知，除氧劑BHJ3-N 的除氧效果最佳，且可以大幅縮短聚合物溶液中氣泡的消泡時(shí)間。

2.3 除氧劑使用濃度優(yōu)選

2.3.1 消泡時(shí)間

在溫度50 ℃、攪拌速度300 r/min 條件下，使用J 油田平臺(tái)配聚水分別配制質(zhì)量濃度為6 000 mg/L的聚合物母液樣品若干，分別加入100、150、200、250 和300 mg/L 的除氧劑BHJ3-N［9］，充分?jǐn)嚢枞芙夂蟮谷刖呷客膊⒎庞诤銣叵渲?，觀(guān)察聚合物溶液中的氣泡分布和消泡規(guī)律，結(jié)果如圖3～4所示。

圖3 加入不同濃度除氧劑后靜置不同時(shí)間的消泡規(guī)律

由圖3可知：聚合物溶液配制完成后，溶液中含有大量分布較為均勻的氣泡，隨著恒溫靜置時(shí)間的延長(zhǎng)，溶液中的氣泡不斷上浮并消失，30 min后溶液中僅殘留少量集中在上層分布的微小氣泡。

由圖4可知：加入不同濃度除氧劑后，隨著除氧劑濃度的增加，消泡時(shí)間呈先減少后增加的規(guī)律，當(dāng)除氧劑質(zhì)量濃度為200～250 mg/L 時(shí)，消泡時(shí)間少于50 min，消泡最快速。

圖4 除氧劑濃度與消泡時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)

2.3.2 聚合物黏度及熱穩(wěn)定性

在溫度50 ℃、攪拌速度300 r/min 條件下，使用J 油田平臺(tái)配聚水分別配制質(zhì)量濃度為6 000 mg/L的聚合物母液樣品若干，分別加入不同濃度的除氧劑BHJ3-N，充分?jǐn)嚢枞芙夂?，于恒溫箱中靜置1 h，使用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定不同樣品的表觀(guān)黏度，測(cè)試完成后重新放回恒溫箱中，每隔一段時(shí)間使用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定樣品的表觀(guān)黏度，測(cè)定條件設(shè)置為溫度50 ℃、使用6.34 s-1速率剪切5 min，結(jié)果如圖5～6所示。

圖5 除氧劑濃度對(duì)聚合物溶液黏度的影響

由圖5可知：配制好的聚合物溶液靜置1 h后，不加除氧劑的聚合物溶液的黏度要比加除氧劑的稍高?？赡艿脑蚴牵河捎诓患映鮿┑木酆衔锶芤褐杏写罅康奈⑿馀?，這些微小氣泡能在一定程度上增強(qiáng)聚合物的彈性模量，使得表觀(guān)黏度有所增加；而加入不同濃度除氧劑后，聚合物溶液的黏度基本不變，說(shuō)明除氧劑對(duì)聚合物溶液黏度的影響可忽略不計(jì)。

圖6是除氧劑對(duì)聚合物溶液長(zhǎng)期熱穩(wěn)定性的影響。由圖6可知：加入除氧劑后，聚合物溶液主要受熱降解的作用，黏度不斷降低。可能的原因是：由于溶液中含有的O2會(huì)對(duì)聚合物產(chǎn)生氧化降解，恒溫放置一段時(shí)間后，聚合物溶液黏度衰減迅速，氧化降解過(guò)程主要發(fā)生在0～30 d內(nèi)，超過(guò)30 d后，O2被耗盡，聚合物氧化降解減弱，但持續(xù)的熱降解仍使得聚合物溶液黏度不斷降低。

圖6 除氧劑對(duì)聚合物溶液長(zhǎng)期熱穩(wěn)定性的影響

2.3.3 除氧效果

在溫度50 ℃、攪拌速度300 r/min 條件下，使用J 油田平臺(tái)配聚水分別配制質(zhì)量濃度為6 000 mg/L的聚合物母液樣品若干，分別加入不同濃度的除氧劑BHJ3-N，充分?jǐn)嚢枞芙夂?，于恒溫箱中靜置1 h，使用測(cè)氧管測(cè)定不同樣品中的氧含量，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同濃度除氧劑對(duì)聚合物母液樣品中氧含量的影響

由表2可知：當(dāng)除氧劑濃度大于150 mg/L時(shí)，聚合物溶液中氧含量均低于1 mg/L。

綜合以上室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在聚合物母液配制過(guò)程中，為達(dá)到最佳的除氧效果，優(yōu)選除氧劑BHJ3-N，其最佳使用質(zhì)量濃度為200～250 mg/L。

2.4 除氧劑對(duì)產(chǎn)出液的影響

使用J 油田聚合物驅(qū)油受益井產(chǎn)出液，分別配制水油體積比為1∶9、5∶5、8∶2 和9∶1 的油水樣50 mL，再分別加入1 mL 質(zhì)量濃度為250 mg/L 的除氧劑BHJ3-N，充分振蕩混合油水樣，然后放入50 ℃恒溫箱中，觀(guān)察油水界面變化情況，結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知：油水樣停止振蕩后，油水便快速分離，油水界面清晰，油水比例與配制比例基本一致，說(shuō)明除氧劑BHJ3-N不會(huì)對(duì)油水樣分離產(chǎn)生影響。

圖7 除氧劑對(duì)產(chǎn)出液油水分離的影響

3 礦場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方案概述

考慮到現(xiàn)場(chǎng)注入工藝流程中，氣泡主要在溶解罐中產(chǎn)生，然后沿著流程進(jìn)入熟化罐，選定加藥位置為溶解罐之前以及溶解罐與熟化罐之間。使用藥劑注入泵恒速加藥，藥劑使用質(zhì)量濃度為250 mg/L，加藥速度為7 L/h。為了對(duì)加藥后除氧效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中準(zhǔn)確記錄各個(gè)井口的注入壓力和注入量，取樣測(cè)定加藥前后聚合物溶液的含氧量、消泡時(shí)間等參數(shù)。

3.2 效果分析

3.2.1 除氧效果

表3是加藥后井口取樣樣品中含氧量隨時(shí)間的變化。由表3可知：未加藥時(shí)，井口取樣樣品中氧氣含量為5 mg/L，加藥12 h 后，含氧量降低至1 mg/L，隨著除氧劑的持續(xù)加入，含氧量小于1 mg/L。

表3 加藥后井口取樣樣品中含氧量變化

圖8是現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)井口取樣測(cè)定的聚合物溶液中溶解氧含量計(jì)算的除氧率變化規(guī)律。由圖8可知：注入工藝流程中加入除氧劑后，除氧率高達(dá)91%，后期加藥穩(wěn)定后，除氧率穩(wěn)定在95%，說(shuō)明除氧劑BHJ3-N 在J 油田現(xiàn)場(chǎng)注入工藝流程中可有效除去絕大部分O2。

圖8 試驗(yàn)期間井口聚合物溶液除氧率變化規(guī)律

3.2.2 降壓增注效果

選取J 油田注入井連續(xù)5～10 d 的注入壓力和日注入量計(jì)算平均壓力和平均日注入量，對(duì)比除氧試驗(yàn)前后J 油田注入井降壓增注效果，結(jié)果如圖9所示。由圖9可知：注入除氧劑后，超過(guò)一半的注入井壓力有所降低，平均壓力降低0.26 MPa，其中W7-3Ⅲ井注入壓力下降0.82 MPa，降壓幅度最大。試驗(yàn)期間，注入井平均日增注4.02 m3，其中W4-4Ⅰ最高日增注達(dá)到40 m3。從所有試驗(yàn)井注入情況來(lái)看，整體降壓增注效果較好。

圖9 除氧試驗(yàn)開(kāi)始前后J油田注入井降壓增注效果

除氧試驗(yàn)結(jié)束后，再次選取J 油田注入井連續(xù)5～10 d 的注入壓力和日注入量并計(jì)算平均值，對(duì)比除氧試驗(yàn)結(jié)束前后J 油田注入井降壓增注效果，結(jié)果如圖10所示。由圖10可知：停止注入除氧劑后，聚合物溶液配制時(shí)又會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，進(jìn)入地層時(shí)形成“賈敏效應(yīng)”，導(dǎo)致平均注入壓力升高，平均升高幅度為0.16 MPa，其中，W4-2Ⅲ井壓力升高0.66 MPa，增壓幅度最大。停止注入除氧劑后，日平均注入量降低2.25 m3，其中，W8-4Ⅰ注入量減少11.6 m3。

圖10 除氧試驗(yàn)結(jié)束前后J油田注入井降壓增注效果

綜上，從除氧試驗(yàn)前后注入井平均壓力和平均日注入量變化來(lái)看，除氧劑縮短聚合物溶液中氣泡的消泡時(shí)間后，一定程度上降低了注入壓力，增加了日注入量，保障了聚合物驅(qū)油實(shí)施效果。

4 結(jié)論

1）通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)篩選出適合J 油田聚合物驅(qū)油配液除氣的處理藥劑除氧劑BHJ3-N，最佳使用質(zhì)量濃度為200～250 mg/L。

2）J 油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果表明，除氧劑BHJ3-N可有效除去配液中的O2，縮短消泡時(shí)間，間接表現(xiàn)出一定的降壓增注效果。

3）聚合物驅(qū)油配液除氧技術(shù)可以改善聚合物驅(qū)油礦場(chǎng)實(shí)施效果，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。