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        高黏油用原油消泡劑的研制與應(yīng)用

        2022-09-29 02:30:04安進(jìn)吳超袁海兵歐陽(yáng)向南肖超國(guó)
        遼寧化工 2022年9期
        關(guān)鍵詞:消泡消泡劑聚醚

        安進(jìn),吳超,袁海兵,歐陽(yáng)向南,肖超國(guó)*

        (1.揚(yáng)州潤(rùn)達(dá)油田化學(xué)劑有限公司,江蘇 揚(yáng)州 225000;2.中國(guó)石油玉門油田分公司,甘肅 酒泉 735211)

        BN 油藏位于乍得國(guó)家的Bongor 盆地Baobab 油田東北部,為層狀邊水構(gòu)造-巖性油藏,目的層為PI1~PI4 砂巖組,油層厚度大、豐度高,開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)為常規(guī)稀油開(kāi)發(fā),然而方案實(shí)施過(guò)程中,靠邊水的N1-19 井、N1-18 井PI4 砂巖組試油試采出高黏油,影響油田產(chǎn)能建設(shè)[1-3]。自建立原油處理站后,高黏油用消泡劑一直使用國(guó)外的原油消泡劑,不僅價(jià)格高,還對(duì)設(shè)備防腐要求高,交付周期長(zhǎng)[4-6]。因此,需要研制出國(guó)產(chǎn)的快速消泡和抑泡型產(chǎn)品,在保障現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定生產(chǎn)同時(shí),降低生產(chǎn)成本[7-9]。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 材料與儀器

        1.1.1 實(shí)驗(yàn)材料

        聚硅氧烷,型號(hào)黏度500、1 000 mPa·s,安徽艾約塔硅油有限公司;改性短鏈聚醚,型號(hào)L-61和L-40,江蘇省海安石油化工廠;硅烷偶聯(lián)劑,型號(hào)KH-550 和KH-570,南京軒浩新材料科技有限公司;斯盤80 和吐溫60,江蘇省海安石油化工廠;液堿,江蘇泰楚化工有限公司。

        現(xiàn)場(chǎng)在用消泡劑(生產(chǎn)用加藥質(zhì)量濃度20 mg·L-1);綠色消泡劑AD-1、AD-2、AD-3、AD-4,分別為脂肪酸類、純硅油類、純聚醚類型、硅脂類,均為市售產(chǎn)品,其中AD-1、AD-3 均為透明液體消泡劑,AD-4 為半渾濁液體消泡劑,AD-2 為水基白色液體消泡劑;自研消泡劑RD-XPJ,為接枝改性后的油溶性聚醚硅油溶液,呈透明微黃色液體。

        實(shí)驗(yàn)用油為乍得的Bongor 盆地Baobab 油田的混合油,混合油來(lái)源于Baobab 油田2.1 期的CPF 站中未投加消泡劑的脫氣塔前端。

        1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

        小型高壓反應(yīng)罐,型號(hào)CGS299-100-40,成都鉑鑫氣體設(shè)備有限公司;振動(dòng)水浴搖床,型號(hào)PB-1400,美國(guó) Boekel 公司;恒溫水浴槽,型號(hào)HHW21.600AII,天津泰斯特儀器有限公司;移液槍,型號(hào)100~1 000、10~100 μL 各1 支,艾本德Eppendorf公司;量筒,型號(hào)500、1 000 mL 各2 支,四川蜀玻(集團(tuán))有限責(zé)任公司;燒杯,型號(hào)1 000 mL,四川蜀玻(集團(tuán))有限責(zé)任公司。

        1.2 實(shí)驗(yàn)方法

        1.2.1 量筒瓶試法

        按《原油消泡劑技術(shù)要求》(Q/SHCG 46—2012)評(píng)價(jià)消泡劑的消泡/抑泡性能。考慮到Baobab 油田2.1 期的原油黏度高,需保持在井口溫度50 ℃下,采用量筒瓶試法評(píng)選。選取新鮮的實(shí)驗(yàn)用油,保持油溫在50 ℃,量取500 mL 原油后,滴加相應(yīng)加藥質(zhì)量濃度的消泡劑,靜置數(shù)秒,記錄指定的消泡時(shí)間下的原油總體積,再次補(bǔ)加50 mg·L-1的消泡劑,記錄原油體積。另重新量取500 mL 原油,滴加相應(yīng)加藥質(zhì)量濃度的消泡劑,采用長(zhǎng)細(xì)管從量筒底部鼓泡N2,氣體流速調(diào)整為5 L·min-1,記錄指定的抑泡時(shí)間下原油的體積V,評(píng)價(jià)消泡劑的抑泡性能[10]。

        1.2.2 現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝

        單井中原油通過(guò)進(jìn)氣歧管進(jìn)入一級(jí)加熱,提高原油溫度至65 ℃后,到達(dá)三相高壓分離器(即一級(jí)分離器),在其中分離出油、氣和水。剩余部分油氣水經(jīng)加熱爐熱交換器的二級(jí)加熱后,流入脫氣塔,分離出油、氣,然后經(jīng)沉降罐36 h 沉降分離出油、水,經(jīng)處理后的原油流進(jìn)原油儲(chǔ)罐,經(jīng)檢測(cè)儲(chǔ)罐原油的含水率低于0.5%后外輸,流程見(jiàn)圖1。

        圖1 CPF 站內(nèi)原油處理工藝流程

        1.2.3 含氣原油物性

        參照標(biāo)準(zhǔn)ASTM D4007-11,測(cè)定Baobab 油田2.1 期的原油物性參數(shù):含蠟8.2%、硫化物3.5%,傾點(diǎn)33 ℃,API 密度為27.8,表觀黏度14.7 mPa·s,綜合含水15%~16%,含氣11%。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 實(shí)驗(yàn)合成

        2.1.1 實(shí)驗(yàn)原理

        在原油采出和處理過(guò)程中,溫度升高和壓力降低都會(huì)破壞原油的氣液平衡,使原油中的輕烴液體揮發(fā)成輕烴氣體。輕烴氣體受原油黏度、管道空間、流動(dòng)形態(tài)等因素的影響,很難順利逸出原油表面,在管道內(nèi)原油中形成氣泡,引起原油體積膨脹,生成泡沫[10-12]。含有大量泡沫的原油流進(jìn)Baobab 油田2.1 期的CPF 站內(nèi)管道中,在脫氣塔的前端加藥點(diǎn)處投加原油消泡劑,快速解決原油泡沫問(wèn)題?;瘜W(xué)消泡劑的作用過(guò)程主要分3 步[1-12]:降低氣液界面張力,頂替和增溶起泡物質(zhì);破壞液膜的雙電層而“拆除” 液膜;促進(jìn)液膜的排液速度,使液膜加速變薄而破滅。

        由于消泡劑的表面張力小于原油泡沫的表面張力,可在原油液膜間擴(kuò)散滲透,滲透性增大,當(dāng)與泡膜厚度相當(dāng)時(shí)即會(huì)取代原有的液膜,形成一個(gè)“水/油/水”橋梁,見(jiàn)圖2。該油橋受兩側(cè)高表面張力液體徑向牽引,不斷變薄,最終其應(yīng)力失衡起到消泡作用,在消泡過(guò)程中形成的油橋及其被拉伸的行為符合DENKOV 等提出的“架橋-拉伸”機(jī)理[13]。

        圖2 “架橋-拉伸”消泡機(jī)理

        2.1.2 合成步驟

        RD-XPJ 原油消泡劑是由揚(yáng)州潤(rùn)達(dá)油田化學(xué)劑有限公司研制,主要由聚硅氧烷(黏度500 mPa·s、黏度1 000 mPa·s)、改性短鏈聚醚(L-61、L-40)、硅烷偶聯(lián)劑KH-550、硅烷偶聯(lián)劑KH-570、表面活性劑(斯盤80、吐溫60)和液堿合成。其中,聚硅氧烷、改性短鏈聚醚、硅烷偶聯(lián)劑是主要活性成分,起到化學(xué)接枝橋接作用,對(duì)消泡和抑泡有促進(jìn)作用[14-15];表面活性劑具有一定的乳化作用[16-18],降低液相界面張力,促進(jìn)破泡過(guò)程。

        稱取8 份聚硅氧烷(V黏度500mPa·s/V黏度1000mPa·s=3/1)、15 份改性短鏈聚醚(VL-40/VL-61=1/1)、4 份硅烷偶聯(lián)劑KH-550、3 份硅烷偶聯(lián)劑KH-570,放置于實(shí)驗(yàn)用小型高壓反應(yīng)罐中,然后滴加0.5 份的全氟磺化類催化劑和1 份液堿,密閉高壓反應(yīng)罐,給罐中液體通N2除氧,排氧時(shí)間30 min,升溫至90 ℃,增壓至0.3 MPa,關(guān)閉N2閥門,密封攪拌反應(yīng)120 min后,緩慢釋放罐內(nèi)氣壓至0.1 MPa,降溫低于45 ℃后,滴加各0.5 份的斯盤80 和吐溫60 以及66 份S-1000 溶劑油,攪拌30 min,得高黏油用原油消泡劑RD-XPJ。采用紅外光譜圖分析,C—H 鍵吸收振動(dòng)峰在波數(shù)3 150 cm-1和1 450 cm-1處,Si—O—CH3鍵吸收振動(dòng)峰在波數(shù)1 050 cm-1處[19-20]。

        2.2 消泡劑性能評(píng)價(jià)

        量取實(shí)驗(yàn)用油500 mL,對(duì)消泡劑評(píng)價(jià)消泡性能,另重新取同體積的新實(shí)驗(yàn)用油(需靜置物理除泡至無(wú)原油泡沫存在)對(duì)消泡劑評(píng)價(jià)抑泡性能,重點(diǎn)評(píng)價(jià)不同加藥質(zhì)量濃度下不同消泡劑的消泡/抑泡性能,數(shù)據(jù)列于表1至表6、圖3至圖14中。

        綜上表1至5 表1和圖3至圖12中數(shù)據(jù)分析,按照消泡性能從高到低排列為:RD-XPJ、AD-4、AD-2、AD-3、AD-1;按照抑泡性能從高到低排列為:RD-XPJ、AD-4、AD-3、AD-2、AD-1。由以上結(jié)果可以得出,聚醚類消泡劑的抑泡性能優(yōu)于硅油類消泡劑,而硅油類消泡劑的消泡性能優(yōu)于聚醚類消泡劑[21-22]。

        表1 原油消泡劑AD-1 的不同加藥濃度下消泡和抑泡性能

        表2 原油消泡劑AD-2 的不同加藥濃度下消泡和抑泡性能

        表3 原油消泡劑AD-3 的不同加藥濃度下消泡和抑泡性能

        表4 原油消泡劑AD-4 的不同加藥濃度下消泡和抑泡性能

        圖3 不同加藥質(zhì)量濃度對(duì)消泡劑AD-1 的消泡性能影響

        圖4 不同加藥質(zhì)量濃度對(duì)消泡劑AD-1 的抑泡性能影響

        圖5 不同加藥質(zhì)量濃度對(duì)消泡劑AD-2 的消泡性能影響

        圖6 不同加藥質(zhì)量濃度對(duì)消泡劑AD-2 的抑泡性能影響

        圖7 不同加藥質(zhì)量濃度對(duì)消泡劑AD-3 的消泡性能影響

        圖8 不同加藥質(zhì)量濃度對(duì)消泡劑AD-3 的抑泡性能影響

        圖9 不同加藥質(zhì)量濃度對(duì)消泡劑AD-4 的消泡性能影響

        圖10 不同加藥質(zhì)量濃度對(duì)消泡劑AD-4 抑泡性能影響

        圖11 不同加藥質(zhì)量濃度對(duì)消泡劑RD-XPJ 消泡性能影響

        圖12 不同加藥質(zhì)量濃度對(duì)消泡劑RD-XPJ 抑泡性能影響

        但是,經(jīng)合成改性后的聚醚改性硅油的油基消泡劑RD-XPJ 同時(shí)具備了硅油類消泡劑和聚醚類消泡劑的優(yōu)點(diǎn),降低了表面活性劑與氣相之間的表面張力,降低了氣液界面張力,破壞了原油氣液面的雙電層而“拆除” 液膜,促進(jìn)液膜的排液速度,使液膜加速變薄而破滅[23-25]。對(duì)比表5、表6和圖13、圖14數(shù)據(jù),完全消除原油泡沫時(shí),RD-XPJ 的加藥質(zhì)量濃度比現(xiàn)場(chǎng)在用消泡劑的加藥質(zhì)量濃度低,且消泡時(shí)間短,可以達(dá)到快速消除原油氣泡的目的。同時(shí),在抑制原油起泡時(shí)間性能上,RD-XPJ 要優(yōu)于現(xiàn)場(chǎng)在用消泡劑,故RD-XPJ 的消泡和抑泡綜合性能要強(qiáng)于現(xiàn)場(chǎng)在用消泡劑。

        表5 消泡劑RD-XPJ 的不同加藥濃度下的消泡和抑泡性能

        表6 現(xiàn)場(chǎng)在用消泡劑的不同加藥濃度下消泡和抑泡性能

        圖13 不同加藥濃度對(duì)現(xiàn)場(chǎng)用消泡劑消泡性能影響

        圖14 不同加藥質(zhì)量濃度對(duì)現(xiàn)場(chǎng)用消泡劑抑泡性能影響

        2.3 消泡劑RD-XPJ 與破乳劑的配伍性

        按《原油消泡劑技術(shù)要求》(Q/SHCG 46—2012)評(píng)價(jià)消泡劑的配伍性[26-27]。量取乍得100 mL 實(shí)驗(yàn)用油(50 ℃、含水15%),采取微量注射器添加50 mg·L-1消泡劑RD-XPJ,立即密封量筒杯口,水平搖動(dòng)使藥劑混合均勻,靜置2 min 至無(wú)原油泡沫存在后[28-30],倒入100 mL 專用振動(dòng)管中,再次利用微量注射器注入30 mg·L-1現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)用破乳劑,立即密封振動(dòng)管口,確保無(wú)液體滲漏后,放置于振動(dòng)水浴搖床(型號(hào)PB-1400),振蕩15min 后,對(duì)比消泡劑加入前后的脫水?dāng)?shù)據(jù),觀察不同測(cè)試時(shí)間下振動(dòng)管底部自由水體積變化并記錄,結(jié)果見(jiàn)表7和圖15。

        表7 消泡劑RD-XPJ 與破乳劑的配伍性

        從表7和圖15中數(shù)據(jù)分析可知,RD-XPJ 消泡劑注入對(duì)現(xiàn)場(chǎng)用破乳劑的脫水性能無(wú)影響,配伍性較好[31-36]。同時(shí),其消泡劑的消泡性能和抑泡性能,均已達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)用消泡劑水平,具備中試條件[37-38]。

        圖15 消泡劑RD-XPJ 與破乳劑的配伍性

        2.4 中試應(yīng)用

        2.4.1 消泡劑注入方式

        消泡劑加藥罐為SK-11610 罐。注藥方式為直接連續(xù)注入消泡劑成品。加入點(diǎn)為脫氣塔的前端。加藥泵為MILTON ROY 泵,最大流量50 L·h-1[39-42]。

        2.4.2 中試測(cè)控

        中試期間,記錄不同的單日消耗量下,注入消泡劑RD-XPJ 前后脫氣塔內(nèi)液位情況[43-46],數(shù)據(jù)如表8所示。

        表8 現(xiàn)場(chǎng)中試測(cè)控?cái)?shù)據(jù)

        2.4.3 現(xiàn)場(chǎng)在用消泡劑的日常監(jiān)控

        考慮到原油物性的復(fù)雜性,鑒于對(duì)比RD-XPJ 的優(yōu)點(diǎn),特選擇8月進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)在用消泡劑的更替,作為日常監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),記錄不同單日消耗量下,注入現(xiàn)場(chǎng)在用消泡劑前后脫氣塔內(nèi)液位情況,數(shù)據(jù)見(jiàn)表9。

        表9 現(xiàn)場(chǎng)在用消泡劑的日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)

        從表9中數(shù)據(jù)分析可知,現(xiàn)場(chǎng)在用消泡劑的最佳加藥質(zhì)量濃度為20 mg·L-1。從表8中數(shù)據(jù)分析可知,采用RD-XPJ 消泡劑替代現(xiàn)場(chǎng)在用消泡劑,從高加藥質(zhì)量濃度逐步降低至極限加藥質(zhì)量濃度[47-50]后,發(fā)現(xiàn)RD-XPJ的最低加藥質(zhì)量濃度為13 mg·L-1,脫氣塔中液位低于2/3 報(bào)警液位線[51-52],仍可滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)要求,但綜合考慮,為保障穩(wěn)定生產(chǎn),可采取加藥質(zhì)量濃度為15~18 mg·L-1,可解決來(lái)液中原油泡沫問(wèn)題。

        3 結(jié) 論

        原油消泡劑RD-XPJ 具備了硅油類消泡劑和聚醚類消泡劑的優(yōu)點(diǎn),降低了表面活性劑與氣相之間的表面張力,降低了氣液界面張力,破壞了原油氣液面的雙電層而“拆除” 液膜,促進(jìn)液膜的排液速度,使液膜加速變薄而破滅。對(duì)于高黏油,原油在管道流動(dòng)中,會(huì)遇阻產(chǎn)生流體擾動(dòng),引起許多致密氣泡,被包裹在流動(dòng)的石油中,很難自主上浮逸出破泡,故采用RD-XPJ 消泡劑替代現(xiàn)場(chǎng)在用消泡劑,控制加藥質(zhì)量濃度為15~18 mg·L-1,解決了來(lái)液中原油泡沫問(wèn)題,可滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求。

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