喬 明

中油遼河工程有限公司，遼寧盤錦 124010

1 工程概況

聚合物?表面活性劑二元驅(qū)（下文簡稱二元驅(qū)）技術(shù)是一種充分發(fā)揮聚合物黏度，提高波及體積和利用表活劑降低界面張力協(xié)同作用來提高原油采收率的三次采油方法[1]。該技術(shù)是中石油戰(zhàn)略性接替技術(shù)，對(duì)于老油田轉(zhuǎn)變開發(fā)方式、提高采收率、提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。為此，該技術(shù)被列入2005 年啟動(dòng)的中石油重大開發(fā)試驗(yàn)項(xiàng)目。遼河油田自2008 年啟動(dòng)錦16 塊二元驅(qū)工業(yè)化試驗(yàn)[2]，錦16 塊二元驅(qū)地面工程于2011 年建成投產(chǎn)，經(jīng)過11 年二元驅(qū)開發(fā)，歷經(jīng)前置段塞、主段塞、副段塞、保護(hù)段塞四個(gè)注入階段，于2022 年完成整體二元驅(qū)開發(fā)，與水驅(qū)相比，二元驅(qū)累計(jì)增油79.1 × 104t，提高采收率22%，投資回報(bào)率11%，達(dá)到中石油同類油藏開采的最好水平。二元驅(qū)技術(shù)是遼河油田繼蒸汽驅(qū)、SAGD 重大開發(fā)試驗(yàn)之后，又一個(gè)獲得階段性成功的重大項(xiàng)目。二元驅(qū)技術(shù)未來在遼河油田“雙高油田”推廣應(yīng)用，將使3×108t 稀油老區(qū)儲(chǔ)量得到新一輪有效開發(fā)，該技術(shù)對(duì)于遼河油田而言意義重大。

在錦16 塊二元驅(qū)工業(yè)化試驗(yàn)取得成功的基礎(chǔ)上，遼河油田逐步開展了多區(qū)塊、多輪次二元驅(qū)開發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)，利用已建的水驅(qū)油水井進(jìn)行轉(zhuǎn)二元驅(qū)開發(fā)，地面工程配套新建二元驅(qū)配注系統(tǒng)，原油脫水及污水處理多利用現(xiàn)有水驅(qū)地面系統(tǒng)工藝進(jìn)行原油脫水和污水處理。隨著聚合物和表面活性劑溶液的注入，采出液中聚合物和表面活性劑濃度逐步提升，水中油滴及固體懸浮物的乳化穩(wěn)定性增強(qiáng)[3]，進(jìn)而導(dǎo)致油、水、固三相分離難度加大，因此需要對(duì)現(xiàn)有原油脫水及污水處理進(jìn)行更深入的研究，確定二元驅(qū)采出液對(duì)現(xiàn)有水驅(qū)原油脫水系統(tǒng)和污水系統(tǒng)的影響界限，同時(shí)通過室內(nèi)試驗(yàn)調(diào)整脫水藥劑及污水處理藥劑的投加量來保證二元驅(qū)脫水及污水處理效果。

2 二元驅(qū)原油脫水工藝影響界限研究

2.1 現(xiàn)有原油脫水工藝

常規(guī)水驅(qū)稀油脫水站原油脫水采用兩段脫水工藝，一段脫水溫度38～42 ℃，一段破乳劑的加藥量110 mg/L，一段沉降罐處理后的低含水原油進(jìn)入緩沖罐，緩沖罐出油經(jīng)脫水加熱爐加熱至65 ℃，進(jìn)入二段脫水器脫水，二段脫水合格后進(jìn)入凈化油罐，合格原油指標(biāo)含水率≤0.5%。

2.2 室內(nèi)試驗(yàn)研究

遼河油田逐步開展多區(qū)塊、多輪次二元驅(qū)開發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)，地面工程利用已建水驅(qū)原油脫水站接收并處理二元驅(qū)采出液，由于二元驅(qū)采出液含有聚合物和表面活性劑，導(dǎo)致采出液物性產(chǎn)生變化，原油乳化嚴(yán)重，乳化液穩(wěn)定性提升[4]，因此需要對(duì)現(xiàn)有水驅(qū)原油脫水站進(jìn)行試驗(yàn)研究，驗(yàn)證現(xiàn)有原油脫水工藝是否滿足二元驅(qū)采出液處理需求，明確二元驅(qū)采出液中聚合物和表面活性劑濃度對(duì)原油脫水工藝的影響界限，通過室內(nèi)試驗(yàn)調(diào)整破乳劑加藥量來實(shí)現(xiàn)二元驅(qū)采出液的達(dá)標(biāo)脫水。

模擬二元驅(qū)采出液的制備：將原油采出液、聚合物、表面活性劑置入膠體磨料斗中，在膠體磨齒距8～10、轉(zhuǎn)速3 000 r/min、乳化時(shí)間3～5 min的條件下進(jìn)行乳化，形成二元驅(qū)模擬采出液。

2.2.1 對(duì)原油一段脫水工藝的影響

一段原油脫水處理室內(nèi)試驗(yàn)：二元驅(qū)模擬采出液聚合物質(zhì)量濃度0～85 mg/L，表面活性劑質(zhì)量濃度30 mg/L，投加破乳劑質(zhì)量濃度110～250 mg/L，一段脫水溫度40 ℃，室內(nèi)模擬試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 一段脫水工藝處理二元驅(qū)采出液投加不同質(zhì)量濃度破乳劑結(jié)果

根據(jù)一段脫水室內(nèi)試驗(yàn)研究結(jié)果表明，隨著采出液中聚合物含量上升，一段脫水工藝脫水后原油含水率隨之上升，聚合物含量和脫水后原油含水率基本呈現(xiàn)線性關(guān)系，建立線性回歸方程：y=0.191 3x+1.898 8（R2=0.966 6）。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)論及線性回歸方程計(jì)算結(jié)果，一段脫水工藝處理二元驅(qū)采出液界限見表1。

表1 一段脫水工藝處理二元驅(qū)采出液界限結(jié)果

模擬二元驅(qū)采出液中聚合物質(zhì)量濃度為5～35 mg/L，表面活性劑質(zhì)量濃度為30 mg/L，脫水溫度40℃，破乳劑的加藥量110 mg/L 時(shí)，一段脫水后低含水原油含水率＜10%，現(xiàn)有水驅(qū)原油脫水工藝可以適應(yīng)該質(zhì)量濃度下的二元驅(qū)采出液脫水。隨著聚合物質(zhì)量濃度由35 mg/L上升至75 mg/L，一段原油脫水難度逐步增大，通過增加破乳劑加藥量可滿足一段脫水后低含水原油含水率＜10%。當(dāng)聚合物質(zhì)量濃度超過75 mg/L 后，通過單一增加破乳劑加藥量無法滿足一段脫水處理要求，需要對(duì)現(xiàn)有一段脫水工藝進(jìn)行調(diào)整。

2.2.2 對(duì)原油二段脫水工藝的影響

二段原油脫水處理室內(nèi)試驗(yàn)：二段原油脫水在一段原油脫水試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行，利用一段原油脫水室內(nèi)試驗(yàn)處理后的低含水原油作為二段原油脫水原料進(jìn)行試驗(yàn)，二段脫水溫度65 ℃，室內(nèi)模擬試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 二段脫水工藝處理二元驅(qū)采出液投加不同質(zhì)量濃度破乳劑結(jié)果

二段脫水室內(nèi)試驗(yàn)研究結(jié)果表明，隨著采出液中聚合物含量上升，一段脫水工藝脫水后原油含水率隨之上升，利用一段脫出的低含水原油進(jìn)行二段脫水后，原油含水率同步上升，聚合物含量和二段脫水后原油含水率基本呈現(xiàn)線性關(guān)系，建立線性回歸方程：y=0.097 1x?3.432（R2=0.900 7）。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)論及線性回歸方程計(jì)算結(jié)果，二段脫水工藝處理二元驅(qū)采出液界限見表2。

模擬二元驅(qū)采出液中聚合物質(zhì)量濃度為5～35 mg/L，表面活性劑質(zhì)量濃度為30 mg/L，一段脫水溫度40 ℃，破乳劑的加藥量110 mg/L，二段脫水溫度65 ℃時(shí)，二段脫水后低含水原油含水率＜0.5%，現(xiàn)有水驅(qū)原油脫水工藝可以適應(yīng)該質(zhì)量濃度下的二元驅(qū)采出液脫水。隨著聚合物質(zhì)量濃度由35 mg/L上升至75 mg/L，一段及二段原油脫水難度逐步增大，通過增加一段原油脫水破乳劑加藥量可滿足二段脫水后低含水原油含水率＜0.5%。當(dāng)聚合物質(zhì)量濃度超過75 mg/L 后，通過單一增加一段原油脫水破乳劑加藥量無法滿足二段脫水處理要求，需要對(duì)現(xiàn)有一段及二段脫水工藝進(jìn)行調(diào)整。

3 二元驅(qū)污水處理工藝影響界限研究

3.1 現(xiàn)有污水處理工藝

常規(guī)水驅(qū)污水處理工藝采用“沉降+氣浮+過濾”工藝，處理后凈化污水回用注水開發(fā)，污水指標(biāo)懸浮物質(zhì)量濃度≤30 mg/L、含油量≤30 mg/L。

3.2 室內(nèi)試驗(yàn)研究

隨著二元驅(qū)目的液的連續(xù)注入，采出的含油污水中聚合物和表面活性劑含量逐步提升，污水黏度增加，水中油滴及固體懸浮物的乳化穩(wěn)定性相對(duì)水驅(qū)污水大幅提升，導(dǎo)致污水中油、水、固三相分離難度加大[5]，因此需要對(duì)現(xiàn)有水驅(qū)污水處理工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究，驗(yàn)證現(xiàn)有污水處理工藝是否滿足二元驅(qū)采出液處理需求，明確二元驅(qū)采出液中聚合物和表面活性劑含量對(duì)污水處理工藝的影響界限，通過室內(nèi)試驗(yàn)調(diào)整絮凝劑、助凝劑加藥量來實(shí)現(xiàn)二元驅(qū)污水的達(dá)標(biāo)處理。

模擬二元驅(qū)污水的制備：為確定不同含量聚合物對(duì)污水處理效果的影響程度，在污水處理站進(jìn)站污水水樣中加入不同量的聚合物以及固定量的表面活性劑，置入膠體磨料斗中，膠體磨齒距8～10、轉(zhuǎn)速3 000 r/min、乳化時(shí)間3～5 min 的條件下進(jìn)行乳化，形成二元驅(qū)模擬污水。利用二元驅(qū)模擬污水，投加不同量的絮凝劑/助凝劑組合藥劑配方，開展污水處理室內(nèi)試驗(yàn)，室內(nèi)模擬試驗(yàn)結(jié)果見圖3及圖4。

根據(jù)污水處理室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)論，隨著聚合物和表面活性劑的出現(xiàn)，污水處理難度呈現(xiàn)跳躍式上升，與水驅(qū)含油污水處理相比，二元驅(qū)污水處理后含油及懸浮物含量提升10 倍以上，現(xiàn)有污水處理工藝和加藥量無法滿足二元驅(qū)污水處理要求。

1）聚合物質(zhì)量濃度為5～10 mg/L，絮凝劑加藥量≥500 mg/L，助凝劑加藥量≥250 mg/L 時(shí)，二元驅(qū)污水處理懸浮物質(zhì)量濃度25～35 mg/L、含油量＜10 mg/L。

2）聚合物質(zhì)量濃度為15～20 mg/L，絮凝劑加藥量≥700 mg/L，助凝劑加藥量≥350 mg/L 時(shí)，二元驅(qū)污水處理懸浮物質(zhì)量濃度30～35 mg/L、含油量＜10 mg/L。

3）聚合物質(zhì)量濃度為大于25 mg/L，絮凝劑加藥量≥800 mg/L，助凝劑加藥量≥400 mg/L 時(shí)，二元驅(qū)污水處理懸浮物質(zhì)量濃度＞45 mg/L、含油量＞10 mg/L。

從二元驅(qū)模擬污水室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)論分析，二元驅(qū)污水在油、水分離處理工藝上，通過提升絮凝劑、助凝劑加藥量可以實(shí)現(xiàn)含油達(dá)標(biāo)處理；二元驅(qū)污水在水、固分離處理工藝上，通過提升絮凝劑、助凝劑加藥量難以實(shí)現(xiàn)懸浮物達(dá)標(biāo)處理，通過機(jī)理分析，由于聚合物的存在，導(dǎo)致二元驅(qū)污水黏度相對(duì)于水驅(qū)污水大幅提升，同時(shí)由于聚合物和表面活性劑的協(xié)同作用，水中懸浮物趨于穩(wěn)定，無法絮凝生成大顆粒絮體，根據(jù)Stokes沉降公式即式（1）可知，懸浮物沉降速度V0和流體黏度成反比，并與懸浮物顆粒直徑平方成正比。和水驅(qū)污水相比，二元驅(qū)污水黏度提高、懸浮物粒徑減小，導(dǎo)致懸浮物沉降速度大幅下降，進(jìn)而表現(xiàn)在二元驅(qū)污水處理后懸浮物含量大幅升高。

式中：ρt為顆粒密度；ρ0為水的密度；μ為流體黏度；d為顆粒直徑；g為重力加速度。

4 結(jié)束語

隨著二元驅(qū)開發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)及小斷塊二元驅(qū)開發(fā)，二元驅(qū)采出液和水驅(qū)采出液混輸至原油脫水站進(jìn)行脫水時(shí)，通過水驅(qū)采出液的稀釋作用，混合采出液中聚合物質(zhì)量濃度不超過75 mg/L 時(shí)，現(xiàn)有水驅(qū)原油脫水工藝可滿足二元驅(qū)采出液脫水要求。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)論，現(xiàn)有的常規(guī)水驅(qū)污水處理工藝不適用于二元驅(qū)污水處理，需要針對(duì)二元驅(qū)污水處理需求對(duì)常規(guī)污水處理站進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)二元驅(qū)污水達(dá)標(biāo)處理，以有效支撐二元驅(qū)開發(fā)。