三元配注工藝簡化適應(yīng)性研究

郭海燕＊

（中國石油大慶油田第四采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所）

三元配注工藝簡化適應(yīng)性研究

郭海燕＊

（中國石油大慶油田第四采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所）

大慶油田第四采油廠某區(qū)塊采用“單泵單劑單井”配注工藝，由于注入介質(zhì)問題導(dǎo)致表面活性劑稀釋泵吸入困難、表面活性劑注入泵磨損嚴(yán)重、堿液結(jié)晶、流程堵塞等，降低了注入精度，影響了正常生產(chǎn)運(yùn)行，無法達(dá)到開發(fā)方案的要求。為此，實(shí)施了三元配注工藝簡化流程，調(diào)整了堿和表面活性劑配注工藝及運(yùn)行方式，并針對工藝簡化后的結(jié)垢問題，增設(shè)了酸洗流程，配備了耐酸堿設(shè)備，取得了初步成效，確保了三元配注工藝的穩(wěn)定運(yùn)行。

三元配注工藝；工藝優(yōu)化；適應(yīng)性；表面活性劑；界面張力

大慶油田第四采油廠某區(qū)塊已建3座配注站（1＃、2＃、3＃），投產(chǎn)注入三元主段塞，設(shè)計(jì)配方為聚合物+堿+表面活性劑，按一定濃度比例配比。其中1＃、2＃配注站均采用“單泵、單井、單劑”點(diǎn)滴注入工藝流程：聚合物、堿溶液分別按照單井配注方案，通過三聯(lián)泵直接注入；表面活性劑受其物化性質(zhì)制約，一部分與高壓水混合注入，另一部分稀釋后由三聯(lián)泵中的表面活性劑泵注入。3＃配注站聚合物采用常規(guī)“一泵多井”方式，表面活性劑和堿的工藝流程采用“單泵、單井、單劑”點(diǎn)滴注入工藝流程，即二聯(lián)泵點(diǎn)滴注入。

1 工藝流程存在的主要問題

1.1 表面活性劑配注問題

1.1.1 表面活性劑溶劑的快速揮發(fā)導(dǎo)致稀釋泵吸入困難

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)模，確定表面活性劑應(yīng)具有使用10d的儲(chǔ)備量，因此表面活性劑儲(chǔ)罐容積較大。在攪拌器的快速攪拌作用下，表面活性劑稀釋劑正丁醇快速揮發(fā)，導(dǎo)致罐內(nèi)表面活性劑黏度升高，進(jìn)而使得表面活性劑稀釋泵吸入困難。

1.1.2 溶劑所含雜質(zhì)嚴(yán)重磨損表面活性劑柱塞泵

三聯(lián)泵中表面活性劑注入泵為柱塞泵，現(xiàn)場稀釋表面活性劑所用的溶劑是含油污水，其中含有一定數(shù)量的懸浮物和機(jī)械雜質(zhì)，其會(huì)磨損表面活性劑柱塞泵。投產(chǎn)4個(gè)月后，配注站就有約50%的泵出現(xiàn)漏失現(xiàn)象，影響表面活性劑的配比精度。

1.2 堿配注問題

1.2.1 堿液結(jié)晶堵塞注入泵

投產(chǎn)3個(gè)月，3座配注站內(nèi)所有堿泵均出現(xiàn)不同程度的卡泵和堵塞管道單流閥現(xiàn)象。拆卸泵，取出注入泵中的堵塞物質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)分析，結(jié)果表明，結(jié)晶物的主要成分為NaCl。在泵的隔膜處結(jié)晶體堆積堵塞，致使堿泵無法正常運(yùn)行。

1.2.2 卸堿系統(tǒng)無過濾、保溫工藝，造成雜質(zhì)進(jìn)入配注系統(tǒng)

卸堿車內(nèi)含有大量雜質(zhì)，卸堿裝置中的堿泵入口無過濾器，堿車內(nèi)的雜質(zhì)堵塞、損壞了堿泵，并進(jìn)入了配注系統(tǒng)；室外卸堿槽內(nèi)有伴熱、無保溫，冬季堿槽上層會(huì)出現(xiàn)大量的結(jié)晶。

這些問題的出現(xiàn)，不僅影響了正常的生產(chǎn)運(yùn)行，也嚴(yán)重影響了三元注入體系的配注精度。平均界面張力合格率僅為24.6%，遠(yuǎn)不能達(dá)到開發(fā)方案界面張力合格率90%以上的要求。

2 三元配注工藝簡化研究

2.1 三元注入體系物性研究

2.1.1 合理的堿、表面活性劑濃度范圍確保界面張力合格率

通過三元體系界面活性的研究，確定藥劑配比濃度與界面張力合格的關(guān)系。結(jié)果表明，表面活性劑濃度在0.05%～0.3%、堿濃度在0.6%～1.2%范圍內(nèi)，可與原油形成10-3mN/m的超低界面張力。

結(jié)合現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，當(dāng)堿濃度低于0.4%時(shí)，三元體系合格率僅為7.1%；堿濃度在0.7%～1%時(shí)，表面活性劑濃度變化對三元體系形成超低界面張力影響較小，界面張力合格率達(dá)到90.4%；堿濃度超過1%時(shí)，隨著表面活性劑濃度的增加，界面張力合格率上升，但堿濃度超過1.4%以后，體系中出現(xiàn)絮狀沉淀。

2.1.2 界面張力合格率不受聚合物濃度的影響

將污水配制成0.4%表面活性劑+1.35%NaOH的二元液，再取現(xiàn)場5 000mg/L聚合物母液，將其稀釋成不同濃度，以此檢測界面張力合格率。根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表1）可知，聚合物濃度范圍在1 000～2 500mg/L，界面張力均在合格范圍內(nèi)，說明聚合物濃度對界面張力影響不大。

表1 聚合物濃度與界面張力關(guān)系

綜上所述，確定地質(zhì)方案為：聚合物濃度可調(diào)，表面活性劑和堿濃度可以通過變頻器在一定比例范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí)為了達(dá)到較高的超低界面張力合格率，確定三元體系中堿濃度應(yīng)控制0.9%～1.1%，表面活性劑濃度在0.25%～0.3%，為配注工藝簡化提供了理論支持。

2.2 工藝簡化原則

一是立足現(xiàn)有流程，降低堿、表面活性劑濃度，減少因藥劑而引起工藝設(shè)備的各種不適應(yīng)問題，充分利用管道的緩沖能力，形成配比精度較高的配注工藝流程；二是減少管理環(huán)節(jié)，降低崗位工人操作難度，縮減生產(chǎn)運(yùn)行成本。

2.3 工藝簡化方式

2.3.1 表面活性劑配注工藝調(diào)整

堿和聚合物保持原工藝流程，停運(yùn)表面活性劑單泵單井注入方式，即停運(yùn)表面活性劑稀釋流程，采取直接點(diǎn)滴注入高壓水中配制成的表面活性劑稀釋液，在靜態(tài)混合器處與聚合物、堿的二元液混合注入，達(dá)到所需目的液濃度。

配套工藝調(diào)整完善的方法：一是減小表面活性劑儲(chǔ)罐運(yùn)行容積，縮短表面活性劑停留時(shí)間。減少儲(chǔ)存容量，運(yùn)行容積縮小50%，將儲(chǔ)罐液面高度下調(diào)；二是減輕表面活性劑的攪動(dòng)強(qiáng)度。對表面活性劑儲(chǔ)罐攪拌器葉片進(jìn)行切削，并采取間歇運(yùn)行方式。

2.3.2 堿配注工藝調(diào)整改造

在3＃配注站進(jìn)行了堿系統(tǒng)配注工藝的簡化改造試驗(yàn)。將堿液用1臺柱塞泵單獨(dú)升壓，注入已攜帶表面活性劑的高壓水中，形成高壓二元體系溶液，進(jìn)入靜態(tài)混合器再與聚合物混合，即“高壓二元、低壓一元”流程。為了保證配比精度，采用變頻連鎖方式控制堿閥室內(nèi)堿泵排量，以保證某些井停注時(shí)，堿液總加入量相應(yīng)減少，避免引起全站其他井堿濃度上升，而影響界面張力合格率。

配套工藝調(diào)整完善的方法：一是減少堿液結(jié)晶。卸堿槽增加外保溫，避免冬季結(jié)晶，設(shè)計(jì)堿泵沖洗流程，定期對堿泵、卸車管道進(jìn)行沖洗；二是卸堿裝置設(shè)置多重過濾，控制進(jìn)站堿液質(zhì)量。在室外的卸堿槽入口增加過濾堿筐，內(nèi)部分成3格，避免多輛堿車同時(shí)卸堿產(chǎn)生交叉污染，底部出口安裝過濾裝置，隔離外來雜質(zhì)和堿泥進(jìn)入系統(tǒng)；設(shè)計(jì)堿液取樣器，在堿車罐內(nèi)分上、中、下3次取樣，混合均勻后進(jìn)行質(zhì)檢，準(zhǔn)確評價(jià)進(jìn)站堿液質(zhì)量。

2.4 工藝簡化后取得的效果

2.4.1 各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)有所改善

3座配注站表面活性劑流程改造投產(chǎn)后，表面活性劑濃度、界面張力合格率有所改善。3＃配注站進(jìn)一步完成堿流程改造，投產(chǎn)運(yùn)行后取得較好的效果，堿濃度、表面活性劑濃度配制的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性得到大幅度提升。1＃、2＃配注站完成堿流程改造投產(chǎn)運(yùn)行，進(jìn)一步滿足了開發(fā)的要求。堿濃度、表面活性劑濃度均達(dá)到方案要求，界面張力合格率達(dá)91%以上。

另外，在1＃配注站改注純度較高的離子膜堿進(jìn)行試驗(yàn)，直至堿流程改造前，該站未出現(xiàn)卡泵和堵塞管道單流閥現(xiàn)象，運(yùn)行平穩(wěn)。因此，堿流程改造后，3座站均采用離子膜堿。

2.4.2 減少生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用，降低生產(chǎn)管理難度

取消了表面活性劑稀釋、單泵單井工藝和堿的單泵單井工藝，采用“高壓二元、低壓一元”流程，減少了機(jī)泵的維修、維護(hù)工作量，降低了生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用。另外，三元復(fù)合驅(qū)注入單耗有所下降，減少了運(yùn)行管理環(huán)節(jié)，簡化了崗位員工的操作步驟，減少了工人的勞動(dòng)量。

3 存在的問題及解決對策

配注站雖然系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，但配注系統(tǒng)的計(jì)量控制裝置、靜態(tài)混合器發(fā)生結(jié)垢，導(dǎo)致水流量計(jì)無讀數(shù)的故障頻繁發(fā)生，使體系配注精度有所降低。

3.1 靜態(tài)混合器結(jié)垢原因分析及解決對策

配注站輸送高壓二元體系的管道內(nèi)壁和靜態(tài)混合器的結(jié)垢堵塞情況嚴(yán)重，甚至部分單井靜態(tài)混合器完全堵塞，無法完成配注要求。通過對管壁的垢樣進(jìn)行化驗(yàn)分析，垢樣中有64.80%為酸溶物，主要為碳酸鹽及含鐵物質(zhì)。

另外，對比3座站的靜態(tài)混合器，1＃配注站靜態(tài)混合器內(nèi)部為圓滑的螺旋結(jié)構(gòu)，2＃、3＃配注站是細(xì)小的方格結(jié)構(gòu)。對于聚合物的分散效果來說，小方格結(jié)構(gòu)有利于增強(qiáng)分散效果，但結(jié)垢的速度會(huì)大于螺旋結(jié)構(gòu)。

根據(jù)其他采油廠三元復(fù)合驅(qū)配注經(jīng)驗(yàn)，在3＃配注站污水計(jì)量前至出站前的管道處，試驗(yàn)了酸洗流程，酸洗后管壁與靜態(tài)混合器的表面比較光滑。

3.2 二元液計(jì)量儀表結(jié)垢原因分析及解決對策

原設(shè)計(jì)流程是高壓污水計(jì)量后，進(jìn)入靜態(tài)混合器與三元液混合注入，因此在靜態(tài)混合器前安裝了渦街流量計(jì)計(jì)量高壓含油污水?，F(xiàn)場工藝流程調(diào)整后，堿、表面活性劑按照一定比例摻入高壓污水，再進(jìn)入流量計(jì)計(jì)量。此流程投產(chǎn)運(yùn)行1個(gè)月后，流量控制系統(tǒng)頻繁發(fā)生故障。經(jīng)拆卸后發(fā)現(xiàn)內(nèi)部嚴(yán)重結(jié)垢，不僅造成計(jì)量儀表控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)不動(dòng)作，而且導(dǎo)致堿、表面活性劑二元體系的計(jì)量儀表失靈，顯示讀數(shù)偏小，影響配注精度。

選擇兩口單井更換成耐酸堿、量程下限較小的水流量控制裝置，實(shí)驗(yàn)取得初步效果，不僅在一定程度上提高了單井二元體系計(jì)量精度，而且界面張力合格率由改造前的77%提高到95%，滿足了方案要求。

三元體系必然產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象，需采取加設(shè)酸洗流程除垢、配備耐酸堿儀器設(shè)備、增加防垢儀等技術(shù)措施來緩解結(jié)垢問題。三元配注應(yīng)盡量采用離子膜堿注入，減少堿液流程堵塞現(xiàn)象發(fā)生?！案邏憾⒌蛪阂辉绷鞒态F(xiàn)場適應(yīng)性更強(qiáng)，更易于管理。

[1] 李杰訓(xùn).三元復(fù)合驅(qū)地面工程技術(shù)試驗(yàn)進(jìn)展[M].山東東營: 中國石油大學(xué)出版社,2009.

[2] 董秀勤等.三次采油復(fù)合驅(qū)表面活性劑性能概述[J].油氣田地面工程,2007,26(9): 58-59.

TE357

A

1004-2970（2011）01-0026-03

郭海燕. 三元配注工藝簡化適應(yīng)性研究. 石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2011，22（1）：26～28

* 郭海燕，女，工程師。1999年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)，獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位?，F(xiàn)在大慶油田第四采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所，主要從事油田注水等設(shè)計(jì)工作。地址：黑龍江省大慶市紅崗區(qū)大慶油田第四采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所，163511。E-mail：guohaiyan1@petrochina.com.cn

2010-06-08

谷風(fēng)樺