海上油田聚合物配注工藝流程結(jié)垢分析

馬龍（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）

前言

隨著海上勘探程度的提高，新發(fā)現(xiàn)的油田中稠油所占的比重越來(lái)越大，很多油田進(jìn)入高含水期，提高稠油油田的采收率技術(shù)尤為重要。聚合物驅(qū)在我國(guó)陸地油田是比較成熟的提高采收率技術(shù)。采用該技術(shù)，陸上油田采收率能提高10%以上[1]。

中海油于2003年至今，在渤海區(qū)域，綏中36-1油田I期、旅大10－1油田均已開展了大范圍的聚合物驅(qū)工作[2]。為了更有效的實(shí)施聚合物驅(qū)工作，各種優(yōu)化工藝研究[3]和改進(jìn)技術(shù)層出不窮，但是流程及設(shè)備結(jié)垢問題一直沒有解決。

本文對(duì)此問題，從聚驅(qū)工藝、水質(zhì)、藥劑等方面進(jìn)行了研究分析，闡述了工藝過(guò)程中，溫度變化，壓力變化以及聚合物溶解過(guò)程對(duì)結(jié)垢的影響。

一、結(jié)垢情況與影響

1.結(jié)垢基本情況與垢樣分析

結(jié)垢嚴(yán)重部位主要是溶解罐內(nèi)壁、輸送泵過(guò)濾器、喂入泵過(guò)濾器、熟化罐內(nèi)壁以及高壓注入管線流量分配器等部位。我們對(duì)垢樣分析采用X射線衍射法、X射線熒光光譜進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)衍射譜圖和電鏡能譜的數(shù)據(jù)可判斷垢樣無(wú)機(jī)結(jié)晶成分主體為(Mg0.03Ca0.97)CO3約占90%以上，，可知結(jié)垢主要來(lái)源于水中二價(jià)離子的碳酸鹽。

2.結(jié)垢影響

結(jié)垢對(duì)流程中的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備和流程均造成了了破壞：結(jié)垢造成螺桿喂入泵定子轉(zhuǎn)子磨損嚴(yán)重；造成柱塞泵凡爾總成、柱塞嚴(yán)重磨損，彈簧斷裂；兩位電動(dòng)蝶閥的動(dòng)作因密封面結(jié)垢關(guān)閉不嚴(yán)，內(nèi)漏回流，甚至無(wú)關(guān)閉反饋信號(hào)；熟化罐內(nèi)壁結(jié)垢到一定厚度后，發(fā)生龜裂脫落，堆積在底部，造成出入口堵塞。

二、結(jié)垢原因分析[4]

渤海灣油田平臺(tái)注聚配注系統(tǒng)[5]采用了聚合物母液間歇配制、目標(biāo)液分井注入的工藝。溶解罐水粉混合頭的混合過(guò)程：配注水通過(guò)縮頸噴嘴后呈霧狀噴出，與高速空氣流攜帶下的聚合物顆粒發(fā)生撞擊接觸混合，混合后的溶液進(jìn)入溶解罐進(jìn)行攪拌，并通過(guò)輸送泵送至熟化罐。分析和檢測(cè)在此過(guò)程，有理由認(rèn)為會(huì)發(fā)生如下變化：

溫度突降：65℃-70℃的配注水呈霧狀與常溫空氣以及聚合物顆?；旌虾螅瑴囟韧唤抵?0-53℃。

氧化反應(yīng)：通過(guò)高速氣液相的撞擊混合，液相組分必然急劇增大氧氣接觸面積。

壓力突降：配注水的壓力從1MPa經(jīng)過(guò)噴嘴后，突降為常壓。

熟化過(guò)程：聚合物混配液在熟化罐中不斷攪拌，聚合物分子在水中逐步展開，粘度逐漸增大，同時(shí)由于熱損失，溫度有緩慢降低。

高壓泵注入過(guò)程：喂入泵將溶解熟化后的溶液初步增壓1MPa后，送至高壓注入泵，增壓到8-12MPa后，經(jīng)過(guò)分配器與高壓來(lái)水混合后，注入井下。

通過(guò)工藝過(guò)程分析，我們看到整個(gè)過(guò)程發(fā)生了溫度、壓力、水溶氣這三個(gè)參數(shù)的變化。因此，我們主要分析這三個(gè)條件的變化影響。

1.水質(zhì)分析

取樣LD10-1和SZ36－1油田注聚水樣進(jìn)行水質(zhì)分析，結(jié)果表明Ca2+濃度約800mg/L，Mg2+濃度約250mg/L，CO32-濃度約0.00mg/L，HCO3-濃度平均16omg/L，Cl-濃度平均5500mg/L。

2.pH值影響

為了更加深入的探討pH值沉淀影響，做了如下實(shí)驗(yàn)，首先測(cè)定溶解聚合物之后的聚合物溶液pH，使用NaOH溶液調(diào)節(jié)注入水的pH，之后按照水質(zhì)分析標(biāo)準(zhǔn)，滴定不同pH注入水的鈣離子含量，滴定結(jié)果如下：

表1 不同pH值注入Ca2+水含量

通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，溶液中的Ca2+含量隨pH升高而降低，當(dāng)pH＝10時(shí)，已經(jīng)出現(xiàn)明顯沉淀。根據(jù)結(jié)垢傾向預(yù)測(cè)結(jié)果，由此可看出pH值對(duì)結(jié)垢的影響很大，隨著pH值的增大結(jié)垢量增大。

目前采用的多為線性聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺[6]在生產(chǎn)過(guò)程中，需要使用NaOH進(jìn)行水解，所以，一般稱為水解聚丙烯酰胺。

由于化學(xué)式（1）存在化學(xué)平衡，OH-的不斷加入，造成反應(yīng)向生成CO32-的方向移動(dòng)，最終導(dǎo)致生成CaCO3的沉淀。特別是殘留NaOH過(guò)多，將對(duì)ph產(chǎn)生影響。

3.溫度影響

模擬了條件：壓力1atm，流量30m3/h，ph=7的溫度對(duì)結(jié)垢影響，結(jié)果如下表：

表2 溫度對(duì)鈣鎂二價(jià)離子的溶解度影響

通過(guò)模擬數(shù)據(jù)可以知道，溫度對(duì)鈣鎂二價(jià)離子的溶解度影響明顯。

4.壓力影響

模擬了條件：溫度50℃，流量30m3/h，ph=7的壓力對(duì)結(jié)垢影響，通過(guò)模擬數(shù)據(jù)表明壓力對(duì)鈣鎂二價(jià)離子的溶解度影響很有限。

結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)垢樣分析，發(fā)現(xiàn)垢樣主要由無(wú)機(jī)結(jié)晶成分(Mg0.03Ca0.97)CO3組成，約占90%以上，其余為少量的硅鋁酸鹽物質(zhì)，可知水中的高硬度，是注聚結(jié)垢的主要內(nèi)因，其中主要是鈣離子所形成的碳酸鈣垢。

通過(guò)對(duì)目前的工藝流程分析，結(jié)合模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：壓力變化對(duì)結(jié)垢現(xiàn)象影響較小，可以忽略不計(jì)；溫度對(duì)鈣鎂鹽的溶解度影響較明顯，溫度在70℃下，降低20℃，能夠?qū)е侣然}鹽的溶解度減少10%以上，是結(jié)垢的主要因素。ScaleChem垢化學(xué)分析系統(tǒng)結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)果表明pH值對(duì)結(jié)垢的影響很大，隨著pH值的增大結(jié)垢量增大。pH值升高，會(huì)導(dǎo)致鈣離子的溶解度降低，造成沉淀。

改造流程以及相關(guān)設(shè)備，減少流程各個(gè)環(huán)節(jié)熱量的損耗，特別是熱損失最大的水粉混合頭配液過(guò)程，改變風(fēng)送混合方式為重力下落混合，這些措施有利于改善結(jié)垢形成。嚴(yán)格控制聚合物產(chǎn)品中殘余NaOH含量，也可以通過(guò)添加緩沖弱酸來(lái)去除其對(duì)ph值的不利影響。以及加入相應(yīng)的阻垢劑，可以減緩結(jié)垢的形成，減少因此造成的設(shè)備磨損。

通過(guò)以上多項(xiàng)措施的改進(jìn)，目前，海上小平臺(tái)聚驅(qū)流程設(shè)備的結(jié)垢對(duì)流程的影響得到了有效的控制。

[1]周守為，韓明，張健，等.用于海上油田化學(xué)驅(qū)的聚合物研究[J].中國(guó)海上油氣，2007,19（1）：25-29.

[2]張賢松，孫福街，馮國(guó)智.渤海稠油油田聚合物驅(qū)影響因素研究及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[J].中國(guó)海上油氣，2007,19（1）：30-34.