超稠油采出液預(yù)脫水劑PDB-II研制與應(yīng)用

關(guān)大毅

(中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

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超稠油采出液預(yù)脫水劑PDB-II研制與應(yīng)用

關(guān)大毅

(中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

以遼河油田杜84塊館陶油層SAGD采出液為研究對象，研制出一種具有較強適用性的預(yù)脫水劑PDB-II。室內(nèi)實驗顯示該預(yù)脫水劑具有良好的油水分離效果，與破乳劑有良好的協(xié)同效應(yīng)，在溫度為150～160 ℃、加入量為300 mg/L、作用時間為3 h的條件下，可使處理后的采出液凈化油含水達到低于20%、污水含油低于5 000 mg/L的預(yù)期效果。預(yù)脫水劑PDB-II已成功應(yīng)用于SAGD中試試驗站，現(xiàn)場應(yīng)用該預(yù)脫水劑試驗結(jié)果表明，在與室內(nèi)實驗溫度、加入量、作用時間同等條件下可使凈化油含水低于10%，污水含油低于5 000 mg/L，可滿足生產(chǎn)設(shè)計要求。該預(yù)脫水劑的研制成功填補了該領(lǐng)域國內(nèi)空白，對SAGD技術(shù)的大規(guī)模推廣具有極其重要的意義。

超稠油采出液；預(yù)脫水劑；油水分離；SAGD中試試驗站；杜84塊

0 引 言

SAGD技術(shù)是一種提高采收率的有效方法，自曙一區(qū)杜84塊館陶油層開展先導(dǎo)試驗以來，對該技術(shù)的研究和應(yīng)用已經(jīng)取得了很大進步[1-2]。SAGD開采方式使原油采出液呈高溫高壓狀態(tài)(溫度一般為150～180 ℃，壓力約為1.3 MPa)，館陶油層膠質(zhì)及瀝青質(zhì)含量高，且攜帶大量的泥沙等懸浮物，使采出液乳化程度復(fù)雜，乳化液十分穩(wěn)定[3-4]。因此，館陶油層SAGD采出液油水分離處理技術(shù)已成為制約曙一區(qū)SAGD產(chǎn)能的主要瓶頸。館陶油層SAGD采出液高溫、高含水及嚴重的多重乳化已使破乳劑無法直接破乳 。為充分利用熱能，開發(fā)出耐高溫預(yù)脫水劑，實施預(yù)脫水工藝來保證館陶油層SAGD原油脫水達到最佳效果，對推進SAGD技術(shù)在油田現(xiàn)場的規(guī)?；瘧?yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。

1 館陶油層SAGD采出液預(yù)脫水劑PDB-II技術(shù)原理及實驗

1.1 技術(shù)原理

杜84塊館陶油層SAGD采出液的復(fù)雜性決定了適用的預(yù)脫水劑應(yīng)具備3個突出的特點：具有與采出液相適應(yīng)的分子結(jié)構(gòu)及官能團、較高的離子化度以及適宜的分子質(zhì)量。

目前原油采出液預(yù)脫水劑普遍應(yīng)用陽離子聚丙烯酰胺，合成方式包括共聚法和改性法。由于離子基團之間的相互排斥效應(yīng)及離子活性低，共聚法不易得到高離子化度的聚合物。改性法是運用曼尼希反應(yīng)改性非離子聚丙烯酰胺，即先使聚丙烯酰胺胺甲基化，再與季胺化劑反應(yīng)得到聚丙烯酰胺的季胺鹽。改性法可克服共聚法的不足，但產(chǎn)品分子結(jié)構(gòu)單一，所含官能團有限[5-6]。在此基礎(chǔ)上，利用共聚法合成出具有特定分子質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、官能團的陽離子聚丙烯酰胺，通過改性提高該陽離子共聚物的離子化度，從而得到具有與采出液相適應(yīng)的分子結(jié)構(gòu)及官能團、較高的離子化度、適宜分子質(zhì)量的預(yù)脫水劑。

1.2 預(yù)脫水劑的制備

1.2.1 預(yù)脫水劑的制備方法

在1 L合成釜中按不同配比加入一定量的去離子水、多烷基烯丙基季胺鹽、丙烯酰胺單體、二甲胺，用氮氣置換反應(yīng)釜中的空氣后，加入一定量引發(fā)劑A、B，攪拌均勻，在一定溫度下進行聚合反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，即得膠體型陽離子聚合物中間體，通過測定其特性黏度[η]，來衡量聚合物分子質(zhì)量的大小。之后在帶攪拌的反應(yīng)器中按比例加入一定量的陽離子共聚物、甲醛溶液，在40～50 ℃溫度下反應(yīng)2 h后加入四乙烯五胺溶液，在65～70 ℃溫度下反應(yīng)3 h，之后降溫至25 ℃以下，滴加定量季胺化劑，滴加完畢反應(yīng)2 h即得PDB-II系列膠體產(chǎn)品。將膠體型聚合物經(jīng)干燥、切碎等工藝過程可得到干粉型產(chǎn)品。預(yù)脫水劑的主要性能及規(guī)格見表1。

表1 預(yù)脫水劑主要性能及規(guī)格

1.2.2 聚合工藝參數(shù)對產(chǎn)品分子質(zhì)量的影響

在聚合過程中，引發(fā)劑的種類和用量、單體濃度、反應(yīng)溫度對產(chǎn)物的分子質(zhì)量均有影響[7]。而分子質(zhì)量大小對產(chǎn)品的性能影響很大，因此分子質(zhì)量是衡量產(chǎn)品性能的一個重要參數(shù)。

復(fù)合引發(fā)體系產(chǎn)物有較大的特性黏度值，而單一的引發(fā)劑體系產(chǎn)物特性黏度值較低。隨著引發(fā)劑用量的增大，產(chǎn)物的特性黏度值下降，即分子質(zhì)量下降；增加單體濃度，可提高產(chǎn)品的分子質(zhì)量。但在實際生產(chǎn)過程中，濃度太高易產(chǎn)生交聯(lián)，從而使產(chǎn)品溶解性下降，影響應(yīng)用；聚合反應(yīng)溫度是影響產(chǎn)品性能的重要因素，產(chǎn)物特性黏度受溫度影響很大，隨著溫度升高，產(chǎn)品特性黏度呈線性下降。但聚合溫度太低，反應(yīng)速度太慢，生產(chǎn)周期太長。

1.3 預(yù)脫水劑PDB-II對SAGD超稠油采出液的高溫適用性實驗

1.3.1 主要儀器及藥品

實驗儀器選用山東鄄城新華電熱儀器廠生產(chǎn)的DXGT-1型高溫脫水儀。參比藥劑選用中國石油遼河工程有限公司道博爾石油新技術(shù)開發(fā)有限公司生產(chǎn)的預(yù)脫水劑，PDB-I對常溫特稠油、超稠油采出液具有普遍適用性。

1.3.2 實驗方法

將取自現(xiàn)場匯管的館陶油層SAGD超稠油采出液(館平11、12已轉(zhuǎn)SAGD開發(fā)見效井組采出液及3號計量接轉(zhuǎn)站綜合采出液)分別裝入2臺實驗儀器中攪拌升溫至150、160 ℃，再用氮氣壓入定量PDB-I和PDB-II，恒溫攪拌5 min后停止攪拌，恒溫靜置1、2、3 h，分別從儀器下部取凈化油檢測水含量。

1.3.3 實驗結(jié)果分析

實驗用采出液樣品為O/W型乳狀液，綜合含水為78%～84%，實驗結(jié)果見表2、3。

表2 不同藥劑150℃條件下對SAGD超稠油污水作用效果

表3 不同藥劑160℃條件下對SAGD超稠油污水作用效果

由表2、3 可知，在高溫處理條件下，PDB-II對所取館陶油SAGD超稠油采出液的預(yù)脫水效果顯著，明顯優(yōu)于PDB-I的預(yù)脫水效果。該現(xiàn)象是由于在高溫條件下采出液中的粒子布朗運動加劇增加了粒子聚結(jié)的難度，同時，在高溫條件下PDB-I分子鏈部分斷裂導(dǎo)致PDB-I理化性能改變?？梢姡瑧?yīng)用PDB-II經(jīng)預(yù)脫水實驗，在沉降時間低于3 h、脫水溫度為150～160 ℃、加藥量為300 mg/L的條件下，可使處理后的杜84塊館陶油采出液凈化油含水低于10%，效果明顯優(yōu)于正常生產(chǎn)所要求的凈化油含水低于20%的指標。

1.4 預(yù)脫水劑PDB-II與破乳劑的配伍性

O/W型破乳劑(又稱反相破乳劑)與W/O型破乳劑的作用機理完全不同，兩者很難配伍。許多性能優(yōu)良的反相破乳劑因應(yīng)用后嚴重影響了后段破乳劑的脫水性能而遭淘汰。因此，在評價一種預(yù)脫水劑時，要評價其油水分離能力，同時還要評價其與破乳劑的配伍性。表4列出了不同破乳劑與該預(yù)脫水劑的配伍脫水效果。試樣取自：杜84館陶油層SAGD中試試驗站進站采出液；試樣含水為45% ，試樣量為100 mL，脫水溫度為160 ℃。

表4 不同破乳劑與預(yù)脫水劑PDB-II的配伍性

預(yù)脫水劑PDB-II與破乳劑有良好的配伍性。

1.5 中試放樣

預(yù)脫水劑PDB-II的配方是在室內(nèi)合成樣品，在對現(xiàn)場采出液進行破乳、凈水實驗及與破乳劑復(fù)配脫水實驗的基礎(chǔ)上優(yōu)選而確定的。按照PDB-II的合成條件及原料配比，中試放樣共計生產(chǎn)12 t產(chǎn)品，中試產(chǎn)品性能指標見表5。

表5 中試產(chǎn)品性能指標

2 現(xiàn)場應(yīng)用效果

2.1 現(xiàn)場概況

2014年7月上旬，將高溫預(yù)脫水劑應(yīng)用于杜84塊館陶油層SAGD超稠油產(chǎn)出液高溫脫水工藝中試試驗站。以館平11、12井已轉(zhuǎn)SAGD開發(fā)見效井組采出液及3號計量接轉(zhuǎn)站綜合采出液為處理研究對象，生產(chǎn)設(shè)計預(yù)脫水工藝參數(shù)為：在預(yù)脫水溫度為150～160 ℃、系統(tǒng)操作壓力為0.95～1.05 MPa、預(yù)脫水劑加入量為300 mg/L、作用時間為3 h的條件下使處理后的采出液凈化油含水低于20%，污水含油低于5 000 mg/L，污水中懸浮物含量無要求。

該中試試驗站超稠油采出液綜合含水為78%～84%，進站溫度為140～160 ℃，經(jīng)一段換熱器換熱達到150～160 ℃后加入預(yù)脫水劑進入一段分離器進行預(yù)脫水，經(jīng)預(yù)脫水工序處理后的原油及污水進入后續(xù)工序處理。中試試驗站工藝設(shè)計規(guī)模為480 m3/d(液量)，設(shè)計預(yù)脫水劑加藥量為300 mg/L，一段分離器為預(yù)脫水器。

2.2 現(xiàn)場試驗

中試試驗自2014年7月5日開始至2014年7月15日結(jié)束，歷時11 d。試驗期間嚴格按生產(chǎn)設(shè)計的預(yù)脫水溫度、系統(tǒng)操作壓力、預(yù)脫水劑加入量及預(yù)脫水劑作用時間運行。具體試驗數(shù)據(jù)見表6。

表6 SAGD超稠油采出液預(yù)脫水劑現(xiàn)場試驗效果

2.3 現(xiàn)場中試效果分析

由表6可知，試驗期間進站采出液含水率為78%～84%，預(yù)脫水后凈化油含水率可達到1.7%～9.0%，脫出污水含油2 326～4 568 mg/L，在預(yù)脫水溫度為150～160 ℃、預(yù)脫水劑加入量為300 mg/L的條件下，館陶油層SAGD超稠油采出液經(jīng)一段預(yù)脫水工藝，預(yù)脫水后凈化油含水率可達到10%以下，脫出污水含油低于5 000 mg/L。表明預(yù)脫水劑PDB-II在高溫條件下具有良好的熱穩(wěn)定性和油水分離性能 。這是由于特殊的制備方法賦予預(yù)脫水劑PDB-II特定的分子結(jié)構(gòu)，使其具有較高的耐溫能力，而較高的離子度、適宜的分子質(zhì)量及官能團使其具備了良好的油水分離性能；在設(shè)計的預(yù)脫水工藝參數(shù)下，能夠滿足脫水后凈化油含水率低于20%的生產(chǎn)要求，中試試驗結(jié)果與室內(nèi)模擬實驗結(jié)果符合。

3 結(jié) 論

(1) 針對曙一區(qū)杜84塊館陶油層SAGD超稠油高溫采出液特征，研制了具有良好熱穩(wěn)定性的耐高溫預(yù)脫水劑PDB-II。PDB-II對該采出液具有良好的油水分離性能，與破乳劑具有良好的配伍性。

(2) 預(yù)脫水劑PDB-II現(xiàn)場使用效果顯著，在預(yù)脫水溫度為150～160 ℃、加藥量為300 mg/L、作用時間為3 h的現(xiàn)場條件下，可使處理后的采出液凈化油含水低于10%，污水含油低于5 000 mg/L。

(3) 耐高溫預(yù)脫水劑PDB-II的研制成功填補了國內(nèi)該領(lǐng)域空白，對曙一區(qū)杜84塊館陶油層SAGD技術(shù)的大規(guī)模推廣具有極其重要的現(xiàn)實意義。

[1] 李豪浩，畢雯雯.中深層特超稠油HDCS強化采油技術(shù)研究[J].特種油氣藏，2013，20(2)：87-89.

[2] 李玉君，任芳祥.超稠油水平井雙管柱開采技術(shù)[J].特種油氣藏，2013，20(1)：126-128.

[3] 蘇鑫勇.稠油污水回用鍋爐的實踐與認識[J].特種油氣藏，2007，14(增刊1)：242-244.

[4] 李新學(xué)，林瑞森.油水界面行為對原油乳狀液破乳的影響[J].日用化學(xué)工業(yè)，2001，31(6)：14-15.

[5] 趙華章，高寶玉，岳欽艷.二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC)聚合物的研究進展[J].工業(yè)水處理，1999，19(6)：22-25.

[6] 張躍軍，顧學(xué)芳.二甲基二烯丙基氯化銨與丙烯酰胺共聚物的研究進展[J].精細化工，2002，19(9)：17-20.

[7] 劉瑛，張躍軍，邢云杰.陽離子絮凝劑PDA引發(fā)體系的研究[J].化工時刊，2004，18(3)：23-25.

編輯 王 昱

20150724；改回日期：20150928

中國石油天然氣股份有限公司重大科技專項“遼河油田原油千萬噸持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究”子課題“地面工程配套關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”(2012E-3009)

關(guān)大毅(1971-)，男，工程師，1994年畢業(yè)于浙江大學(xué)化工系化工工藝專業(yè)，現(xiàn)從事油田化學(xué)助劑的科研及開發(fā)工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.06.029

TE992.2

A

1006-6535(2015)06-0126-03