新型低劑量水合物防聚劑氣田配伍性評價實驗研究

陳紹凱，龐維新，姚海元，李清平，程 艷

(1.中海油研究總院，北京 100028； 2.中海油能源發(fā)展股份有限公司采油技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300452)

新型低劑量水合物防聚劑氣田配伍性評價實驗研究

陳紹凱1，龐維新1，姚海元1，李清平1，程 艷2

(1.中海油研究總院，北京 100028； 2.中海油能源發(fā)展股份有限公司采油技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300452)

水合物是油氣輸送特別是深水氣田開發(fā)過程中不得不面臨的重要問題。水合物防聚劑(AA)是解決氣田水合物堵塞的一種新思路，它可以防止水合物在管道中聚結(jié)而引起的堵塞。針對中國海上油氣特性，開發(fā)了一種水合物防聚劑。為了保證該防聚劑的加入不影響現(xiàn)場生產(chǎn)，在完成室內(nèi)作用效果評價后，進行了現(xiàn)場測試前的配伍性評估實驗，研究了該防聚劑對目標(biāo)氣田的腐蝕、結(jié)垢、水處理、原油脫水等流程的影響，結(jié)果表明該產(chǎn)品不影響目標(biāo)氣田的現(xiàn)有工藝，可以在目標(biāo)氣田試用。

水合物；防聚劑；配伍性；評估

0 引 言

隨著海上油氣田開發(fā)深度的不斷增加，油氣輸送管線中的水合物堵塞問題已經(jīng)成為流動安全專業(yè)不得不面對的一個重要問題[1]。目前，為抑制水合物生成以確保管輸安全，油氣田開發(fā)中常向管線中注入水合物抑制劑。

水合物抑制劑分為熱力學(xué)抑制劑和低劑量抑制劑兩類。傳統(tǒng)的熱力學(xué)抑制劑如甲醇和乙二醇等應(yīng)用廣泛，但是具有用量大、成本高或回收再生工藝復(fù)雜等缺點。而低劑量抑制劑由于其用量小、成本低和環(huán)保等優(yōu)點，成為近年來新的研究熱點[2]。數(shù)年來，中海油一直致力于低劑量抑制劑的研發(fā)，在大量實驗研究及工作經(jīng)驗總結(jié)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種防聚劑HYA-1[3]。本文對該防聚劑在目標(biāo)氣田(X氣田)應(yīng)用的配伍性評估情況進行了研究，通過室內(nèi)實驗分析了該防聚劑的穩(wěn)定性、與防蠟劑的配伍性，并研究了其對X氣田水結(jié)垢性、X氣田水腐蝕性、原油脫水、污水處理等方面的影響。

1 水合物防聚劑配伍性實驗

為應(yīng)對氣田現(xiàn)場的復(fù)雜條件，本文針對新開發(fā)的水合物防聚劑HYA-1，在完成室內(nèi)防聚效果評價后和進行現(xiàn)場實驗前，與X氣田常用的一些化學(xué)藥劑進行了配伍性實驗研究，以確保加入的防聚劑不會影響該氣田的正常生產(chǎn)及流程運行。

1.1 穩(wěn)定性實驗

為評估防聚劑在不同溫度下的穩(wěn)定性，實驗分別考察了4 ℃和60 ℃時HYA-1的作用效果，如圖1所示。結(jié)果表明，HYA-1雖然存在一定的分層現(xiàn)象，但在實驗評價的溫度范圍內(nèi)，其作用效果保持穩(wěn)定。

圖1 4 ℃和60 ℃時HYA-1穩(wěn)定性Fig.1 Stability of HYA-1 at 4 ℃ and 60 ℃

1.2 與防蠟劑的配伍性

針對目標(biāo)氣田中原油含蠟量較高的現(xiàn)狀，為同時達到防止水合物和析蠟的目的，經(jīng)多次實驗篩選出一種防蠟劑，與HYA-1按照3∶1的比例混合，可以同時防止蠟析出和水合物聚結(jié)。實驗結(jié)果如圖2所示。

1.3 對X氣田水結(jié)垢性的影響

為驗證防聚劑對氣田水結(jié)垢性的影響，取一定量的氣田現(xiàn)場水溶液，經(jīng)測定其Ca2+濃度為1 568 mg/L，Mg2+濃度為217.58 mg/L。參照SY/T 5673—93《氣田用防垢劑性能評定方法》，將氣田現(xiàn)場水溶液在65 ℃水浴中恒溫，通CO2氣體30 min達到飽和狀態(tài)，加入一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水合物抑制劑，攪拌均勻后加塞密閉，再置于65 ℃烘箱中恒溫25 h。實驗后水樣經(jīng)過濾、冷卻，測定水中鈣、鎂離子的含量，通過水中成垢離子(Ca2+、Mg2+)濃度的變化考察水合抑制劑對氣田水結(jié)垢性質(zhì)的影響。加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)防聚劑HYA-1的實驗評價結(jié)果見表1。

表1 HYA-1對X氣田水結(jié)垢性的影響Table 1 Effect of HYA-1 on scaling of X gas field water

實驗后水樣中離子含量與實驗前水溶液中離子含量的比值為離子保有率，Ca2+和Mg2+的保有率隨HYA-1質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化的曲線如圖3所示。實驗結(jié)果表明，對于該評價體系，加入HYA-1后，Ca2+的保有率有明顯的提高，且隨著HYA-1質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而增大；HYA-1對Mg2+保有率的影響無規(guī)律，當(dāng)HYA-1質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.5%和2%時有所提高，但在1%、3%、5%時又有所下降。

1.4 對X氣田水腐蝕性的影響

為研究防聚劑的加入對目標(biāo)氣田管線等設(shè)施的腐蝕影響，參照SY/T 5273—2000《氣田采出水用緩蝕劑性能評價方法》，采用靜態(tài)掛片法評價了HYA-1對目標(biāo)氣田水腐蝕性的影響。

取氣田現(xiàn)場水，加一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的防聚劑攪拌均勻后，在50 ℃水浴中恒溫30 min，同時通氮氣除氧，將已稱重的A3碳鋼試片掛入瓶中，密封后置于50 ℃烘箱中。168 h后取出試片，經(jīng)清洗、干燥處理后再稱重，根據(jù)試片的質(zhì)量損失計算平均腐蝕速率。同時進行空白實驗，結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，X氣田現(xiàn)場水的腐蝕性不強，防聚劑會加重氣田水的腐蝕性，但也遠低于0.075 mm/a的國家規(guī)定腐蝕控制標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 Ca2+和Mg2+的保有率曲線Fig.3 Retaining rates of Ca2+and Mg2+

表2 HYA-1對氣田水腐蝕性的影響Table 2 Effect of HYA-1 on corrosion of X gas field water

1.5 對原油脫水的影響

為明確防聚劑的加入對目標(biāo)氣田原油脫水效果的影響，向100 mL的脫水瓶中加入80 mL含水原油，含水率為5%，在52 ℃下進行恒溫脫水實驗，評估防聚劑對X氣田原油脫水的影響。實驗結(jié)果如表3所示。

表3 HYA-1對原油脫水的影響Table 3 Effect of HYA-1 on crude gas dehydration of X gas field

從結(jié)果可以看出，抑制劑的加入濃度較低時，可少量地促進原油脫水，但是其脫水效果并不理想，而當(dāng)抑制劑的加入濃度升高到5%時，原油脫水效果又變差。經(jīng)多次實驗，篩選出一種破乳劑AP，與HYA-1混合使用，結(jié)果如表4所示。對比表3和表4可見，加入破乳劑AP后可有效提高原油的脫水效率。

表4 HYA-1與破乳劑AP混合使用后的脫水實驗數(shù)據(jù)Table 4 Crude oil dehydration data after mixing HYA-1 and demulsifier AP for X gas field

1.6 對污水處理的影響

加入的防聚劑經(jīng)過平臺工藝處理后，最終會進入污水處理系統(tǒng)。為分析防聚劑的加入對目標(biāo)氣田污水處理系統(tǒng)的影響，進行了該項實驗。初始實驗評估表明，加入3%的HYA-1對污水處理有不利的影響，水中含油量高達1 790 mg/L。經(jīng)多次實驗，最終篩選出4種清水劑，與防聚劑HYA-1混合使用，可達到較好的污水處理效果。實驗結(jié)果如表5所示。

表5 HYA-1與清水劑配伍實驗數(shù)據(jù)Table 5 Data of compatibility between HYA-1 and water clarifier

2 結(jié) 語

為防止加入新開發(fā)的水合物防聚劑對現(xiàn)有工藝流程造成影響，在現(xiàn)場測試前進行了配伍性評估實驗，該研究過程是抑制劑從實驗室走向現(xiàn)場應(yīng)用必不可少的一步。實驗研究了該防聚劑對目標(biāo)氣田的腐蝕、結(jié)垢、水處理、原油脫水等流程的影響。結(jié)果表明該產(chǎn)品性能穩(wěn)定，對目標(biāo)氣田的防腐和結(jié)垢影響小，對原油脫水和水處理工藝雖然有一定的影響，但可以找到合適的化學(xué)藥劑與之配伍從而解決問題，不影響目標(biāo)氣田的現(xiàn)有生產(chǎn)，可在目標(biāo)氣田試用。實驗結(jié)果為抑制劑的現(xiàn)場應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

[1] Sloan E-D, Koh C-A. Clathrate Hydrates of Natural Gases (Third Edition)[M]. New York: Taylor & Francis,2007.

[2] Sloan E-D, Koh C-A. Sun A-K.Hydrate flow assurance state-of-the-art[C]. Proceedings of the 7th International Conference on Gas Hydrates,2011.

[3] Yao H-Y, Li Q-P, Chen G-S, et al. A preliminary study on hydrate anti-agglomerant applied in multiphase flow pipeline[C]. Proceedings of the 7th International Conference on Gas Hydrates,2011.

ExperimentalStudyonCompatibilityofaNewAnti-AgglomerantinGasField

CHEN Shao-kai1, PANG Wei-xin1, YAO Hai-yuan1, LI Qing-ping1, CHENG Yan2

(1.CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China;2.CNOOCEnergyTechnology&Services-OilProductionServicesCompany,Tianjin300452,China)

Hydrate is an important issue that the flow assurance has to face in the oil and gas industry, especially in the deepwater area. Anti-agglomerant (AA) has been increasingly used as a cost-effective technology for gas hydrate control. AA can prevent the agglomeration and plug of hydrate particles in the pipeline. According to the properties of oil and gas of South China Sea, a new AA is developed. After the performance evaluation, compatibility experiments are performed before the field test in order to deal with the complex conditions of aimed gas field, so as to ensure the addition of AA will not affect the normal operation of aimed gas field. The results of compatibility experiments indicate that this AA meets the requirements of field test.

hydrate; anti-agglomerant; compatibility; evaluation

2015-09-30

國家科技重大專項(2011ZX05026-004)

陳紹凱(1983-)，男，工程師，主要從事海洋油氣工藝處理方面的研究及設(shè)計工作。

TE869

A

2095-7297(2015)05-0292-04