氮氣泡沫驅對原油破乳脫水的影響及對策

李暉

中國石油吐哈油田公司工程技術研究院

隨著采油技術的發(fā)展，氮氣泡沫驅已成為油田提高采收率的有效開發(fā)技術[1]。目前，氮氣泡沫驅技術在吐哈油田魯克沁深層稠油油藏改善水驅開發(fā)效果中取得了良好的增油降水效果，有效地降低了原油自然遞減率和油井含水上升率。2014 年進行氮氣泡沫驅先導試驗，2016年4月擴大試驗區(qū)，已累計增油數(shù)十萬噸。加入的起泡劑經過地面到地下、再到地面這個過程，與原油混合在一起，使得采出的原油乳狀液穩(wěn)定性更高[2]。隨著氮氣泡沫驅技術在油田大面積推廣應用，綜合采出液中氮氣泡沫驅采出液的比例逐年增加，經聯(lián)合站脫水器后原油含水率上升問題隨之凸顯，氮氣泡沫驅采出液的破乳問題日益突出[3]。本文以魯克沁氮氣泡沫驅采出液為研究對象，探究氮氣泡沫驅采出液和起泡劑對聯(lián)合站來液破乳脫水的影響，并優(yōu)化破乳劑和現(xiàn)場工藝，為現(xiàn)場運行提供技術支持。

1 實驗

1.1 儀器與藥品

儀器：OWC-4060型恒速攪拌器（沈陽市固測井石油儀器研究所）；AE240型電子天平（梅特勒-托力多上海儀器有限公司）；HH600 型恒溫水浴鍋（金壇市杰瑞爾電器有限公司）；ZETASIZER-NANO-ZS-90 型激光粒度及Zeta 電位分析儀（英國馬爾文公司）。

藥品：氮氣泡沫驅用起泡劑（工業(yè)級）；破乳劑2#（工業(yè)級）；待評價破乳劑3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#、13#、14#、15#、16#、17#、18#；200#溶劑油（工業(yè)級）。

油樣取自吐哈油田魯中聯(lián)合站和204-31 氮氣泡沫驅單井，原油的物性參數(shù)見表1。

表1 原油性質分析Tab.1 Crude oil property analysis

1.2 實驗方法

1.2.1 原油含水率測定

參照國家標準GB/T 8929—2006《原油水含量的測定（蒸餾法）》測定原油含水量，以樣品所含水的總質量（包括游離水和投加藥劑帶入的水）為基準計算破乳劑的脫水率。

1.2.2 破乳劑評價

參照石油天然氣行業(yè)標準SY/T 5281—2000《原油破乳劑使用性能檢測方法（瓶試法）》，量取100 mL 原油乳狀液于具塞量筒中，放入50 ℃恒溫水浴恒溫5 min 后取出，加入破乳劑，人工振蕩200次，排氣，再置于55 ℃（現(xiàn)場溫度）恒溫水浴中，分別記錄靜置不同時間的脫水量，并觀察油水界面、脫出水顏色及掛壁情況[4]。

2 結果與討論

2.1 氮氣泡沫驅單井采出液對聯(lián)合站原油破乳脫水的影響

氮氣泡沫驅單井204-31 采出液和聯(lián)合站來液均屬于油包水型乳狀液，含水率分別為43.2%、31.5%。取氮氣泡沫驅單井204-31采出液與聯(lián)合站來液按1∶9、2∶8、3∶7 的比例進行破乳實驗，實驗條件55℃，使用現(xiàn)場用破乳劑，質量濃度分別為120、150、180 mg/L，分別讀取10、20、30、60、120 min的脫水數(shù)據(jù)，計算脫水率。

由圖1～圖3 中的實驗結果可以看出，隨著混合油樣中204-31 單井采出液比例的提高，脫水率會逐漸下降。其中純204-31 單井采出液的脫水率最低，其2 h脫水率僅為46.16%，說明氮氣泡沫采出液脫水困難。氮氣泡沫驅采出液與聯(lián)合站來液混合，會影響聯(lián)合站的正常脫水，實驗結果與現(xiàn)場情況吻合。通過圖1、圖2 和圖3 的對比可以看出，隨著破乳劑加藥量的增加，脫水率會逐漸增加，說明現(xiàn)場破乳劑對氮氣泡沫驅采出液部分有效，但破乳劑加藥量增大，脫水時間延長，凈化油含水率上升。主要原因是氮氣泡沫驅采出液中的起泡劑屬于表面活性劑，起到乳化作用，經過注入—驅油—采出的過程[5]，起泡劑的作用導致采出液乳化嚴重，原油乳狀液的穩(wěn)定性增強，脫水率減小[6]。且油樣中膠質和瀝青質含量較高，具有較強的極性和表面活性，吸附在油-水界面上形成具有一定強度的黏彈性膜，給液滴聚集和聚并造成了動力學障礙[7]。

圖1 不同配比在120 mg/L破乳劑濃度下脫水實驗結果Fig.1 Dehydration experiment results at different ratios under 120 mg/L demulsifier concentration

圖2 不同配比在150 mg/L破乳劑濃度下脫水實驗結果Fig.2 Dehydration experiment results at different ratios under 150 mg/L demulsifier concentration

圖3 不同配比在180 mg/L破乳劑濃度下脫水實驗結果Fig.3 Dehydration experiment results at different ratios under 180 mg/L demulsifier concentration

2.2 氮氣泡沫驅起泡劑對聯(lián)合站原油破乳脫水的影響

取聯(lián)合站混合來液，分別加入質量濃度為0、100、150、200 mg/L的起泡劑，在破乳劑質量濃度為120、150、180 mg/L條件下進行破乳實驗，分別讀取10、20、30、60 min 的脫水數(shù)據(jù)，計算脫水率。

由圖4～圖6 中的實驗結果可以看出，起泡劑加藥量越大，原油脫水率越小。在不同破乳劑加藥濃度條件下，聯(lián)合站混合來液中加入質量濃度為100 mg/L起泡劑時原油的脫水率和未加起泡劑時的脫水率相差較小，說明起泡劑質量濃度低于100 mg/L時，對原油的破乳脫水影響較小；當起泡劑質量濃度增加至150 mg/L以上時，脫水率急劇下降，破乳劑質量濃度為120 mg/L，起泡劑質量濃度為200 mg/L 時，60 min 脫水率僅為15.22%。與破乳劑質量濃度為120 mg/L 未加起泡劑的對照組相比，脫水率下降了64.30%。主要由于起泡劑的主要成分是甜菜堿類表面活性劑，吸附在油水界面上，形成界面膜[8]，當起泡劑濃度較低時，界面吸附的起泡劑分子較少，界面膜強度較差，所形成的乳狀液穩(wěn)定性也差[9]。繼續(xù)增加起泡劑的濃度，起泡劑分子在界面上形成一個緊密的界面膜，其強度相應增大，乳狀液珠之間的聚結所受到的阻力增大，形成的乳狀液的穩(wěn)定性增強，導致乳狀液破乳脫水困難，相同條件下，脫水率低[10]。

圖4 破乳劑120 mg/L條件下起泡劑對原油破乳的影響Fig.4 Effect of foaming agent on crude oil demulsification at 120 mg/L demulsifier

圖5 破乳劑150 mg/L條件下起泡劑對原油破乳的影響Fig.5 Effect of foaming agent on crude oil demulsification at 150 mg/L demulsifier

圖6 破乳劑180 mg/L條件下起泡劑對原油破乳的影響Fig.6 Effect of foaming agent on crude oil demulsification at 180 mg/L demulsifier

2.3 破乳劑優(yōu)選

在氮氣泡沫驅采出液中加入不同破乳劑進行破乳脫水實驗。以破乳劑種類為X軸，脫水率和脫出水的含油量為Y軸，作柱狀圖，并對篩選出的破乳劑與現(xiàn)場用破乳劑進行16 h（現(xiàn)場脫水時間）的破乳脫水對比實驗，考察破乳劑在不同階段的脫水能力。

由圖7可以看出，11#空白樣脫水率很低，相同條件下采出液脫水率越高，且脫出水中的含油量越少，則破乳效果越好[11]。8#AR型油溶性破乳劑脫水效果最好，2 h 脫水率為91%，脫出水中含油質量濃度為398 mg/L，脫水率較現(xiàn)場樣提高12%。如圖8所示，8#破乳劑前期脫水速度與水溶性AE型現(xiàn)場樣相當，但后期脫水速度明顯優(yōu)于現(xiàn)場樣，16 h凈化油含水率能降至0.42%。主要由于水溶性破乳劑大部分會隨著脫出的水進入水相，后期破乳沉降的效率較低。改用油溶性破乳劑后，大部分破乳劑會存在油相中，提高了后期破乳脫水效率[12]。實驗優(yōu)選出8#AR 型油溶性破乳劑，針對氮氣泡沫驅采出液，破乳效果優(yōu)于現(xiàn)場樣。

圖7 100 mg/L質量濃度下破乳劑篩選實驗結果Fig.7 Screening experiment results of demulsifier at 100 mg/L mass concentration

圖8 兩種破乳劑靜置沉降破乳效果對比Fig.8 Comparison of demulsification effect of two demulsifiers by static sedimentation

2.4 工藝改進

魯中聯(lián)合站的原油處理工藝中，一級三相分離器的停留時間約為1 h，二級脫水器停留時間約1 h，三級沉降罐停留時間約14 h，整個流程的處理時間16 h?，F(xiàn)場對工藝進行優(yōu)化（圖9），通過將加藥點從脫水器入口調整至三相分離器入口，增加了1 h的破乳劑脫水時間。充分發(fā)揮三相分離器的破乳脫水作用，在三相分離器處切出大部分水，增加破乳劑與原油乳狀液的混合處理時間，減小后續(xù)工藝的脫水壓力。破乳劑優(yōu)化和工藝改進后，能夠降低破乳劑使用量，并使現(xiàn)場處理后原油達到含水率小于0.5%的外輸標準[13]。

圖9 聯(lián)合站工藝流程改進Fig.9 Process flow improvement of multi-purpose station

3 結論

（1）隨著混合油樣中氮氣泡沫驅單井204-31采出液比例的提高，其脫水率逐漸下降。氮氣泡沫驅204-31單井采出液的脫水率最低，其2 h脫水率最低僅為46.16%。氮氣泡沫驅采出液與普通采出液相比更難脫水。氮氣泡沫驅采出液與普通采出液混合會影響普通采出液的破乳脫水。

（2）當?shù)獨馀菽屍鹋輨┵|量濃度低于100 mg/L時，起泡劑對原油破乳的影響不大；當起泡劑質量濃度高于100 mg/L，聯(lián)合站原油脫水率急劇下降。破乳劑質量濃度為120 mg/L條件下，起泡劑質量濃度為200 mg/L時，較空白樣脫水率下降了64.30%。

（3）實驗篩選出的AR 型油溶性破乳劑對氮氣泡沫驅采出液的破乳效果優(yōu)于現(xiàn)場樣，2 h 脫水率為91%，脫出水中含油質量濃度為398 mg/L，脫水率較現(xiàn)場樣提高12%。油溶性破乳劑針對氮氣泡沫驅采出液后期脫水能力更強。

（4）AR 型油溶性破乳劑與改進后的前端加藥工藝相結合，增加藥劑接觸時間，有利于后續(xù)破乳脫水，可以使原油含水率降至0.5%以下，實現(xiàn)原油達標外輸。