低劑量天然氣水合物抑制劑對渤海M油氣田原油破乳脫水的影響＊

程 艷 黃 涇 李支文 王 玉 郭曉男

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司采油技術服務公司； 2.中海石油（中國）有限公司天津分公司）

自1934年Hammersd hmidt在天然氣管道中發(fā)現堵塞管道的天然氣水合物以來，如何抑制水合物的形成就成為油氣開采中需要解決的重要問題之一［1－4］。研究和現場應用表明，加注水合物抑制劑是一種經濟有效的手段。傳統的熱力學抑制劑包括甲醇和乙二醇等，在國內外均廣泛應用，如JZ20－2、21－1油氣田自投產以來就一直采用注入乙二醇與甲醇來防治水合物的生成。然而，熱力學抑制劑通常加注量較大，質量濃度約100～500 g/L［5－6］，成本較高。

近年來，隨著世界石油勘探業(yè)的重點向深海轉移，低劑量抑制劑的研究及應用更是發(fā)展迅速。例如，EXXON、BP、SHELL等石油公司及科研院所開發(fā)了多種抑制劑產品，且有多種工業(yè)產品在英國的北海油田與美國的墨西哥灣、德克薩斯等海上和陸上油氣田進行試驗和現場應用，過冷度達5～10℃，使用質量濃度一般在1～50 g/L，主要產品有聚N－乙烯基己內酰胺（PVCap）、聚N－乙烯基吡咯烷酮（PVP）、聚（N－乙烯基吡咯烷酮/N－乙烯基己內酰胺/N，N－二甲胺甲基丙烯酸乙脂）（VC－713）和聚 N－乙烯基－N－甲基乙酰胺（VIMA）/N－乙烯基己內酰胺（PVCap）等聚合物。與傳統熱力學抑制劑相比，低劑量抑制劑使用成本可降低50%以上，并可大大減少儲存體積和注入容量以及由此產生的大量污水處理問題，使用和維護都很方便［7－8］。

對應于國外知名公司水合物抑制劑產品的應用研究，我國對此類藥劑的研究起步較晚，目前的研究重點放在了抑制劑作用機理研究和藥劑研發(fā)上，對其在油氣勘探開發(fā)過程中的影響和危害的研究也還不深入。受中海油研究總院委托，中海油能源發(fā)展采油技術服務公司承接了低劑量水合物抑制劑的海上配注及處理工藝研究項目，在10～50 g/L的有效抑制質量濃度范圍內，系統分析了動力學抑制劑和阻聚劑兩大類共6種低劑量水合物抑制劑對渤海M油氣田原油破乳脫水的影響，并開展了HY－3和ISP501兩種產品在該油氣田的應用試驗，為低劑量水合物抑制劑的研發(fā)和現場應用積累了經驗。

1 實驗部分

1.1 實驗方法

參照SY/T 5281—2000原油破乳劑使用性能檢測方法（瓶試法）和Q/HS 2020－2003原油破乳劑質量檢測方法。

1.2 實驗原料

（1）渤海M油氣田原油：取自渤海M油氣田海管通球 WHPA的油水混合液，原油物性分析結果為密度848.4 kg/m3，含蠟量13.05%，瀝青質含量0.32%，膠質含量4.42%，凝點22℃，粘度（50℃）為4.168 mPa·s。

（2）低劑量水合物抑制劑：ISP501（乙烯基己內酰胺－乙烯基吡烙烷酮共聚物，有效含量20%）；HY－2（乙烯基吡烙烷酮均聚物，有效含量20%）；HY－3（乙烯基吡烙烷酮均聚物，有效含量20%）；HY－4（脂肪醇聚醚，有效含量20%）；HY－5（烷基胺聚醚，有效含量20%）；HY－6（脂肪醇聚醚和烷基酚聚醚混合物，有效含量20%）。

（3）破乳劑：AP－10（脂肪醇聚醚）。

1.3 實驗儀器

實驗用儀器有TW－12水浴（德國JULABO），25～250μL微量移液器，1、5 mL注射器，自制混合器。

1.4 實驗條件

混合方式用自制混合器，手搖50下；試驗溫度為50℃；破乳劑AP－10加注質量濃度為100 mg/L（以原油總量計），抑制劑加注質量濃度分別為10、30和50 g/L（以含水量計），藥劑的加注均是以微量移液器原液加注。

2 結果分析

2.1 動力學抑制劑對原油破乳脫水的影響

實驗中考察了3種動力學抑制劑ISP501、HY－2、HY－3對渤海M油氣田原油破乳脫水的影響，重點觀察一定時間下的脫水率、脫水水色及油水界面，實驗結果見表1。

從表1可以看出：當加注質量濃度分別為10、30 g/L時，3種動力學水合物抑制劑對渤海M油氣田原油破乳脫水基本沒有影響；當動力學水合物抑制劑加注質量濃度增加到50 g/L時，乳化趨勢增強，但不影響油水分離速度和水色。分析認為：由于這3種動力學抑制劑均為高分子聚合物，水溶性較強，在油水混合體系中幾乎全部進入水體中，但也會有少量分布在油水界面上，且隨著抑制劑加注質量濃度的增加，藥劑對原油有一定的乳化作用。

2.2 阻聚劑對原油破乳脫水的影響

實驗中考察了3種阻聚劑 HY－4、HY－5、HY－6對渤海M油氣田原油破乳脫水的影響，實驗結果見表2。

表1 動力學抑制劑對渤海M油氣田原油破乳脫水的影響實驗結果（含水率5%）

表2 阻聚劑對渤海M油氣田原油破乳脫水的影響實驗結果（含水率5%）

從表2可以看出，3種不同阻聚劑對渤海M油氣田原油破乳脫水影響不同：HY－4對原油破乳脫水基本沒有影響；HY－6嚴重影響到原油的油水分離，隨著加注質量濃度的增加，油水乳化的趨勢加重；HY－5則使得原油在油水分離過程中產生大量的絮狀物。分析認為：這3種阻聚劑雖均為聚醚類產品，但存在分子結構差異。其中，HY－6有弱親油性，有一定表面活性，對油水有乳化作用；HY－4為直鏈型結構，幾乎無親油性，表面活性較差，乳化能力弱；HY－5為支鏈型結構，具有中等親油性，具有一定的破乳作用，但同時在原油和水中的分散性均不足，相當部分進入水相形成絮體。

2.3 破乳劑與水合物抑制劑的復配使用

實驗將破乳劑AP－10與6種抑制劑分別配合使用，觀察渤海M 油氣田原油的破乳脫水效果，實驗結果見表3。

表3 破乳劑與水合物抑制劑復配使用對渤海M油氣田原油破乳脫水的影響實驗結果（含水率5%）

從表3可以看出：破乳劑AP－10和3種動力學抑制劑具有很好的配伍性，能很好地消除動力學抑制劑對油水分離過程中油水界面的影響，但不能消除阻聚劑HY－5和HY－6對渤海 M油氣田原油破乳脫水的影響。

此外，實驗中還考察了6種抑制劑在2%、5%和10%含水率條件下對渤海M油氣田原油破乳脫水的影響。實驗結果表明：在低含水率（2%）和高含水率（10%）條件下抑制劑對原油破乳脫水的影響結果與中含水率（5%）條件下一致。

3 現場試驗

2010年11月至2011年1月，在渤海M油氣田φ203.2 mm 14.3 km油氣水多相流海管中進行了動力學水合物抑制劑ISP501和HY－3的現場試驗。試驗期間，維持甲醇質量濃度700 mg/L和動力學抑制劑（ISP501或HY－3）質量濃度20 g/L（此質量濃度選取綜合了本文實驗、THF法測試、藍寶石釜模擬測試及循環(huán)管路試驗結果），對該油氣田的油水處理系統沒有產生負面影響，原油處理合格，外排污水處理達標。

4 結論

（1）動力學抑制劑對渤海M油氣田原油的油水分離基本沒有影響，而對油水界面有影響，且影響程度隨著動力學抑制劑的增加而增加。

（2）阻聚劑對渤海M油氣田原油油水分離的影響程度與阻聚劑分子結構類型有關，不同的分子結構類型對油水分離的影響不同。

（3）破乳劑AP－10與3種動力學抑制劑具有很好的配伍性，能很好地消除動力學抑制劑對渤海M油氣田原油油水分離過程中油水界面的影響，但不能消除HY－5和HY－6兩種阻聚劑對該油氣田原油破乳脫水的影響。

（4）現場試驗結果表明，ISP501和 HY－3兩種動力學抑制劑對渤海M油氣田的油水處理系統未產生負面影響，原油處理合格，外排污水處理達標。

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