風(fēng)城油田SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液處理技術(shù)

霍 進(jìn)，陳 賢，桑林翔，陳弘毅，李學(xué)軍

(中油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

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風(fēng)城油田SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液處理技術(shù)

霍 進(jìn)，陳 賢，桑林翔，陳弘毅，李學(xué)軍

(中油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

風(fēng)城油田SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液使用常規(guī)破乳藥劑無(wú)法實(shí)現(xiàn)油水分離，進(jìn)入稠油處理站后，易造成凈化原油含水升高、脫出污水凈化困難。通過(guò)物性分析、顯微照相和Zeta電位測(cè)定等手段研究了循環(huán)預(yù)熱采出液的穩(wěn)定機(jī)理，認(rèn)識(shí)了循環(huán)預(yù)熱采出液的膠體分散特性，并研制出復(fù)合凈水藥劑進(jìn)行破膠，結(jié)合工藝優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了循環(huán)預(yù)熱采出液的油水分離、浮油脫水和污水凈化，形成了“汽液分離+噴淋降溫+油水分離+浮油回收”的循環(huán)預(yù)熱采出液處理工藝技術(shù)。該技術(shù)為SAGD規(guī)模開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)保障，為同類(lèi)油藏的開(kāi)發(fā)提供了借鑒。

SAGD；循環(huán)預(yù)熱；穩(wěn)定機(jī)理；采出液處理；風(fēng)城油田

引 言

雙水平井SAGD開(kāi)發(fā)分為循環(huán)預(yù)熱和采油2個(gè)階段[1-2]。循環(huán)預(yù)熱階段一般為3～6個(gè)月，最長(zhǎng)可達(dá)10個(gè)月，目的是實(shí)現(xiàn)注汽井和采油井之間的熱連通和水力連通。在循環(huán)預(yù)熱階段，注汽井和采油井各自通過(guò)長(zhǎng)管注汽，短管或套管排液，返排出的油、泥水混合物即為SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液(以下簡(jiǎn)稱(chēng)循環(huán)液)[3-4]。

隨著風(fēng)城油田SAGD開(kāi)發(fā)規(guī)模的擴(kuò)大，循環(huán)液的產(chǎn)量也不斷增加。循環(huán)液的性質(zhì)不同于蒸汽吞吐采出液[5]，SAGD采油階段采出液[6]也不同于超稠油污水[7]，兩者使用常規(guī)破乳劑不能實(shí)現(xiàn)油水分離，其處理難題成為阻礙SAGD規(guī)模開(kāi)發(fā)的“瓶頸”。雖然SAGD技術(shù)在加拿大等國(guó)家已經(jīng)發(fā)展成熟并被廣泛應(yīng)用[8-11]，但關(guān)于SAGD循環(huán)液的處理技術(shù)卻鮮有報(bào)道，國(guó)內(nèi)對(duì)SAGD循環(huán)液的物性及穩(wěn)定機(jī)理無(wú)系統(tǒng)的研究，循環(huán)液的處理技術(shù)也屬空白。

1 循環(huán)液物性分析

采出的循環(huán)液溫度高(180～220℃)、攜汽量大(蒸汽體積分?jǐn)?shù)占20%～50%)、泥砂含量高(0.1%～5.0%)，脫汽后為不透明深褐色液體，室溫靜置30 d亦無(wú)明顯油水分離和泥砂沉淀，表現(xiàn)出很強(qiáng)的動(dòng)力穩(wěn)定性，與蒸汽吞吐采出液的油水乳化形態(tài)有明顯差異(圖1)。

圖1 初期循環(huán)液(左)、中后期循環(huán)液(中) 以及蒸汽吞吐采出液(右)照片

循環(huán)液分離原油的膠質(zhì)含量大于20%，50℃黏度為67 800 mPa·s，密度為0.957 0 g/mL，黏度高，密度大，不利于循環(huán)液油水分離。另外，循環(huán)液油滴、泥砂粒徑小(主要分布在2 μm以下)，泥質(zhì)顆粒分布在油滴的油水界面上(圖2)，增加了循環(huán)液的穩(wěn)定性，加大了油水分離難度。

對(duì)處于不同階段的SAGD井進(jìn)行取樣，測(cè)定循環(huán)液的Zeta電位值，結(jié)果見(jiàn)表1。初期循環(huán)液的Zeta電位為-70 mV左右，表現(xiàn)出極強(qiáng)的穩(wěn)定性；中后期循環(huán)液的Zeta電位為-30 mV左右，開(kāi)始變得不穩(wěn)定；采油階段的井組采出液Zeta電位則為-10 mV左右，不穩(wěn)定[12]。Zeta電位分析表明：隨著循環(huán)時(shí)間延長(zhǎng)，循環(huán)液的穩(wěn)定性降低；循環(huán)液具有膠體分散特性，分散質(zhì)點(diǎn)存在雙電層結(jié)構(gòu)，靜電排斥是其穩(wěn)定的重要原因。

圖2 SAGD循環(huán)液顯微照片(左)和局部放大照片(右) 表1 不同階段循環(huán)液的Zeta電位

循環(huán)液樣品階段Zeta電位值/(mV)3016井循環(huán)初期-70.23017井循環(huán)初期-75.53018井循環(huán)初期-68.8101井循環(huán)中后期-29.5113井循環(huán)中后期-32.2SAGD循環(huán)液試驗(yàn)站早期與中后期混合-55.6SAGD采出液處理站采油階段-6.9

2 循環(huán)液處理藥劑篩選

2.1 復(fù)合凈水劑

隨著對(duì)循環(huán)液膠體特性的認(rèn)識(shí)，開(kāi)展了破膠實(shí)驗(yàn)。向循環(huán)液中加入稀鹽酸、飽和食鹽水、氯化鈣和凈水劑等電解質(zhì)后均有大量污油析出。其中，凈

水劑的除油效果較好，配合助凝劑還能凈化脫出污水。為了滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用對(duì)耐溫、腐蝕等性能的要求，研制了以陽(yáng)離子型凈水劑為主體的復(fù)合凈水劑，循環(huán)液除油效果如表2所示。復(fù)合凈水劑加藥

表2 復(fù)合凈水劑對(duì)循環(huán)液除油效果

濃度升高，除油率增加，污水含油降低。初期循環(huán)液加藥濃度為500 mg/L，除油率達(dá)到99%，污水含油為112 mg/L；后期循環(huán)液加藥濃度為900 mg/L，除油率達(dá)到99%，污水含油為260 mg/L。說(shuō)明復(fù)合凈水劑能達(dá)到SAGD循環(huán)液油水分離目的，污水滿足進(jìn)入常規(guī)水處理系統(tǒng)的指標(biāo)要求。

使用復(fù)合凈水劑處理SAGD循環(huán)液，必須合理控制加藥量。若加藥不足，除油率低且污水含油不達(dá)標(biāo)；若加藥過(guò)量，泥質(zhì)絮體混入油相增大了浮油脫水難度。因此，嘗試兩段式投加復(fù)合凈水劑處理循環(huán)液，與一段式相比，污水凈化效果相當(dāng)，但上層浮油的泥和水含量更低(表3、4)。

表3 不同方式投加凈水劑處理循環(huán)液的效果

表4 浮油熱化學(xué)脫水結(jié)果

2.2 污油破乳劑

浮油中含有大量的泥質(zhì)絮體，體積蓬松、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，裹攜一定量的水進(jìn)入油相，導(dǎo)致浮油含水較高；泥質(zhì)顆粒吸附在油水界面，增加了界面膜的機(jī)械強(qiáng)度，阻礙水滴相互聚并，對(duì)浮油乳狀液的穩(wěn)定性起到保護(hù)作用。采用污油破乳劑能實(shí)現(xiàn)浮油脫水，污油破乳劑由有機(jī)弱酸和聚醚型破乳劑復(fù)配而成，有機(jī)弱酸組分使泥質(zhì)絮體的外界呈微酸性，導(dǎo)致絮體“解絮”，破壞其穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；聚醚組分頂替油水界面的乳化物質(zhì)，降低界面張力和界面膜強(qiáng)度，使水滴相互聚結(jié)沉降。現(xiàn)場(chǎng)采用污油破乳劑對(duì)循環(huán)液浮油進(jìn)行脫水，加2 000 mg/L污油破乳劑，熱化學(xué)沉降91 h，含水由32%下降至5%，達(dá)到預(yù)期的脫水目標(biāo)(表4)。

3 循環(huán)液現(xiàn)場(chǎng)處理工藝試驗(yàn)

SAGD循環(huán)液采出溫度高、攜汽量大，首先進(jìn)行汽液分離，分離的蒸汽換熱后回收冷凝水，高溫循環(huán)液經(jīng)噴淋降溫、加藥沉降實(shí)現(xiàn)油水分離，后端再進(jìn)行浮油及污水深度處理，形成了“汽液分離+噴淋降溫+油水分離+浮油回收”處理工藝。2013年6月投產(chǎn)了循環(huán)液試驗(yàn)處理站，設(shè)計(jì)處理能力為1 000 m3/d。

循環(huán)液在沉降罐中油水分離，上部浮油翻入浮油罐，浮油含水為30%～40%，采用污油破乳劑，單獨(dú)熱化學(xué)沉降至表層原油含水不高于2%，與一號(hào)稠油聯(lián)合處理站的凈化原油混摻外輸；下部污水加凈水劑和助凝劑混合反應(yīng)，出水含油、含懸浮不高于200 mg/L(圖3)，進(jìn)入一號(hào)稠油聯(lián)合處理站的污水處理系統(tǒng)。截至2014年3月，試驗(yàn)站累計(jì)處理循環(huán)液87 000 m3，回收污水72 000 m3，回收凈化原油2 400 m3。

圖3 循環(huán)液污水處理效果圖

4 結(jié) 論

(1) 物性分析說(shuō)明SAGD循環(huán)液具有顯著的膠體分散特性，其穩(wěn)定機(jī)理是黏土顆粒分布在細(xì)小油滴的油水界面上，形成了雙電層結(jié)構(gòu)，電排斥作用阻礙了油滴的聚并，加大了油水分離難度。

(2) 復(fù)合凈水劑中的陽(yáng)離子組分能高效中和

黏土顆粒所帶負(fù)電荷，消除電排斥作用，實(shí)現(xiàn)循環(huán)液的油水分離。兩段式投加復(fù)合凈水劑，輔以助凝劑處理循環(huán)液，可兼顧后續(xù)浮油脫水和污水回收。

(3) 投產(chǎn)了1 000 m3/d循環(huán)液試驗(yàn)處理站，形成了“汽液分離+噴淋降溫+油水分離+浮油回收”的循環(huán)液處理工藝，為SAGD規(guī)模開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)保障。

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編輯 林樹(shù)龍

20141226；改回日期：20150408

國(guó)家油氣重大專(zhuān)項(xiàng)“蒸汽輔助重力泄油提高采收率技術(shù)”(2011ZX05012-001)

霍進(jìn)(1967-)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，1990年畢業(yè)于西南石油大學(xué)地質(zhì)工程專(zhuān)業(yè)，2005年畢業(yè)于該校油氣田開(kāi)發(fā)專(zhuān)業(yè)，獲博士學(xué)位，《特種油氣藏》編委，現(xiàn)從事油氣田開(kāi)發(fā)研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.039

TE866

A

1006-6535(2015)03-0148-03