超稠油采出液預脫水劑PDB-II研制與應用

關大毅

(中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

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超稠油采出液預脫水劑PDB-II研制與應用

關大毅

(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脫水劑PDB-II。室內實驗顯示該預脫水劑具有良好的油水分離效果，與破乳劑有良好的協同效應，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的預期效果。預脫水劑PDB-II已成功應用于SAGD中試試驗站，現場應用該預脫水劑試驗結果表明，在與室內實驗溫度、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，可滿足生產設計要求。該預脫水劑的研制成功填補了該領域國內空白，對SAGD技術的大規模推廣具有極其重要的意義。

超稠油采出液；預脫水劑；油水分離；SAGD中試試驗站；杜84塊

0 引 言

SAGD技術是一種提高采收率的有效方法，自曙一區杜84塊館陶油層開展先導試驗以來，對該技術的研究和應用已經取得了很大進步[1-2]。SAGD開采方式使原油采出液呈高溫高壓狀態(溫度一般為150～180 ℃，壓力約為1.3 MPa)，館陶油層膠質及瀝青質含量高，且攜帶大量的泥沙等懸浮物，使采出液乳化程度復雜，乳化液十分穩定[3-4]。因此，館陶油層SAGD采出液油水分離處理技術已成為制約曙一區SAGD產能的主要瓶頸。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，開發出耐高溫預脫水劑，實施預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技術在油田現場的規模化應用具有重要的現實意義。

1 館陶油層SAGD采出液預脫水劑PDB-II技術原理及實驗

1.1 技術原理

杜84塊館陶油層SAGD采出液的復雜性決定了適用的預脫水劑應具備3個突出的特點：具有與采出液相適應的分子結構及官能團、較高的離子化度以及適宜的分子質量。

目前原油采出液預脫水劑普遍應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，但產品分子結構單一，所含官能團有限[5-6]。在此基礎上，利用共聚法合成出具有特定分子質量、結構、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的分子結構及官能團、較高的離子化度、適宜分子質量的預脫水劑。

1.2 預脫水劑的制備

1.2.1 預脫水劑的制備方法

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，用氮氣置換反應釜中的空氣后，加入一定量引發劑A、B，攪拌均勻，在一定溫度下進行聚合反應，反應結束后，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量的大小。之后在帶攪拌的反應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2 h后加入四乙烯五胺溶液，在65～70 ℃溫度下反應3 h，之后降溫至25 ℃以下，滴加定量季胺化劑，滴加完畢反應2 h即得PDB-II系列膠體產品。將膠體型聚合物經干燥、切碎等工藝過程可得到干粉型產品。預脫水劑的主要性能及規格見表1。

表1 預脫水劑主要性能及規格

1.2.2 聚合工藝參數對產品分子質量的影響

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

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

1.3 預脫水劑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開發有限公司生產的預脫水劑，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

將取自現場匯管的館陶油層SAGD超稠油采出液(館平11、12已轉SAGD開發見效井組采出液及3號計量接轉站綜合采出液)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超稠油采出液的預脫水效果顯著，明顯優于PDB-I的預脫水效果。該現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的難度，同時，在高溫條件下PDB-I分子鏈部分斷裂導致PDB-I理化性能改變。可見，應用PDB-II經預脫水實驗，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%，效果明顯優于正常生產所要求的凈化油含水低于20%的指標。

1.4 預脫水劑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。許多性能優良的反相破乳劑因應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 不同破乳劑與預脫水劑PDB-II的配伍性

預脫水劑PDB-II與破乳劑有良好的配伍性。

1.5 中試放樣

預脫水劑PDB-II的配方是在室內合成樣品，在對現場采出液進行破乳、凈水實驗及與破乳劑復配脫水實驗的基礎上優選而確定的。按照PDB-II的合成條件及原料配比，中試放樣共計生產12 t產品，中試產品性能指標見表5。

表5 中試產品性能指標

2 現場應用效果

2.1 現場概況

2014年7月上旬，將高溫預脫水劑應用于杜84塊館陶油層SAGD超稠油產出液高溫脫水工藝中試試驗站。以館平11、12井已轉SAGD開發見效井組采出液及3號計量接轉站綜合采出液為處理研究對象，生產設計預脫水工藝參數為：在預脫水溫度為150～160 ℃、系統操作壓力為0.95～1.05 MPa、預脫水劑加入量為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 ℃，經一段換熱器換熱達到150～160 ℃后加入預脫水劑進入一段分離器進行預脫水，經預脫水工序處理后的原油及污水進入后續工序處理。中試試驗站工藝設計規模為480 m3/d(液量)，設計預脫水劑加藥量為300 mg/L，一段分離器為預脫水器。

2.2 現場試驗

中試試驗自2014年7月5日開始至2014年7月15日結束，歷時11 d。試驗期間嚴格按生產設計的預脫水溫度、系統操作壓力、預脫水劑加入量及預脫水劑作用時間運行。具體試驗數據見表6。

表6 SAGD超稠油采出液預脫水劑現場試驗效果

2.3 現場中試效果分析

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，在預脫水溫度為150～160 ℃、預脫水劑加入量為300 mg/L的條件下，館陶油層SAGD超稠油采出液經一段預脫水工藝，預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。表明預脫水劑PDB-II在高溫條件下具有良好的熱穩定性和油水分離性能 。這是由于特殊的制備方法賦予預脫水劑PDB-II特定的分子結構，使其具有較高的耐溫能力，而較高的離子度、適宜的分子質量及官能團使其具備了良好的油水分離性能；在設計的預脫水工藝參數下，能夠滿足脫水后凈化油含水率低于20%的生產要求，中試試驗結果與室內模擬實驗結果符合。

3 結 論

(1) 針對曙一區杜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定性的耐高溫預脫水劑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) 預脫水劑PDB-II現場使用效果顯著，在預脫水溫度為150～160 ℃、加藥量為300 mg/L、作用時間為3 h的現場條件下，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) 耐高溫預脫水劑PDB-II的研制成功填補了國內該領域空白，對曙一區杜84塊館陶油層SAGD技術的大規模推廣具有極其重要的現實意義。

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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穩產關鍵技術研究”子課題“地面工程配套關鍵技術研究與應用”(2012E-3009)

關大毅(1971-)，男，工程師，1994年畢業于浙江大學化工系化工工藝專業，現從事油田化學助劑的科研及開發工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.06.029

TE992.2

A

1006-6535(2015)06-0126-03