聚丙烯酰胺膠體配注工藝評價

范洪娟

大慶油田有限責任公司第六采油廠

隨著油田開發,干粉聚合物需求量逐年增加,聚丙烯酰胺形成膠體后,還需經過造粒、干燥、研磨和篩分等生產環節,才能形成現場應用的聚合物干粉[1].若將聚合物膠體運至配制站經過粉碎造粒后直接用于配制聚合物溶液,省去造粒以后工序,可降低聚合物生產過程70%的以耗,提高產能20%左右,每噸聚合物采購成本可節約300多元[2].前期室內評價試驗中,相對分子質量為2.5X107的抗鹽聚合物膠體和相對分子質量為1.2X107的中分聚合物膠體,通過粉碎機粉碎成粒徑為2~4 mm的顆粒后,經過2~3 h攪拌(400~600 r/min)后可完全溶解.

1 現場聚合物膠體配注工藝流程

圖1 膠粒直接應用技術的礦場試驗流程Fig.1 Mine test flow for colloidal direct application technology

聚合物膠體現場配注試驗在大慶油田北東塊的原泡沫驅試驗配制站中進行.該站內原配備有分散裝置1套、熟化罐4座、轉輸泵2套、氨氣回收裝置1臺、單泵單井注聚泵6臺,新增加聚合物膠體造粒裝置1套.聚合物膠體配制采用圖1中所示的造粒-分散-熟化-外輸短流程工藝.

聚合物膠體配制工藝具有兩個特點:①上料工藝特殊,因為在形態上,與常規聚合物呈干粉狀不同,聚合物膠體呈膠狀,含有約65%的水分,因此,運輸上需要采用密封箱式貨車,上料時直接傾倒進地面設置的大料箱內;②需要增加造粒工藝,造粒機采用大慶煉化公司研制的小型膠體造粒機,要求顆粒粒徑在1~4 mm的范圍內.

聚合物膠體造粒設備由料倉、計量螺桿、膠體粉碎機和輸料風機組成.聚合物膠條通過汽車運輸進入料箱,然后通過計量螺桿泵輸送到膠體粉碎機中粉碎到要求的粒徑,再通過輸料風機進入分散裝置進行溶解,到熟化罐中進行熟化.與圖2中所示的干粉配注工藝相比,聚合物膠體配注工藝增加了造粒裝置.

圖2 干粉配注流程Fig.2 Flow of dry powder injection and allocation

2 聚合物膠體配制效果評價

與常規的聚合物干粉配注工藝相比,膠體直供試驗需要對新增加的設備進行評價,因此,除了分析常規的配注站指標外,還需要對造粒設備進行評價,包括能耗、用工成本及造粒設備的運行效果[3].

聚合物膠體現場配注試驗于2018年1月開始,采用罐車運輸、料倉儲存、自動上料工藝,實現了卸料、造粒、分散、熟化、外輸等一體化自動控制.試驗連續運行100 d,累計配注聚合物膠體615.6 t,外輸母液4.5X104m3,每天配注聚合物膠體7 t,外輸母液480 m3/d,達到設計要求.

由圖3中聚合物母液中的聚合物濃度曲線可見,聚合物母液配制濃度誤差控制在±5%之內,配注精度達到了要求.

圖3 聚合物母液中的聚合物濃度曲線Fig.3 Polymer concentration curve in polymer mother solution

試驗過程中平均每10 d對粗細過濾袋進行一次開罐檢查和稱重,確定其中截留物的質量來評價聚合物膠體的分散狀況.發現聚合物膠體配制溶液中的不溶物多于常規聚合物干粉配制溶液,其主要原因為聚合物膠體中含有大量水分,容易聚集成坨,這種聚集體被輸送到分散裝置中后不能完全溶解,因此會出現大量的不溶物黏團.

通過對造粒設備各部分的運行情況進行分析,發現粉碎機與輸料風機之間由軟管連接,軟管存在褶皺,存在積料的情況,特別是兩次啟機中間更容易積料,前一次聚集的膠粒又阻擋了下一次的膠粒,從而越聚越多,形成膠粒團,被輸送進分散裝置,不能完全分散,熟化不徹底,造成母液中存在不溶物,被攔截在過濾袋中[4].

聚合物膠體配注試驗中釋放出的氨氣為膠體中殘留的少量氨,釋放氨氣的環節包括膠體卸料、粉碎、輸送和溶解過程[5].試驗中采用的聚合物膠體配注設備安裝有氨氣吸收裝置,運輸過程中采用12 t或9 t載重卡車,卸料過程中箱體直接與膠體粉碎設備相連,料箱采用封閉式設計,機械傾倒,膠體經過粉碎后進入分散和熟化系統,釋放出的氨氣全部經過氨氣吸收裝置處理后排放,沒有發生氨氣泄漏情況[6].

與干粉聚合物配制相比,聚合物膠體配制增加的能耗主要是造粒設備增加的電能,每配制1 m3的膠體,增加約0.5 kWh的用電量[7],但增加量有限[8].

3 聚合物膠體注入效果評價

用聚合物膠體配制的聚合物母液輸往北東塊1-7#注入站進行注入.該站2008年9月到2008年11月為空白水驅階段,2008年12月到2015年10月為注聚階段,實際采用相對分子質量為2.5X107的高分子量聚合物,清水配制污水稀釋,平均注入速度為0.15 PV/a,平均注入質量濃度為1 422 mg/L,聚合物用量為1 265 PV.mg/L;自2015年11月開始進入后續水驅階段.

注入采用一泵多井工藝,試驗投產后,15口試驗注入井配注940 m3/d,注入強度7.13 m3/(d.m),2018年4月注入壓力從2018年1月的7.8 MPa上升到8.3 MPa,月上升0.1 MPa,沒有出現壓力異常井,從吸水剖面監測對比來看,油層動用比例與水驅持平在82%左右,注入狀況正常,地層沒有出現堵塞情況.

4 結論及建議

(1)聚合物膠體配注采用造粒-配注-注入工藝,造粒設備能夠實現連續運轉,整個配注系統能夠實現連續配注,聚合物膠體配制基本滿足了注入要求.溶液注入油層順利,沒有出現堵塞情況.

(2)聚合物膠體容易聚集成塊,從而影響配注溶液質量,配注設備需要進一步改進以減少膠粒聚集.

(3)試驗中采用的聚合物膠體配注設備安裝有氨氣吸收裝置,聚合物膠體在配注過程中釋放出的氨氣部分經吸收裝置吸收,建議對大料箱采取密封設計,減少卸料時氨氣的排放.

(4)與干粉聚合物配制相比,聚合物膠體配注增加的能耗不大.