膠體態聚合物在油田配制站直接溶解的可行性研究

大慶油田有限責任公司

為了便于聚合物溶解，油田驅油采用干粉態聚丙烯酰胺，但從聚合物膠體加工成為干粉需要干燥蒸發近60%的水分，這一過程會產生巨大能耗，增加生產成本[1-6]，并限制了產能。為降低生產聚丙烯酰胺干粉的能耗及采購成本，提高生產線的產能，有必要進行油田現場直接應用膠體態聚合物驅油的可行性研究[7-9]。

1 現場直接應用需要解決的問題

膠體態聚合物的直接應用在國內外油田聚合物驅油技術中尚無先例，本文通過室內實驗證明膠體經過再造粒后能夠溶解，但要實現現場直接應用需要解決以下四方面難題。

1.1 粒徑的合理尺寸

研磨造粒是膠體態聚合物現場應用的核心工藝。造粒工藝采取篩網式研磨，刀頭將膠體態聚合物擠壓至篩網，通過控制篩網孔的尺寸，調節生產出的膠粒大小。

膠粒的大小決定造粒設備的產能，膠粒越大，產能越高。另一方面，溶解速度決定了膠粒不能過大，膠粒越大，溶解速度越慢，會造成后端建設溶解罐的容積和數量過大。

1.2 揮發氨氣的處理

生產聚合物時，聚丙烯酰胺與氫氧化鈉發生水解反應產生氨氣，干粉經過干燥后，大部分氨氣快速釋放，而膠體中的氨氣則需要緩慢釋放，因此，膠體在裝卸、造粒和溶解過程中均釋放出NH3，刺激性氣味較大。氨氣產生的化學方程式見圖1。

圖1 氨氣產生的化學方程式Fig.1 Chemical equation for ammonia production

1.3 膠體的計量方式

現有的配制站干粉是粉末狀，配制時采用的計量方式為瞬時配比法，即：采用螺旋下料器控制下料速度，用水泵控制水量，只要二者的瞬時配比滿足配制方案的要求濃度，即可達到方案要求。膠體研磨成膠粒后有較大黏性，容易粘連成塊，導致與水的瞬時混合不均勻，因此，現有的計量方式無法滿足瞬時配比要求。

1.4 現有工藝導致膠粒再次粘結成塊

膠體態聚合物呈膠團狀，含有油狀物和較多的水分。由于漏斗坡度及風機吸入能力等問題，研磨成粒后下落至漏斗倉的膠粒堆積在漏斗倉內及風機前部管內，再次形成大塊膠團，導致風機進口管堵塞無法風送，且風送后膠團在溶解罐內無法溶解，形成較大粘團，堵塞在后端粗精過濾器內。如果粘團沖破過濾器濾袋，到下游注入站被注進地層，就會造成地層堵塞，影響開發效果。

2 現場試驗

2.1 合理粒徑的選擇

造粒系統是實現膠體現場應用的核心系統，它既要滿足粒徑要求，還要保證能夠連續運行。現場安裝測試了5種造粒設備，最終采用旋刀切削篩板擠壓式造粒工藝設備，實現了現場連續造粒。通過室內模擬以及現場試驗，用篩網篩取1～5 mm 粒徑膠粒，采用現場污水配制5 000 mg/L聚合物膠體溶液，檢測不同粒徑所需的溶解時間及水中不溶物。

從實驗結果（圖2）可知，粒徑大小影響溶解速度和效果。當粒徑在3 mm 以下時，其溶解效果和所需時間與干粉相近[10]。

圖2 粒徑對溶解時間的影響Fig.2 Influence of particle size on dissolution time

2.2 采取噴淋系統解決氨氣吸收問題

利用氨氣溶于污水的特點，采用白鋼水槽氨氣吸收塔，使膠粒與塔內噴淋裝置落下的水接觸，吸收溶解過程中產生的氨氣。針對上料傳輸過程中的氨氣釋放，全程采用密閉控制。同時在各節點設置氨氣報警裝置，全程監測氨氣泄漏。采用大料箱和氨氣吸收塔強制排風系統，增設墻壁軸流風機，排出因吸收入不充分而釋放出的氨氣。

2.3 采取稱重計量方式實現濃度精度可控

控制水料配比是母液配制精度的關鍵，在大料箱和造粒機之間增加具有稱重功能的小料箱，編寫進料計算公式并寫入控制系統，精確控制膠體進料量，通過自控系統及時調整配比參數以控制膠體母液配制精度。進料公式為

式中：L為罐底液量，L；A為進膠體量，kg；S為固含量，%；C為罐底濃度，mg/L。

通過現場檢測熟化罐、外輸泵、儲罐母液濃度誤差控制在±5%之內，熟化罐母液黏度650 mg/L左右（表1），與干粉母液黏度基本相當。

表1 母液濃黏度化驗檢測值Tab.1 Test value of mother liquor concentration and viscosity

2.4 優化工藝，減少膠粒二次粘連

因場地對初期設備的限制，無法進行大幅度工藝改造，在造粒后風送至溶解罐過程中，當造粒速度與風送速度不匹配時，會導致膠粒二次膠結，影響溶解質量。通過室內實驗，對工藝進行了優化，在研磨裝置下端設置溶解罐，研磨造粒后的顆粒直接進入溶解罐攪拌溶解，避免堆積后再次形成大的膠塊，這樣可避免風送環節中膠粒二次結團，提高溶解質量。

3 經濟效益

現場試驗連續進行196天，系統運行時率達到99.7%。試驗共配制聚合物膠體1 764.93 t，外輸母液10.8×104km3，實現了聚合物膠體連續注入。

此項技術的應用節約了聚丙烯酰胺生產企業的成本，下游應用企業的配制成本略有增加。其中：節約了煉化公司在生產環節的各項費用共計755元/t，應用單位的配制成本增加了約200 元/t，綜合評價，使用膠體態聚合物比聚合物干粉每噸可節省費用555元。

4 結論

膠體態聚合物在現場直接配制溶解可行，配制過程中影響溶液均一性的關鍵環節主要是膠體粒徑大小和如何避免造粒后再堆積；對膠體態聚合物在現場直接配制進行綜合評價，其經濟效益優于使用聚合物干粉。