空壓機曝氧工藝對三元/聚合物體系黏度影響研究

孫瑞 王學佳 梁柱 趙永平

1大慶油田有限責任公司第二采油廠

2中國石油青海油田分公司鉆采工藝研究院

采用曝氧污水配制聚合物，可節約清水用量，有利于注采水量平衡。但利用污水直接配制聚合物會造成系統黏損，多年來研究表明，采用曝氧工藝可以提前化合含油污水中的硫化物、亞鐵離子、細菌（SRB）產物等還原性物質，有效避免其產生的O?H自由基導致聚合物的斷鏈、降解及溶液黏度降低[1-2]。

大慶油田采油六廠、油田設計院和東北石油大學等單位研究表明，聚合物溶液黏度會隨溶解氧含量的增加呈現先增大后減小的趨勢，深度污水曝氧后溶解氧含濃度6.3 mg/L 時聚合物黏度會達到峰值，但溶解氧含濃度達到1.0 mg/L左右時即可滿足保持聚合物黏度的需求[3]。本文針對溶解氧含量高、維修操作簡便的空壓機曝氧工藝對三元/聚合物體系的影響進行分析和研究。

1 工藝流程

空壓機曝氧污水主要工藝流程為：空壓機產生壓縮空氣在儲氣罐中緩存，氣體經流量計和自控系統按照一定氣水比進行靜態混合后，曝氧污水輸送至儲水罐儲存。低壓曝氧污水在二元站投加表面活性劑后輸送至配制站配制母液，高壓曝氧污水在二元站投加堿、表面活性劑后輸送至注入站（圖1）。

圖1 空壓機曝氧工藝流程Fig.1 Air compressor aeration process flow

注水曝氧站設計氣水比為1.5∶1，配制曝氧站設計氣水比為2.9∶1。典型A 注水站為某區1#、2#注入站提供高壓曝氧污水，典型B 注水站為某區3#、4#注入站提供高壓曝氧污水，E 號配制站為某區1#、2#、3#、4#注入站提供曝氧污水配制的低壓母液，配制站到注入站之間管線黏損率在1.24%～2.61%之間，單井合格率均在92%以上，滿足開發要求。曝氧站對下游注入站黏度影響如圖2所示。

圖2 曝氧站對下游注入站黏度影響Fig.2 Influence of oxygen aeration station on viscosity of downstream injection station

2 現場運行效果及分析

2.1 曝氧應用效果

目前，6個典型化學驅區塊注水曝氧站污水平均溶解氧濃度為4.35 mg/L（表1）。

表1 注水曝氧站溶解氧濃度Tab.1 Dissolved oxygen concentration in the water injection oxygen aeration station

采用空壓機對注水站污水進行曝氧，曝氧前溶解氧濃度為0.26～0.33 mg/L、平均為0.29 mg/L，注水站曝氧后均大于油田公司曝氧后污水溶解氧濃度的設計要求。

將聚合物注入到驅油礦場的過程中，多種因素會對聚合物溶液的黏度造成影響[4-7]。不同注入站的母液管道由于來水水質、管道長度不同，管線黏損也不同，母液管道黏損在1.24%～2.59%之間。母液配制濃度合格率和井口聚合物溶液濃度合格率均達到公司開發指標要求，黏損總體平穩[8]。

2.2 配制站曝氧效果

2017年，某C號配制站聚合物母液外輸黏度低于方案外輸黏度（58 mPa·s），在方案濃度、外輸濃度和水質礦化度變化不大的情況下，外輸黏度達標率大幅度下降，導致井口黏度達不到方案要求（表2）。起因是管道中氧含量損失快，且受配制站水罐細菌繁殖與代謝產物的影響[9-11]。

表2 某C號配制站聚合物外輸黏度Tab.2 Viscosities of polymers exported from C Preparation Station

針對此類問題，用現場污水和再次曝氧后的污水分別進行室內實驗，配制后母液黏度從平均28.0 mPa·s 增加到64.7 mPa·s，提高母液黏度效果顯著（表3）。

表3 某C配制站曝氧處理儲罐黏度數據對比Tab.3 Viscosity data comparison of storage tanks for oxygen aeration treatment in C Preparation Station

針對性地在配制站增設二次曝氧的改進工藝，通過提高污水的溶解氧含量來保證聚合物母液外輸黏度。改進后空壓機曝氧工藝流程如圖3所示。

圖3 改進后空壓機曝氧工藝流程Fig.3 Process flow of improved air compressor aeration

某C號配制站增加曝氧裝置后，配制黏度合格率保持在97%以上，受污水中氧含量消耗及SRB超標影響，投產初期井口黏度合格率為11%，增加曝氧裝置后單井黏度合格率上升至97%；后期，某C號配制站因故障未能為某區3#、4#注入站提供曝氧配制水。階段性曝氧的注入站母液箱出口黏度情況如圖4所示。

圖4 配制站曝氧情況對注入站母液箱出口黏度的影響Fig.4 Influence of the oxygen aeration statas of preparation station on the outlet viscosity of mother liquid tank in the injection station

配制站未曝氧時某區兩座注入站母液黏度均比曝氧時黏度低，恢復曝氧后黏度升高。在某D、E號配制站推廣增加曝氧工藝，為某F 東、F 西、G東、G西區塊進行二次曝氧。

以某E號配制站增設曝氧工藝為例，由曝氧站聚合物濃度和黏度曲線計算得知，設計規模為0.92×104m3/d 的曝氧站，按照化學驅區塊開發周期6年計算，噸水建設成本增加0.10元/m3、運行成本增加0.19 元/m3，但采用曝氧工藝可節省干粉費用1.64 元/m3，共節省費用1.35 元/m3。某E 配制站運行至今共節約成本800萬元。

2.3 工藝及參數存在的問題

配制站為不同區塊提供配制母液，且不同區塊不同開發階段污水配制配方不同，因此某E號配制站曝氧站一個儲氣罐為兩路污水來水提供壓縮空氣，用止回閥控制開閉。止回閥是壓力控制開關，一旦一個止回閥開啟，因供氧匯管壓力失衡，另一個止回閥即無法開啟，無法滿足正常生產需求。配制曝氧站1 拖2 工藝，如圖5 所示。建議采用其他控制手段控制閥門開關，或者調整工藝流程使空壓機獨立給各路來水供氣。

圖5 配制曝氧站1拖2工藝Fig.5 Preparationof 1for2processintheoxygenaeration station

從配制站增設曝氧工藝后運行效果看，在工藝參數優化上仍需研究探討；另外，對曝氧量與配制聚合物溶液黏度之間的定量關系的影響尚不明晰，有待進一步深入研究。

3 結論

（1）采用空壓機對注水站污水進行曝氧，曝氧前污水含氧濃度平均0.29 mg/L，曝氧后罐出口污水含氧濃度平均4.30 mg/L，從現場運行情況看，配注系統總體黏損指標基本能夠達到公司要求。

（2）受部分管道距離長或密閉性差，以及配制站水罐細菌繁殖與代謝產物的影響，在配制站推廣增設曝氧工藝，從現場運行效果看，單井井口黏度由16.8 mPa·s 提高至32.2 mPa·s，可以滿足開發要求，每立方米污水可節省干粉費用1.64元。

（3）配制站空壓機曝氧工藝總體能夠滿足曝氧需求，但局部工藝不完善，如采用匯管進氣工藝存在偏流的問題，仍需要進一步改進。