油砂SAGD采出液破乳藥劑優(yōu)選研究

梁吉鋒

中國海洋石油國際有限公司北美公司 北京 100029

加拿大稠油資源豐富，SAGD（Steam-Assisted Gravity Drainage）是加拿大廣泛應(yīng)用的稠油開采技術(shù)[1]，屬于稠油熱采技術(shù)。采用2個(gè)水平井，其水平段一上一下，水平穿過油砂層，向其中上面的水平井注入高溫蒸汽，蒸汽在水平井段進(jìn)入地層，加熱地層，油砂層被加熱之處，稠油粘度大幅度下降，與熱水一起流動(dòng)到下面采油井的水平井筒內(nèi)，隨后被采油井采出。為了提高SAGD開采效果，有些油田在注入蒸汽中加入藥劑，產(chǎn)生乳化降粘的效果，藥劑的加入導(dǎo)致SAGD 技術(shù)的采出液乳化狀態(tài)復(fù)雜，普通破乳速度慢，油水分離效果不理想，加重了聯(lián)合站油水分離工作負(fù)擔(dān)，油水分離成為油砂 SAGD采出液處理的瓶頸環(huán)節(jié)[2]，為了提高油砂 SAGD 采出液的分離效率，一般的處理過程是先在SAGD 采出液中加入預(yù)處理劑，使 SAGD 采出液油水得到初步分離，預(yù)處理后的乳化液加入耐高溫破乳劑進(jìn)行破乳脫水，使外輸商品油含水低于指標(biāo)值。為了適應(yīng)加拿大長湖油田SAGD采出液特點(diǎn)，提高分離效率和質(zhì)量，論文開展室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出適用于原油與開采工藝特性的油砂SAGD采出液預(yù)脫水-破乳工藝的藥劑配方，經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用，取得良好效果。

1 加拿大長湖油田采出液特性

1.1 長湖油田 SAGD 采出液檢測分析

長湖油田在阿爾伯塔省北部，位于麥克默里堡以南，于2008年開始生產(chǎn)，采用SAGD技術(shù)生產(chǎn)油砂里的稠油。取加拿大長湖油田 SAGD 采出液綜合來液進(jìn)行分析，結(jié)果見表1和表2。

表1 長湖油田 SAGD 采出液物理性質(zhì)

表2 SAGD 采出液油樣在不同溫度下的粘度

由表1數(shù)據(jù)可見，加拿大長湖油田原油密度非常大，且瀝青質(zhì)含量為17.5wt%，瀝青質(zhì)是油水乳化的表面活性成分，且是乳化液穩(wěn)定的成分，這是加拿大長湖油田產(chǎn)出液乳化后難以破乳的物質(zhì)基礎(chǔ)。

由表2數(shù)據(jù)可見，其50℃的粘度為5200mPs.s，溫度升高后按大約每升高10℃粘度降低一半的規(guī)律下降，其粘溫特性符合稠油的規(guī)律。

1.2 稀釋劑測試分析

取加拿大長湖油田適用的稀釋劑進(jìn)行分析，結(jié)果見表3和表4。

表3 長湖油田用稀釋劑物理性質(zhì)

表4 長湖油田用稀釋劑組分

由表3和表4可見，稀釋劑為低密度、低粘度的油品，與原油可充分互溶，有效降低原油粘度，方便原油管道輸送。

2 實(shí)驗(yàn)條件

2.1 儀器藥品

藥品： 預(yù)脫水劑（多胺嵌段聚醚）： RD-1～RD-6；耐高溫破乳劑（多環(huán)酚胺樹脂、聚氧乙烯和聚氧丙烯聚合物）： DMO-1～DMO-5； 稀釋劑（現(xiàn)場用）： CFT， 密度為 670kg/m3。

儀器：ME104 型電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）；烘箱，中國；MCR301 型流變儀：安東帕，奧地利；WMD-330 型密度計(jì)：上海儀電物光，中國；ROTOFIX46H 離心機(jī)（帶配套離心管）：Andreas Hettich，德國；752N 型分光光度計(jì)：上海精科，中國。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

首先將采出液在 120℃烘箱預(yù)熱，混合均勻后檢測其含油率。

預(yù)脫水劑評價(jià)方法： 在 100mL 具塞刻度試瓶中倒入 100mL 加熱充分并混合均勻的原油乳狀液，加入設(shè)定濃度的預(yù)脫水劑后搖勻， 放入120℃烘箱靜置沉降，觀察沉降 5min、 15 min、30 min、 60min 時(shí)油水分離刻度（脫出水量）、脫出污水水色及油水界面狀況。

破乳劑評價(jià)方法： 在 100mL 具塞刻度試瓶中倒入 100mL 加熱充分并混合均勻的原油乳狀液，加入設(shè)定濃度的預(yù)脫水劑、破乳劑、稀釋劑后搖勻， 放入 120℃烘箱靜置沉降，觀察沉降 5min、15 min、 30 min、 60min 時(shí)油水分離刻度、脫出污水水色及油水界面狀況。 沉降60min 后，測脫出污水含油、取 20mL 中上層液體檢測其含水、中間層含量。

2.3 技術(shù)指標(biāo)表征

水色：目測，分為清、較清、較渾濁和渾濁四種情況；

油水界面：目測法觀察油水界面緊實(shí)度，分為緊實(shí)、較緊和松散三種情況；

原油含水、中間層：離心法測定原油中含水量和中間層含量；

脫出污水含油：分光光度法。

3 實(shí)驗(yàn)與討論

3.1 耐高溫破乳劑

耐高溫破乳劑DMO系列由一種以雙酚A、多乙烯多胺、甲醛合成的酚醛樹脂為起始劑，嵌段環(huán)氧丙烷和環(huán)氧乙烷的聚醚破乳劑，這種耐高溫破乳劑具有以下三個(gè)特點(diǎn)：

（1）多環(huán)酚胺樹脂中的多環(huán)為至少兩個(gè)環(huán)的萘酚，由于多環(huán)的共軛效應(yīng)，能夠吸收大量熱能，主鍵不易斷裂，提高了破乳劑的耐高溫能力；

（2）通過控制環(huán)氧乙烯與環(huán)氧丙烯比例調(diào)整破乳劑的親水親油平衡值，使破乳劑更易吸附在油水界面，取代原有的乳化劑，形成的吸附層松散，水珠易脫離原油，提高了破乳劑的破乳能力；

（3）由于酚胺樹脂本身的多分枝結(jié)構(gòu)，聚合而成的高分子破乳劑也具有多分枝結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可同時(shí)吸附在兩個(gè)或兩個(gè)以上的水珠界面，這些被破乳劑分子聯(lián)系起來的水珠有更多機(jī)會(huì)碰撞，聚并形成大水珠，與原油分離，提高了破乳劑的破乳效率。

對DMO系列耐高溫破乳劑進(jìn)行了室內(nèi)耐溫評價(jià)測試。對1%的DMO系列破乳劑水溶液進(jìn)行130℃高溫處理72小時(shí)。在80℃測定高溫處理前后的破乳劑水樣與加稀釋劑后的長湖油田無水原油間的界面張力，測試結(jié)果見表4。

表4 DMO系列破乳劑與原油間的界面張力

3.2 藥劑的篩選與評價(jià)

比較 6 種預(yù)脫水劑 RD-1～RD-6 對長湖油田SAGD 采出液油水分離效果，從脫出水量、脫出污水水色及油水界面狀況三個(gè)方面進(jìn)行分析，選出最佳預(yù)脫水劑 RD-2。 本次實(shí)驗(yàn)在 120℃下進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表 5。

經(jīng)過預(yù)脫水處理后，大部分油珠凝聚形成大油滴并與水相分離，形成W/O型乳化油及O/W 型含油污水。為了使W/O型乳化油進(jìn)一步分離，需加入耐高溫破乳劑使之進(jìn)一步破乳脫水。

分析耐高溫破乳劑的破乳效果及對預(yù)脫水劑的協(xié)同作用，選出了最佳的耐高溫破乳劑DMO-5。本次實(shí)驗(yàn)在 120℃、采出液密度950 kg/m3（加稀釋劑）、預(yù)脫水劑 RD-2 加藥量 60mg/L、耐高溫破乳劑加藥量300mg/L條件下進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表 6。

從表5、6中可以看出，預(yù)脫水劑RD-2與耐高溫破乳劑DMO-5對長湖油田SAGD采出液有良好的油水分離及脫水效果，故選取此藥劑進(jìn)行不同密度下SAGD采出液處理實(shí)驗(yàn)。

表5 預(yù)脫水劑對采出液的油水分離效果

表6 耐高溫破乳劑對采出液脫水效果

表7 不同原油密度 SAGD 采出液處理實(shí)驗(yàn)

3.3 不同原油密度 SAGD 采出液處理

在實(shí)際生產(chǎn)中，會(huì)在 SAGD 采出液中加入一定量的稀釋劑來降低采出液原油的密度和粘度，以提高 SAGD 采出液處理操作的經(jīng)濟(jì)性。出于這個(gè)原因，進(jìn)行了不同密度采出液油水分離及破乳實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證不同處理密度下預(yù)脫水劑和耐高溫破乳劑的性能。

在長湖油田SAGD采出液中摻入不同比例稀釋劑，制備出不同原油密度的SAGD采出液，使用預(yù)脫水劑 RD-2 與耐高溫破乳劑 DMO-5，對不同原油密度 SAGD 采出液進(jìn)行處理，得出不同密度下預(yù)脫水劑與耐高溫破乳劑的加藥量范圍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表 7。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 長湖油田 SAGD 采出液處理工藝

長湖油田產(chǎn)量約 70000 bbl/d，聯(lián)合站采用預(yù)脫水-破乳高溫密閉處理工藝，來液加入預(yù)脫水劑，經(jīng)初步處理后，分離出一部分水，繼續(xù)加入破乳劑和稀釋劑，實(shí)現(xiàn)快速破乳，為熱化學(xué)脫水、電脫水創(chuàng)造條件，實(shí)現(xiàn)輸出商品原油含水低于0.5%以下的要求，高性能的破乳劑是含水達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵。

4.2 預(yù)脫水-破乳藥劑體系現(xiàn)場應(yīng)用情況

長湖油田2022年1月底開始進(jìn)行預(yù)脫水劑 RD-2、 耐高溫破乳劑 DMO-5 現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)。試驗(yàn)期間，預(yù)脫水劑加藥量 50～70mg/L、耐高溫破乳劑250～350mg/L，SAGD采出液原油密度930～970kg/m3。

以1 月 29 日～2 月 20 日交油含水?dāng)?shù)據(jù)為例，平均交油含水率為 0.21%，低于標(biāo)準(zhǔn)≤0.5%的要求，波動(dòng)范圍為 0.05%～0.5%，合格率為 100%。

4 結(jié)論

針對加拿大長湖油田 SAGD 采出液，通過實(shí)驗(yàn)篩選出預(yù)脫水劑和耐高溫破乳劑，對優(yōu)選出的藥劑進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，預(yù)脫水劑加藥量 50～70mg/L、耐高溫破乳劑加藥量250～350mg/L，油砂SAGD采出液密度930～970 kg/m3，平均交油含水率為 0.21%，低于標(biāo)準(zhǔn)≤0.5%的要求，取得良好脫水處理效果。