聚-表二元驱药剂对采出液处理工艺影响界限研究.pdf

2023年8月采输技术DOI：10.3969/j.issn.1001-2206.2023.04.004聚-表二元驱药剂对采出液处理工艺影响界限研究乔明中油辽河工程有限公司，辽宁盘锦 124010摘要：辽河油田逐步开展了多区块、多轮次二元驱开发先导试验，随着聚合物和表面活性剂溶液的注入，采出液中聚合物和表面活性剂含量逐步提升，油、水、固三相分离难度加大，因此需要对现有原油脱水及污水处理工艺进行评价，确定二元驱采出液对原油脱水及污水处理系统的影响界限。经过室内试验评价，现有的原油脱水系统通过调整破乳剂的加药量，可以适应聚合物质量浓度小于75 mg/L的采出液脱水，现有的污水处理系统通过调整絮凝剂、混凝剂加药量，无法实现二元驱污水达标处理，需要对现有污水处理系统进行改造，以适应二元驱污水处理需求。关键词：二元驱；原油脱水；污水处理；聚合物；表面活性剂Study on the influence range of polymer-surfactant binary drive agents on thetreatment process of produced fluidQIAO MingChina Liaohe Petroleum Engineering Co.,Ltd.,Panjin 124010,ChinaAbstract：Liaohe Oilfield has gradually carried out multi-block and multi-round binary drive development pilot tests.With theinjection of polymer and surfactant solution,the concentration of polymer and surfactant in the produced fluid gradually increases,whichmakes the separation of oil,water,and solid phases more difficult.Therefore,it is necessary to evaluate the existing crude oildehydration and wastewater treatment processes and determine the influence range of the produced fluid by binary drive on the crude oildehydration and wastewater treatment systems.After the indoor test,the existing crude oil dehydration system can adapt to thedehydration of produced fluid with a polymer content of less than 75 mg/L by adjusting the dosage of emulsion breakers,and the existingwastewater treatment system fails to achieve the standard treatment of binary drive wastewater by adjusting the dosage of flocculants andcoagulants.Therefore,the existing wastewater treatment system needs to be modified to adapt to the demand of binary drive wastewatertreatment.Keywords：binary drive;crude oil dehydration;wastewater treatment;polymer;surfactants1工程概况聚合物-表面活性剂二元驱（下文简称二元驱）技术是一种充分发挥聚合物黏度，提高波及体积和利用表活剂降低界面张力协同作用来提高原油采收率的三次采油方法1。该技术是中石油战略性接替技术，对于老油田转变开发方式、提高采收率、提高经济效益具有重要意义。为此，该技术被列入2005年启动的中石油重大开发试验项目。辽河油田自2008年启动锦16块二元驱工业化试验2，锦16块二元驱地面工程于2011年建成投产，经过11年二元驱开发，历经前置段塞、主段塞、副段塞、保护段塞四个注入阶段，于2022年完成整体二元驱开发，与水驱相比，二元驱累计增油 79.1 104t，提高采收率 22%，投资回报率11%，达到中石油同类油藏开采的最好水平。二元驱技术是辽河油田继蒸汽驱、SAGD重大开发试验之后，又一个获得阶段性成功的重大项目。二元驱技术未来在辽河油田“双高油田”推广应用，将使 3108t 稀油老区储量得到新一轮有效开发，该技术对于辽河油田而言意义重大。在锦16块二元驱工业化试验取得成功的基础上，辽河油田逐步开展了多区块、多轮次二元驱开发先导试验，利用已建的水驱油水井进行转二元驱开发，地面工程配套新建二元驱配注系统，原油脱水及污水处理多利用现有水驱地面系统工18第49卷第4期采输技术艺进行原油脱水和污水处理。随着聚合物和表面活性剂溶液的注入，采出液中聚合物和表面活性剂浓度逐步提升，水中油滴及固体悬浮物的乳化稳定性增强3，进而导致油、水、固三相分离难度加大，因此需要对现有原油脱水及污水处理进行更深入的研究，确定二元驱采出液对现有水驱原油脱水系统和污水系统的影响界限，同时通过室内试验调整脱水药剂及污水处理药剂的投加量来保证二元驱脱水及污水处理效果。2二元驱原油脱水工艺影响界限研究2.1现有原油脱水工艺常规水驱稀油脱水站原油脱水采用两段脱水工艺，一段脱水温度3842，一段破乳剂的加药量110 mg/L，一段沉降罐处理后的低含水原油进入缓冲罐，缓冲罐出油经脱水加热炉加热至65，进入二段脱水器脱水，二段脱水合格后进入净化油罐，合格原油指标含水率0.5%。2.2室内试验研究辽河油田逐步开展多区块、多轮次二元驱开发先导试验，地面工程利用已建水驱原油脱水站接收并处理二元驱采出液，由于二元驱采出液含有聚合物和表面活性剂，导致采出液物性产生变化，原油乳化严重，乳化液稳定性提升4，因此需要对现有水驱原油脱水站进行试验研究，验证现有原油脱水工艺是否满足二元驱采出液处理需求，明确二元驱采出液中聚合物和表面活性剂浓度对原油脱水工艺的影响界限，通过室内试验调整破乳剂加药量来实现二元驱采出液的达标脱水。模拟二元驱采出液的制备：将原油采出液、聚合物、表面活性剂置入胶体磨料斗中，在胶体磨齿距810、转速3 000 r/min、乳化时间35 min的条件下进行乳化，形成二元驱模拟采出液。2.2.1对原油一段脱水工艺的影响一段原油脱水处理室内试验：二元驱模拟采出液聚合物质量浓度085 mg/L，表面活性剂质量浓度30 mg/L，投加破乳剂质量浓度110250 mg/L，一段脱水温度40，室内模拟试验结果见图1。根据一段脱水室内试验研究结果表明，随着采出液中聚合物含量上升，一段脱水工艺脱水后原油含水率随之上升，聚合物含量和脱水后原油含水率基本呈现线性关系，建立线性回归方程：y=0.191 3x+1.898 8（R2=0.966 6）。根据室内试验结论及线性回归方程计算结果，一段脱水工艺处理二元驱采出液界限见表1。表1一段脱水工艺处理二元驱采出液界限结果破乳剂加入量/（mg/L）110（一段）150（一段）200（一段）250（一段）不同质量浓度的聚合物/（mg/L）535无影响无影响无影响无影响4055有影响无影响无影响无影响6065有影响有影响无影响无影响7075有影响有影响有影响无影响75有影响有影响有影响有影响模拟二元驱采出液中聚合物质量浓度为 535 mg/L，表面活性剂质量浓度为30 mg/L，脱水温度 40，破乳剂的加药量 110 mg/L 时，一段脱水后低含水原油含水率10%，现有水驱原油脱水工艺可以适应该质量浓度下的二元驱采出液脱水。随着聚合物质量浓度由35 mg/L上升至75 mg/L，一段原油脱水难度逐步增大，通过增加破乳剂加药量可满足一段脱水后低含水原油含水率10%。当聚合物质量浓度超过75 mg/L后，通过单一增加破乳剂加药量无法满足一段脱水处理要求，需要对现有一段脱水工艺进行调整。2.2.2对原油二段脱水工艺的影响二段原油脱水处理室内试验：二段原油脱水在一段原油脱水试验基础上进行，利用一段原油脱水室内试验处理后的低含水原油作为二段原油脱水原料进行试验，二段脱水温度65，室内模拟试验结果见图2。二段脱水室内试验研究结果表明，随着采出液中聚合物含量上升，一段脱水工艺脱水后原油含水率随之上升，利用一段脱出的低含水原油进行二段脱水后，原油含水率同步上升，聚合物含量和二段脱水后原油含水率基本呈现线性关系，图1一段脱水工艺处理二元驱采出液投加不同质量浓度破乳剂结果聚合物质量浓度/（mg/L）05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 8520181614121086420原油含水率/%破乳剂110 mg/L破乳剂150 mg/L破乳剂200 mg/L破乳剂250 mg/L乔明：聚-表二元驱药剂对采出液处理工艺影响界限研究192023年8月采输技术聚合物质量浓度/（mg/L）35405560657075808506543210原油含水率/%一段破乳剂110 mg/L一段破乳剂150 mg/L一段破乳剂200 mg/L一段破乳剂250 mg/L图2二段脱水工艺处理二元驱采出液投加不同质量浓度破乳剂结果建立线性回归方程：y=0.097 1x-3.432（R2=0.900 7）。根据室内试验结论及线性回归方程计算结果，二段脱水工艺处理二元驱采出液界限见表2。表2二段脱水工艺处理二元驱采出液界限统计破乳剂加入量/（mg/L）110（一段）150（一段）200（一段）250（一段）不同质量浓度的聚合物/（mg/L）535无影响无影响无影响无影响4055有影响无影响无影响无影响6065有影响有影响无影响无影响7075有影响有影响有影响无影响75有影响有影响有影响有影响模拟二元驱采出液中聚合物质量浓度为 535 mg/L，表面活性剂质量浓度为30 mg/L，一段脱水温度 40，破乳剂的加药量 110 mg/L，二段脱水温度65 时，二段脱水后低含水原油含水率0.5%，现有水驱原油脱水工艺可以适应该质量浓度下的二元驱采出液脱水。随着聚合物质量浓度由35 mg/L上升至75 mg/L，一段及二段原油脱水难度逐步增大，通过增加一段原油脱水破乳剂加药量可满足二段脱水后低含水原油含水率0.5%。当聚合物质量浓度超过75 mg/L后，通过单一增加一段原油脱水破乳剂加药量无法满足二段脱水处理要求，需要对现有一段及二段脱水工艺进行调整。3二元驱污水处理工艺影响界限研究3.1现有污水处理工艺常规水驱污水处理工艺采用“沉降+气浮+过滤”工艺，处理后净化污水回用注水开发，污水指标悬浮物质量浓度30 mg/L、含油量30 mg/L。3.2室内试验研究随着二元驱目的液的连续注入，采出的含油污水中聚合物和表面活性剂含量逐步提升，污水黏度增加，水中油滴及固体悬浮物的乳化稳定性相对水驱污水大幅提升，导致污水中油、水、固三相分离难度加大5，因此需要对现有水驱污水处理工艺进行试验研究，验证现有污水处理工艺是否满足二元驱采出液处理需求，明确二元驱采出液中聚合物和表面活性剂含量对污水处理工艺的影响界限，通过室内试验调整絮凝剂、助凝剂加药量来实现二元驱污水的达标处理。模拟二元驱污水的制备：为确定不同含量聚合物对污水处理效果的影响程度，在污水处理站进站污水水样中加入不同量的聚合物以及固定量的表面活性剂，置入胶体磨料斗中，胶体磨齿距810、转速 3 000 r/min、乳化时间 35 min的条件下进行乳化，形成二元驱模拟污水。利用二元驱模拟污水，投加不同量的絮凝剂/助凝剂组合药剂配方，开展污水处理室内试验，室内模拟试验结果见图3及图4。450400350300250200150100500悬浮物含量/（mg/L）0510152025聚合物质量浓度/（mg/L）絮凝剂/助凝剂，50/50 mg/L絮凝剂/助凝剂，100/50 mg/L絮凝剂/助凝剂，800/400 mg/L絮凝剂/助凝剂，150/75 mg/L絮凝剂/助凝剂，400/200 mg/L絮凝剂/助凝剂，200/100 mg/L絮凝剂/助凝剂，300/150 mg/L絮凝剂/助凝剂，700/350 mg/L絮凝剂/助凝剂，500/250 mg/L絮凝剂/助凝剂，600/300 mg/L图3污水处理工艺处理二元驱污水投加不同质量浓度药剂结果（悬浮物）300250200150100500油含量/（mg/L）0510152025聚合物质量浓度/（mg/L）絮凝剂/助凝剂，50/50 mg/L絮凝剂/助凝剂，100/50 mg/L絮凝剂/助凝剂，800/400 mg/L絮凝剂/助凝剂，150/75 mg/L絮凝剂/助凝剂，400/200 mg/L絮凝剂/助凝剂，200/100 mg/L絮凝剂/助凝剂，300/150 mg/L絮凝剂/助凝剂，700/350 mg/L絮凝剂/助凝剂，500/250 mg/L絮凝剂/助凝剂，600/300 mg/L图4污水处理工艺处理二元驱污水投加不同质量浓度药剂结果（油）20第49卷第4期采输技术根据污水处理室内试验结论，随着聚合物和表面活性剂的出现，污水处理难度呈现跳跃式上升，与水驱含油污水处理相比，二元驱污水处理后含油及悬浮物含量提升10倍以上，现有污水处理工艺和加药量无法满足二元驱污水处理要求。1）聚合物质量浓度为510 mg/L，絮凝剂加药量500 mg/L，助凝剂加药量250 mg/L时，二元驱污水处理悬浮物质量浓度2535 mg/L、含油量10 mg/L。2）聚合物质量浓度为1520 mg/L，絮凝剂加药量700 mg/L，助凝剂加药量350 mg/L时，二元驱污水处理悬浮物质量浓度3035 mg/L、含油量10 mg/L。3）聚合物质量浓度为大于25 mg/L，絮凝剂加药量800 mg/L，助凝剂加药量400 mg/L时，二元驱污水处理悬浮物质量浓度45 mg/L、含油量10 mg/L。从二元驱模拟污水室内试验结论分析，二元驱污水在油、水分离处理工艺上，通过提升絮凝剂、助凝剂加药量可以实现含油达标处理；二元驱污水在水、固分离处理工艺上，通过提升絮凝剂、助凝剂加药量难以实现悬浮物达标处理，通过机理分析，由于聚合物的存在，导致二元驱污水黏度相对于水驱污水大幅提升，同时由于聚合物和表面活性剂的协同作用，水中悬浮物趋于稳定，无法絮凝生成大颗粒絮体，根据Stokes沉降公式即式（1）可知，悬浮物沉降速度V0和流体黏度成反比，并与悬浮物颗粒直径平方成正比。和水驱污水相比，二元驱污水黏度提高、悬浮物粒径减小，导致悬浮物沉降速度大幅下降，进而表现在二元驱污水处理后悬浮物含量大幅升高。V0=t018 gd2（1）式中：t为颗粒密度；0为水的密度；为流体黏度；d为颗粒直径；g为重力加速度。4结束语随着二元驱开发先导试验及小断块二元驱开发，二元驱采出液和水驱采出液混输至原油脱水站进行脱水时，通过水驱采出液的稀释作用，混合采出液中聚合物质量浓度不超过 75 mg/L 时，现有水驱原油脱水工艺可满足二元驱采出液脱水要求。根据室内试验结论，现有的常规水驱污水处理工艺不适用于二元驱污水处理，需要针对二元驱污水处理需求对常规污水处理站进行改造，实现二元驱污水达标处理，以有效支撑二元驱开发。参考文献1 何江川，廖广志，王正茂.油田开发战略与接替技术J.石油学报，2012，33（3）：519-525.2 杨兆麟，孙晓明，毛翠玲，等.锦16块二元驱工业化试验工程设计J.油气田地面工程，2013，32（1）：52-54.3 乔明.聚合物对二元驱污水悬浮物处理的影响研究J.中国新技术新产品，2014（12）：180-181.4 王振威，白剑锋，王智，等.模拟二元复合驱采出液稳定性影响因素研究J.油气田地面工程，2022，41（1）：26-30.5 高晓鹏，刘群杰，牟天遥，等.轴向动态反冲洗技术处理二元驱污水J.石油工程建设，2016，42（1）：66-68.基金项目：辽河油田“辽河化学驱工程实施与调控”重大科技专项，“化学驱污水深度处理回用聚合物母液和注入液配制技术研究”课题（2021KJZX-03-08）。作者简介：乔明（1981），男，山东文登人，高级工程师，2006年毕业于南京理工大学化学工程专业，硕士，现从事油田污水处理方面的研究工作。Email：收稿日期：2023-04-30乔明：聚-表二元驱药剂对采出液处理工艺影响界限研究21