CO2驱采出流体相分离化学剂技术研究.pdf

CO2驱开采过程中，随着注入地层 CO2的上返，采出系统中 CO2含量逐渐升高，pH 值逐渐降低，介质性质不断变化，地面采出液和处理系统乳化程度不断加深。集输系统中压力的突然降低导致系统内存在起泡问题，针对 CO2驱采出的流体，研制出适用于气液分离环节的消泡剂 AF-1005，采出液脱水环节用到的破乳剂 DE-1215，以及适合采出水处理系统所需的絮凝剂CL-5013。该破乳剂和絮凝剂在榆树林油田 CO2驱采出流体处理试验装置上开展应用研究，取得了良好的应用效果。关键词：CO2驱；相分离；消泡剂；破乳剂；絮凝剂Study on Chemical Agent Technology for Phase Separation of Produced Fluids in Carbon Dioxide FloodingZHENG Runfen1，WANG Yihan1，DU Wei1，ZHANG Huiping1，AI Guangzhi1，LIU Xia21Daqing Oilfield Design Institute Co.，Ltd.2No.2 Electric Power Operation and Maintenance Department of Electric Power Operation and Mainte-nance Branch CompanyAbstract：In the process of CO2flooding，as the CO2injected into the reservoir returns，the CO2content in the produced system gradually increases，the pH value gradually decreases，and the proper-ties of the medium constantly changes，the emulsification degree of surface produced liquid and thetreatment system continuously deepens.The sudden reduction of pressure in the gathering system leadsto the possibility of foaming in the system.Defoaming agent AF-1005 used in the gas-liquid separationprocess，demulsifier DE-1215 used in the dehydration process of produced liquid，and flocculant CL-5013 for produced water treatment system have been developed，which are suitable for CO2-producedfluids.The developed demulsifier and flocculant have been applied to the CO2flooding-produced fluidtreatment testing unit in Yushulin Oilfield，and good application results have been achieved.Keywords：CO2flooding；phase separation；defoaming agent；demulsifier；flocculantCO2驱油可实现低产低渗油田的有效开发1-4，早在上世纪 90年代初大庆油田已经开始 CO2驱先导性矿场试验5，2008 年以来，大庆榆树林油田推进CO2驱油，并开展了大量室内和现场试验6-9。CO2驱开采过程中，注入地层的 CO2与地层水混合，会造成地层水 pH 值降低，呈酸性的地层水对地下矿物岩石具有侵蚀作用，致使采出液中钙、镁、硅、铝等离子成分增加。在采出流体的处理过程中，发现油井在生产过程中间歇性出现大量高含 CO2伴生气快速上返现象10，地面采出液处理系统面临乳化程度加深问题，集输系统中压力的突然降低也导致系统内存在起泡的可能性。同时，随着 CO2的析出或与其他油田污水混合，导致采出流体 pH 值升高，采出液水相中碳酸钙等出现过饱和状态，会析出碱土金属碳酸盐微粒等新生悬浮物固体，引起采出水悬浮物固体增加，增大 CO2驱采出液和采出水处理难度。针对 CO2驱采出流体处理过程中面临的气液分离、液液分离以及固液分离等问题，需研制适用于气液分离的消泡剂，液液分离的破乳剂，以及固液分离的浮选剂、絮凝剂等相分离化学剂，以DOI:10.3969/j.issn.1006-6896.2023.08.01899大庆院专栏郑润芬等：CO2驱采出流体相分离化学剂技术研究油气田地面工程 https:/保障 CO2驱地面系统开采的顺利运行。1消泡剂研制1.1评价方法为了快速评价多种消泡剂的效果，室内评价采用在恒温条件下向模拟液通入 CO2气体 1 min 发泡的方法评价消泡剂（图 1），现场评价采用取样口直接取样评价方式。消泡性测定：在 1 L 具塞量筒中接取约 800 mL 来液静置，记录泡沫完全消除所用时间。图 1消泡剂室内评价装置Fig.1 Defoamer indoor evaluation device1.2油气分离系统消泡剂CO2驱采出流体中 CO2气体含量较高，油相呈现发泡特性，针对上述特点开展油相消泡剂配方研制，保障油气分离器取得良好的分离效果，并观察消泡剂对采出流体油水分离特性的影响。图 2是效果较好的 4种消泡剂在室内和现场瓶试效果。室内试验结果显示，1#消泡剂效果最佳，加药质量浓度为 50 mg/L 时，消泡时间由 130 s缩短到 40 s；现场瓶试时采用在榆树林油田树 16 油气分离器进口取样，加药质量浓度为 50 mg/L，结果显示，同样是1#配方效果最佳，消泡时间由 110 s缩短到 25 s。将 1#消泡剂在树 16 油气分离器进口进行加药量优化现场瓶试试验，加药质量浓度分别为 25、50、75、100、125 mg/L，结 果 见 图 3。由 图 3 可知，加入药 剂 后 消 泡 时 间 呈 快 速 下 降 趋 势，加药 质 量 浓 度 为 50 mg/L 时，消泡时间缩短 77%，继续增加加药量消泡效果趋于稳定，其最佳加药质量浓度为50mg/L，命名为 AF-1005。图 3消泡剂加药量优化Fig.3 Optimization of the defoamer dosage2采出液脱水系统破乳剂由于 CO2驱采出液具有特殊的性质，采出液脱水用破乳剂不同于常规水驱破乳剂，需研制适合CO2驱采出液游离水脱除和电脱工艺条件更经济高效的破乳剂。确保在现场试验系统中，破乳剂加药质量浓度不大于 50 mg/L，采出液处理温度在 40 左右、停留时间30 min 的条件下，游离水脱除达到 脱 后 油 中 含 水 率 30%、污 水 含 油 质 量 浓 度1 000 mg/L的指标。随着 CO2的不断上返，采出液性质发生显著变化，取树 16 转油站来液，在温度 45 条件下，对破乳剂配方进行优化，沉降时间 30 min，部分配方评价结果见表 1 和图 4，结果显示 4#、5#、7#、8#、9#配方效果较好。对上述效果较好的破乳剂配方进一步评价，5#配方在两个加药质量浓度为 20 mg/L 和 50 mg/L 条件下，清水效果均最佳。加药质量浓度 50 mg/L，温度 45 的条件下，沉降 30 min，水中含油质量浓度由不加药时的 185 mg/L降低到 90 mg/L。图 2消泡剂室内及现场瓶试效果Fig.2 Experimental effect of defoamer indoor and field bottle test100第 42卷第 08期（2023-08）油气田地面工程 https:/大庆院专栏表 145 条件下部分破乳剂配方优化结果Tab.1 Optimization results of some demulsifier formula at 45 编号空白1#2#3#4#5#6#7#8#9#加药浓度/(mgL-1)0202020202020202020含油浓度/(mgL-1)1285451398403375226461274342307加药浓度/(mgL-1)0505050505050505050含油浓度/(mgL-1)128518015916115190184109137123优化后的 5#破乳剂配方进行不同加药浓度条件下不同沉降时间的处理效果对比试验（图 5）。在加药质量浓度为 20 mg/L条件下，温度 45 时，沉降 180 min，水 中 含 油 质 量 浓 度 由 不 加 药 时 的1 879.3 mg/L 降低到 137.0 mg/L。5#配方效果良好，将其命名为破乳剂 DE-1215。3采出水处理系统絮凝剂结合采出水处理工艺，通过静置沉降和絮凝试验分别进行反相破乳组分和絮凝组分筛选，对其进行配方优化，研制出适合于 CO2驱采出水处理的絮凝剂配方，确保在现场试验系统中，在清水剂加药质量浓度不大于 200 mg/L的情况下，处理后采出水的水质满足膜滤工艺进水要求。图5不同加药浓度条件下水中含油浓度随沉降时间变化规律Fig.5 Variation law of oil concentration in water with settlingtime under different dosing concentrations室 内 絮 凝 剂 配 方 研 制 试 验 参 照 标 准 Q/SYDQ08242014 油田采出水用絮凝剂产品验收和检验技术要求，取树 16转油站四合一分离水，在40 条件下，絮凝沉降 4 h，分别测定滤前和滤后水样中含油浓度和悬浮物固体浓度。部分絮凝剂配方采出水处理效果见表 2。由表 2 可以看出，絮凝剂 4#配方效果较好，滤前悬浮物固体浓度达到了8 mg/L，滤后悬浮物固体浓度为 0，可以满足特低渗透油藏膜滤工艺进水指标，将 4#配方命名为絮凝剂 CL-5013。为进一步研究絮凝剂 CL-5013 对 CO2驱采出水表 2不同类型絮凝剂采出水处理效果Tab.2 Treatment effects of produced water under different types of flocculants编号B01#2#3#4#5#6#药剂浓度/(mgL-1)050505050505050沉降时间/h44444444滤前含油浓度/(mgL-1)19.616.524.319.881.612.735.629.0滤前悬浮物固体浓度/(mgL-1)1212119981010滤后含油浓度/(mgL-1)1.71.21.21.80.90.31.50.4滤后悬浮物固体浓度/(mgL-1)33031011图 4破乳剂配方进一步评价效果Fig.4 Further evaluation of the effectiveness of demulsifier formula101大庆院专栏郑润芬等：CO2驱采出流体相分离化学剂技术研究油气田地面工程 https:/处理效果的适应性，考察了不同加药浓度条件下采出水的处理效果。取树 16 转油站四合一分离水，40 条件下，静沉 4 h，分别测定滤前和滤后水样中含油浓度和悬浮物固体浓度，采出水处理效果见表 3。由表 3可以看出，加药质量浓度为 50 mg/L时，含油浓度变化不大，滤前、滤后悬浮物固体质量浓度分别达到 5 mg/L和 1 mg/L。4现场试验在榆树林油田树 16 转油站开展现场试验，对所研制的破乳剂、絮凝剂等配套化学剂的应用效果进行现场评价。4.1破乳剂应用试验采出液脱水试验系统由气液分离器、游离水脱除试验装置、电加热器和电脱水试验装置各 1台串联而成。试验介质来自树 16 转油站 2#计量间，进站来液先经过气液分离器进行气液分离，分离出的气体输至树 16 转油站内放空汇管，分离出的液体经脱水泵输至游离水脱除器进行油水分离，分离出来的乳状液经电加热器加热后进入电脱水试验装置进行处理，含油污水部分进入采出水处理试验系统，净化油和剩余的含油污水均进入液体储存缓冲单元后打回站内液相处理系统（站内生产系统“四合一”进口管线），工艺流程见图 6。为考察破乳剂现场运行效果，破乳剂加药点设在游离水分离器进液口，破乳剂加药质量浓度按油水 总 量 计 20 mg/L，来 液 温 度 为 40 ，液 量 为10.4 m3/h，停留时间为 15 min；电脱水试验装置进口温度 50，电场内停留时间 30 min。投加研制的破乳剂 DE-1215，可使游离水脱除器放水水中含油质量浓度由 576 mg/L降至 264 mg/L，油出口油中含水率由 7.51%降至 5.25%，电脱后油中含水率为0.1%。4.2絮凝剂应用试验采出水处理试验单元来水量为 1 m3/h，采用“曝气沉降+混凝沉降+两级双滤料压力过滤+PVC超滤”工艺。试验单元主流程：来水缓冲曝气罐图 6采出液脱水试验单元工艺流程及加药点Fig.6 Process flow and dosing points of the produced liquid dehydration test unit表 3絮凝剂不同加药浓度条件下采出水处理效果Tab.3 Treatment effects of produced water under different dosing concentrations of flocculants编号空白1234药剂浓度/(mgL-1)0100503010沉降时间/h44444滤前含油浓度/(mgL-1)24.821.421.422.520.2滤前悬浮固体浓度/(mgL-1)86588滤后含油浓度/(mgL-1)4.12.21.83.84.1滤后悬浮固体浓度/(mgL-1)32132图 7采出水处理试验单元工艺流程及加药点Fig.7 Process flow and dosing points of produced water treatment test unit102第 42卷第 08期（2023-08）油气田地面工程 https:/大庆院专栏混凝沉降罐滤前缓冲池一次压力过滤罐二次压力过滤罐膜处理装置（图 7）。絮凝剂加药点为曝气沉降罐进口，CL-5013絮凝剂加药质量浓度为 70 mg/L，投加絮凝剂前后水质情况对比见图 8。在来水含油质量浓度 149 mg/L、悬浮物固体质量浓度 131 mg/L、粒径中值 5.24 m的条件下，投加絮凝剂后二次滤后水水中含油质量浓度降至 3.38 mg/L、悬浮物固体浓度降至 2.61 mg/L、粒径中值降至 1.51 m，满足含油质量浓度8 mg/L、悬浮物固体质量浓度3 mg/L、粒径中值2 m 的膜滤进水水质要求。图 8投加絮凝剂前后二滤出水处理效果Fig.8 Treatment effect of secondary filtrationeffluent before and after adding flocculant5结束语针对 CO2驱采出流体，研制出适用于气液分离环节的消泡剂 AF-1005，适合于采出液脱水环节的破乳剂 DE-1215，以及采出水处理系统用絮凝剂CL-5013，研制的破乳剂和絮凝剂在榆树林油田CO2驱采出流体处理试验装置中开展应用研究，取得了良好的应用效果。目前，CO2驱相分离剂在现场虽然有所应用，但存在试验规模较小，周期短，没有长期验证药剂的适应性，工业化 CO2驱试验区采出液乳化和起泡等问题没有充分暴露，之前的研究方案是采用投加消泡剂和破乳剂，虽然可以解决系统的发泡和破乳问题，但成本较高。因此，有必要研制兼具消泡功能的破乳剂，同步解决系统乳化程度加深和发泡问题，降低加药成本。参考文献1 庞志庆，孟岚，彭启忠低产低渗油田注二氧化碳驱油效 益 开 发 地 面 关 键 设 备 创 新 与 应 用 J 热 力 发 电，2021，50（1）：129-135PANG Zhiqing，MENG Lan，PENG Qizhong Innovationand application of ground key equipment for benefit develop-ment 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年毕业于大连理工大学化学工程专业，从事油田地面化学剂研究工作，13704596462，黑龙江省大庆市让胡路区大庆油田设计院化学工程部，163712。收稿日期2023-03-26（编辑李俐莹）103