新疆油田SAGD循環預熱采出液處理

孫森 李 龍 李 甫 陳 賢 史建英

1中國石油新疆油田分公司風城油田作業區2中國石油新疆油田分公司安全環保處3中國石油新疆油田分公司采油一廠

新疆油田SAGD循環預熱采出液處理

孫森1李 龍2李 甫3陳 賢1史建英3

1中國石油新疆油田分公司風城油田作業區2中國石油新疆油田分公司安全環保處3中國石油新疆油田分公司采油一廠

SAGD循環預熱采出液具有溫度高、攜砂量大、油水乳化嚴重、乳化類型復雜，循環液中含有大量的帶負電的微小泥質顆粒，使得SAGD采出液產生靜電排斥穩定結構的雙重穩定的特性，常規處理工藝和藥劑體系很難將原油和污水處理達標。采用復合凈水劑除油+微混凝處理工藝對循環預熱采出液進行處理，同時使用熱化學沉降處理老化油，在沉降72 h后，出水含油、懸浮物均穩定在200 mg/L以內。現場試驗總體效果較好，在不需要調整現有工藝的條件下，基本能夠滿足現階段循環液處理要求。

風城油田；超稠油；SAGD；循環預熱采出液；復合凈水劑；油水處理

蒸汽輔助重力泄油技術（Steam Assisted Gravity Drainage，簡稱SAGD）是國際上開發超稠油的一項前沿技術，也是新疆風城油田超稠油開發使用的主體技術。到2022年，風城超稠油產量將達到291×104t/a[1]。隨著油田的開發和SAGD技術的應用，SAGD循環預熱采出液已占處理站來液量10%。由于循環預熱采出液物性復雜，常規油水處理工藝難度較大，成本較高。因此，針對SAGD循環預熱采出液的處理技術研究顯得迫在眉睫。

表1 SAGD循環液基本物性

1 基本物性

1.1 采出液溫度高、黏度大

將SAGD循環液分為循環前期、循環中后期和正常采油期三個階段，各階段采出液的原油物性見表1。由表1可以看出，在室溫條件下，SAGD試驗區50℃原油黏度為67 840～91 600 mPa·s，平均79 370 mPa·s；原油黏溫反應敏感，溫度每升高10℃，黏度降低50%～70%，90℃時原油黏度在2 000 mPa·s以上，密度在0.93 g/cm3左右。

1.2 泥砂含量高

風城油田SAGD井區油藏為辮狀河沉積，明顯區別于加拿大的海相沉積或較厚層的三角洲沉積，油藏泥砂含量高。SAGD在整個循環期采出液井口溫度為160～180℃，最高可達到220℃，同時伴隨著大量蒸汽。采出液攜砂粒徑小，尤其是循環預熱前期，取樣紙杯壁上均有非常明顯的泥砂沉積。此外，大量帶負電的黏土顆粒成分充當乳化劑作用，增加循環液處理難度。

1.3 穩定性極強

SAGD循環液以水為連續相，流動性好、含砂多、含油少，外觀為不透明黑棕色液體（加拿大俗稱咖啡奶）。采出液穩定性極強，樣品室溫靜置7天無明顯變化。各個階段的采出液常溫下依然具有良好的流動性。少量的原油以幾乎完全乳化的形式高度分散于水相中，高度分散的原油在高溫下具有極大的表面張力，使得粘在紙杯壁上的原油呈現分散的球形。

1.4 乳狀液復雜

SAGD采出液經水稀釋法和濾紙潤濕法觀察后，粗略判斷SAGD采出液三個階段均是以水為連續相的體系。通過光學顯微鏡證實SAGD采出液是以O/W型為主的乳液，分散相分布均勻，部分分散相相互聚結液滴中含有水相，形成W/O/W型復合乳液，見圖1。

圖1SAGD采出液循環前期光學顯微鏡示意

SAGD循環預熱采出液油珠粒徑主要分布在0.4～1 μm及30～40 μm，其中直徑小于1 μm的達50%。循環液前期粒度分布見圖2所示。Zeta電位顯示，循環液中含有大量的帶負電的微小砂質顆粒，使得SAGD采出乳液形成“Stern模型”的擴散雙電層，產生靜電排斥穩定結構。這種結構使SAGD循環采出液具有膠體穩定和乳液穩定的雙重特性，并且膠體穩定是主要因素。不同循環周期采出液Zeta電位見表2。

圖2 循環液前期粒度分布

表2 不同循環周期采出液的Zeta電位

由于采出液的雙重穩定特性，常規的正相、反相破乳劑及預脫水藥劑均不能達到預期的處理目的，油水分離難度很大。把SAGD循環采出液作為污水處理，含油量、懸浮物含量過高，而采用常規正相破乳劑原油脫水處理基本無效果。

2 室內試驗

由于SAGD循環預熱采出液泥砂含量高、膠質瀝青質含量高、溫度高、乳化類型復雜、穩定性極強等特點，采用常規的大罐熱化學沉降工藝無法正常脫水，脫出污水含油量增大，室內試驗正相破乳劑、反相破乳劑加藥量達到800 mg/L。現場造成凈化油沉降時間延長，藥劑加藥量大，污水處理成本升高，老化油處理困難、熱能利用率低等問題[2-3]。

針對上述問題，擬采用復合凈水劑除油+微混凝處理工藝對循環預熱采出液進行處理，同時使用熱化學沉降處理老化油，即對SAGD循環預熱采出液換熱后，將SAGD循環預熱采出液中投加復合凈水劑，除去污水中含油和黏土物質，將浮油當作老化油，采用熱化學沉降方法處理，再進行微混凝反應凈化污水，從而實現高效處理SAGD循環預熱采出液。

2.1 復合凈水劑篩選

針對SAGD循環預熱采出液的特性，開展了復合凈水劑的研究。室內合成一種高效復合凈水劑[4-5]，并在不同工況下對SAGD循環預熱采出液進行脫水試驗，結果見表3。

表3 不同工況下SAGD采出液脫水試驗結果

由表3可以看出，SAGD循環預熱采出液直接加正、反相破乳劑、預處理劑脫水時，污水含油量較高。但當采用復合凈水劑后，除油效果較好，可大幅降低污水處理難度。

復合凈水劑加藥濃度與反應時間確定見圖3。由圖3可以看出，復合凈水劑反應時間較快，SAGD循環預熱采出液在加藥量為500 mg/L時，在15 min內循環液就可達到污水含油量小于200 mg/L的指標要求。考慮到工業化試驗的因素，初步確定復合凈水劑在SAGD循環預熱采出液中反應時間要大于30 min。

2.2 脫水試驗

將SAGD循環液浮油當作老化油處理，采用熱化學沉降方法，使用特一聯老化油破乳劑為實驗藥劑，加藥量為2 000 mg/L，試驗溫度為95℃。SAGD循環液脫水試驗結果見表4。

表4的試驗結果表明，雖然SAGD循環液老化油脫出水含油、懸浮物較高，但在加入老化油破乳劑后，SAGD循環預熱采出液老化油在72 h內脫水效果可以達到凈化原油交油指標。

圖3 復合凈水劑加藥濃度與反應時間確定

表4 SAGD循環液老化油脫水試驗

3 循環液現場處理

現場利用沉降池作為SAGD循環預熱采出液的冷卻裝置、沉降裝置，實際處理循環液溫度為70～90℃，處理量約1 500～2 500 m3/d，循環液現場處理試驗工藝流程見圖4。現場取樣結果表明，復合凈水劑除油效果明顯，出水含油、懸浮物均穩定在200 mg/L以內，達到循環液處理指標要求，采出液處理效果見圖5。因此，采用復合凈水劑除油+微混凝處理工藝進行循環液處理基本能夠滿足現階段循環液處理要求。

圖4 循環液現場處理試驗工藝流程

圖5 采出液處理效果

4 結論

（1）SAGD循環預熱采出液具有溫度高、攜砂量大、油水乳化嚴重、乳化類型復雜，循環液中含有大量的帶負電的微小泥質顆粒，使得SAGD采出液產生靜電排斥穩定結構的雙重穩定的特性，常規處理工藝和藥劑體系很難將原油和污水處理達標。

（2）室內合成的高效復合凈水劑在加藥濃度500mg/L、作用30min后，污水除油率可達92%以上。

（3）采用復合凈水劑除油+微混凝處理工藝對循環預熱采出液進行處理，同時使用熱化學沉降處理老化油，在沉降72 h后，出水含油、懸浮物均穩定在200 mg/L以內。現場試驗總體效果較好，在不需要調整現有工藝的條件下，基本能夠滿足現階段循環液處理要求。

[1]趙武生，羅東坤，張俊．克拉瑪依油田風城超稠油資源規模開發構想[J]．新疆石油地質，2009，30（6）：778-780.

[2]駱偉，孫國成，達吾力，等．新疆風城油田超稠油SAGD開發地面配套技術探討[J]．新疆石油天然氣，2010，6（4）：76-80.

[3]李剛，張春凡．遼河油田稠油蒸汽驅和SAGD集輸與處理工藝技術[J]．石油規劃設計，2013，24（1）：16-18.

[4]王明憲．陽離子表面活性劑對含油污水的破乳試驗[J]．油氣田地面工程，1994，13（2）：33-35.

[5]W.Sanyi，A.Eric，C.Robert，et al．Application of a Reverse-Emulsion-Breaker at a SAGD Pilot Plant in Northern Alberta[C]．SPE 86932，2004．

（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.015