集輸生產中的破乳劑使用優化方案

高正泉 張廣輝 劉輝

摘要：隨著采油廠逐步邁入稠油及超稠油的生產階段，大量二元驅超稠油油口進入集輸生產系統，現有的原油脫水技術已經難以滿足日益增長的油水分離矛盾，原油脫水逐漸進入高成本階段。本文主要從分隊加藥、藥劑摻混原理、藥劑復配篩選實驗等角度研究如何在現有的集輸工藝生產條件下，最大程度降低單位液量的破乳劑使用量，從而節約后端原油處理成本，提升油田開采效率，提升油田整體競爭力。

關鍵詞：破乳劑；分隊加藥；藥劑摻混

一、破乳劑在稠油生產中的使用現狀

河口采油廠日產原油8000噸，其中稠油占其中約40%以上，稠油脫水破乳劑依賴程度為稀油的百倍以上，含表面活性劑的聚合物驅采出液對于破乳劑的需求量更是稀油采出液的幾百上千倍。

在實際的生產中，我們針對不同井隊來液物性的不同，研究了分隊加藥系統，并根據自控系統實現了精細化加藥調節；針對破乳劑脫水效率低下，我們建立了藥劑摻混模型，并實驗了藥劑摻混裝置；針對多級脫水工藝的特性，進行了藥劑篩選實驗，優選出多級多種復配藥劑以適用于復雜來液狀況。

二、影響破乳劑使用的因素

來液物性差異大，三相分離器油水分離效果差；藥劑混合不均勻，破乳劑利用率低下；藥劑配方陳舊，不適應變化多端的物性

三、分隊加藥，提高油水分離效果

在實行分隊計量后，不同來液井隊實現了不同分離器的單獨處理，這就造成破乳劑只能添加到出油匯管，減少了從井排到分離器的化學沉降過程，綜合考慮降低了約1小時的混合分離時間，造成破乳劑利用效率降低。在實際生產中，我們以埕東聯合站為例，根據前端8個不同來液井隊的物性變化，在原油的3套加藥流程的前提下，增加了5套加藥流程，實現了8個來液井隊8套單獨加藥流程進入8臺單獨分離器油水分離的運行模式。一個埕東聯合站的8條來液井隊，從稀油到稠油再到超稠油，從水驅到二元驅，從低溫到高溫，縮影了現下油田的實際采出液狀況。例如，采油103隊來液量4400t/d，粘度1700，綜合密度1.04g/cm3，現有的破乳劑難以實現油水分離，分離器出液存在油水倒掛現象即水路出油、油路出水，極大的增加了整個集輸站庫的生產壓力，為此我們經過長達一個月的對比實驗與理論分析，優選了一種凈水型反相破乳劑，經過不斷的摸索，成功將出水含油由19000mg/l降低至2000mg/l，出油含水由50%降低至30%，并將103隊的破乳劑投加量降低了1/3.

四、藥劑摻混模型及應用

在流體力學中存在邊界層理論：在固體壁面附近的薄層中，粘性力的影響則不能忽略，沿壁面法線方向存在相當大的速度梯度，這一薄層叫做邊界層。藥劑在剛剛加入管道內時，其本身只具有垂直與管道壁的法向速度，并且由于藥劑泵的作用機理，其法向速度極小，因此藥劑在加入管道內時，其流動擴散是按照流體邊界層的速度梯度來擴散的。因此我們可以按照層流邊界層流動建立如下藥劑擴散模型：

藥劑投加進入管道以后，在剛剛進入時是按照邊界層的流體分布進行流動混合的，這點在熱成像技術下可以觀察到，因此，按照理論計算：藥劑要想充分混合需要流出邊界層之后才可以與管道液體同步流動混合。下面是藥劑流動厚度計算公式：

其中，圓管段內的藥劑流動厚度如公式計算，式中d為管道直徑，Re雷諾數，例如在100mm管道中，Re=1*104，則厚度δ=2mm。層流時，一般取X=100d，即DN100管道藥劑在里面要至少流動10米以上，才能達到來液的水平速度，即才剛剛開始混合。這對于我們充分利用破乳劑是非常不利的，尤其是DN500以上的粗管段，需要的路徑更加長。這時候，就需要人為的改變藥劑在管道內的流動方式，使得藥劑提前進入湍流區域，進行充分擴散。

在加入斜板摻混器之后，由于斜板本身就輸入邊界，因此在斜板與管道的邊界層之間就會產生湍流區域，從而提前了藥劑與管道液體的混合時間，增加了混合的混亂程度，從而使得藥劑與液體混合更加均勻。

五、藥劑篩選實驗

以河口采油廠埕東聯合站、義和聯合站、陳南聯合站等為例，總計進行了三種不同物性采出液的破乳劑優選實驗，分別對三個聯合站的原破乳劑添加流程、破乳劑種類、破乳劑時效、最佳破乳環境等變量因素進行了最優化處理，優選出了適宜不同物性的3種最佳化學破乳方案。在埕東聯合站的實驗過程中，其實際進站液量為5.8-6.0×104m3/d，綜合含水約97%。埕東站原油脫水主要依靠三級加藥與多級大罐沉降脫水工藝實現。經過實驗發現在一定溫度條件下，油溶性破乳劑HCW 100ppm濃度時的脫水率已經高于現場水溶性221：32型復配藥劑1.5倍，在下一步生產中可以進行HCW藥劑的實際應用。針對大規模洗井液、酸液進站的特殊情況，我們做了大量追蹤實驗，找到了酸液影響原油脫水的兩條主要因素：（1）酸液中含有大量乳化劑（2）酸性環境pH《6時，會大幅度降低破乳劑效果。以此為依據，我們實驗CaCL2、CaCO3、MgCL2等多種無機物與水溶性、油溶性破乳劑的復配方案，并找到了特定條件下的破乳劑--石灰水體系，這種復配體系一方面可以有效的降低酸液對原油脫水的影響，另一方面有可以減少石灰水作為乳化劑本身對原油的乳化作用。在陳南聯合站的實驗過程中，其進站液量5800m3/d～7000m3/d，進站稠油580～620t/d，稠油進站溫度50℃～55℃。

六、成果意義

（1）在河口采油廠集輸系統的破乳劑優化過程中，實現了不同來液井隊的分隊加藥極其自動化控制。（2）根據流體力學中的邊界層理論，建立了藥劑摻混模型并研發藥劑摻混器，并在陳南聯合站實現了現場應用。（3）依托現實物性的復雜多變，對多個聯合站舊的加藥系統進行優化，研發了適宜稠油脫水的新型破乳劑并尋找到了可以有效實現低含水油脫水的破乳劑。（4）初步降低了埕東聯合站破乳劑使用量13%，總計節約破乳劑10噸，后期可降低稠油脫水成本10%。

七、推廣前景

在原油開采進入稠油開采的情況下，對整個集輸站庫的破乳劑進行優化調整，可以節約后端原油處理成本，提升油田開采效率，提升油田整體競爭力。