魯克沁泡沫稠油消泡方法研究

魏 勇，鄧昌聯(lián)，肖 毓，李晶晶，唐曉東

（1.吐哈油田勘探開發(fā)研究院開發(fā)項目部，新疆 吐魯番 838202；2.西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，四川 成都 610500）

魯克沁稠油油田，采用減氧空氣泡沫驅(qū)技術(shù)采油，提高采收率效果顯著。但在泡沫驅(qū)油過程中，由于儲層的非均質(zhì)性和稠油的高黏度，導(dǎo)致泡沫驅(qū)油時氣體突破時間快、壓力波動大和生產(chǎn)井中產(chǎn)氣量變化大，最后泡沫和稠油互作用生成泡沫油[1-2]。泡沫油的生成能夠提高采收率[2-5]。但是，生產(chǎn)井采出泡沫油流對后續(xù)稠油的處理、儲運(yùn)會帶來一些不利因素。魯克沁采油廠在生產(chǎn)過程中，曾出現(xiàn)釆出液發(fā)泡嚴(yán)重，產(chǎn)液混合到閥組卻無法脫水，甚至出現(xiàn)三相分離器消泡不完全，泡沫沖釜，夾帶釆出油進(jìn)入污油池等情況，從而帶來經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。因此，研究泡沫稠油消泡的方法，對稠油安全生產(chǎn)具有重大意義。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器及藥品

魯克沁稠油，黏度50 mPa·s（50℃）；魯克沁地層礦化水（礦化度8×104mg/L）；發(fā)泡劑（有效濃度37%）；DC 消泡劑（有機(jī)硅聚合物）；SOC 消泡劑（聚醚型）；硅油消泡劑。HH-2 型數(shù)顯電子恒溫水浴鍋；FA25 型乳化機(jī)；NDJ-8SB型黏度計；0.01MPa/SHZ-D(III) 型真空泵；DMLB2 型顯微鏡；萬分之一精度天平；40kHz/KH-100E 型超聲儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 制備泡沫油

將礦化水加入發(fā)泡劑配置成有效濃度為0.35%的發(fā)泡液。取100mL 高型燒杯加入30g 發(fā)泡液和30g 稠油混合，并在一定溫度下水浴恒溫30min。保溫后采用乳化機(jī)攪拌發(fā)泡2min，使稠油與空氣、發(fā)泡液充分接觸，形成乳化泡沫油。

1.2.2 泡沫油消泡

將制備得到的泡沫油在不同條件下進(jìn)行恒溫水浴，每5min 記錄一次泡沫體積Vi（mL）。待氣泡完全消除記下最終體積即V0（mL），計算泡沫體積膨脹率α=(Vi-V0)/V0。

2 結(jié)果與分析

2.1 加熱消泡

在不同溫度保溫后對油樣進(jìn)行發(fā)泡，發(fā)泡完成后繼續(xù)在對應(yīng)溫度進(jìn)行保溫，觀察不同溫度對魯克沁泡沫油消泡的影響，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 同溫度對泡沫體積膨脹率α 的影響

從圖1 看出，隨著溫度升高，消泡時間大大縮短，30℃消泡時間為200min，50℃消泡時間為160min，70℃消泡時間縮短至120min。這是因為：隨著溫度上升，氣泡上浮和聚集隨之加速，Ostwald 熟化速率也相應(yīng)增加[6]；同時溫度上升后稠油中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的黏度下降，也導(dǎo)致泡沫油穩(wěn)定性下降[6-7]。實驗證明，溫度升高有利于泡沫油形成，但泡沫油的穩(wěn)定性下降。目前，現(xiàn)場進(jìn)行消泡操作時三相分離器內(nèi)的油：氣：水為3∶2∶1，操作溫度為35℃，停留時間為1h，分離效果較差，需要做出優(yōu)化。因此，綜合考慮加熱消泡的能耗，選擇加熱消泡的溫度為50℃。

2.2 加熱-超聲波消泡與加熱-負(fù)壓消泡

2.2.1 加熱-超聲波消泡

在30℃和50℃分別制備泡沫油并計算泡沫體積膨脹率α，在不同溫度下置于40kHz 的超聲波中進(jìn)行消泡。結(jié)果見圖2 所示。

圖2 加熱和加熱-超聲波震蕩（40kHz）對泡沫體積膨脹率α 的影響

由圖2 可知，與30℃和50℃加熱消泡比較，加熱-超聲波震蕩消泡時間均縮短了110min，消泡速率分別提高了55 和67.5%。這是因為，超聲波通過器械震動使泡沫油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等交替碰撞聚沉，降低液膜強(qiáng)度，空化效應(yīng)會破壞液膜結(jié)構(gòu)，而且超聲波具有局部熱效應(yīng)，能降低液膜黏度和導(dǎo)致泡沫熱膨脹，促進(jìn)排液消泡[8-9]。顯然，超聲波輔助泡沫油加熱消泡，能夠明顯提高消泡速率，結(jié)合前述溫度選擇，加熱-超聲波消泡選擇50℃-超聲波消泡條件即可。

2.2.2 加熱-負(fù)壓消泡

在50℃利用真空泵調(diào)節(jié)不同負(fù)壓值條件下進(jìn)行發(fā)泡和消泡實驗，同時計算泡沫體積膨脹率α。結(jié)果如圖3 所示。

圖3 50℃下不同真空度對泡沫油體積膨脹率α 的影響

由圖3 可知，隨著真空度增大，泡沫油的消泡時間從160min 減少到50min。這是因為：隨著真空度上升，泡沫油中的氣體大量析出并聚集成連續(xù)相，克服稠油阻力，迅速上升到氣液相界面析出；同時，系統(tǒng)負(fù)壓降低氣-液表面張力，加熱則降低稠油黏度，從而使稠油消泡[10]。提高泡沫油溫度，增大系統(tǒng)真空度，能夠有效消泡。因此，選擇泡沫油加熱-負(fù)壓消泡條件為50℃-0.04MPa 即可。

2.3 化學(xué)消泡

實驗選擇的消泡劑為DC 消泡劑、硅油消泡劑和SOC 消泡劑。其中SOC 是聚醚型消泡劑，DC 和硅油是有機(jī)硅聚合物消泡劑。將不同濃度的三種消泡劑與原油、水混合后進(jìn)行發(fā)泡，同時進(jìn)行空白組發(fā)泡。比較消泡劑對發(fā)泡后的泡沫油體積影響，并計算消泡劑的抑泡效率N。計算公式為：

N=(V-Vi)/(V-V0)×100%

式中：N 為抑泡效率，%；V 為空白試驗測得的帶泡原油體積，mL；Vi為加入消泡劑測得的帶泡原油體積，mL；V0為氣泡完全消除后的原油體積，mL。結(jié)果見圖4 所示。

圖4 加藥量對抑泡效率的影響

從圖4 看出，DC 消泡劑的抑泡效率最高，10mg/kg 濃度抑泡效率達(dá)62%，質(zhì)量濃度為200mg/kg 時抑泡效率提升至79%。這是因為：在消泡劑加入泡沫體系后，其分子抑制形成彈性膜發(fā)泡，并入侵原取代泡沫液壁，從而降低泡沫表面張力，減薄液膜使其破泡，不溶于泡沫體系的消泡劑再重新進(jìn)入另一個泡沫膜的表面重復(fù)這一過程，直到消泡完成[11-12]。化學(xué)消泡相較于其他物理消泡方法引入了雜質(zhì)，在滿足消泡能力的同時消泡劑的用量應(yīng)盡可能低，因此選擇化學(xué)消泡劑為DC 消泡劑即可。

DC 消泡劑不同加藥量所對應(yīng)的消泡時間如圖5 所示。

圖5 DC 消泡劑的加入量對消泡時間的影響

從圖5 看出，加入DC 消泡劑后，消泡時間迅速降低，在加入量達(dá)到100mg/kg 后，消泡時間降低至55min，能夠滿足消泡需求。因此選擇DC 消泡劑的質(zhì)量濃度為100mg/kg 即可。

2.4 現(xiàn)場應(yīng)用

實驗證實三種消泡方法均能滿足現(xiàn)場需求，但各有優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研情況，在現(xiàn)有氣液分離器上加裝負(fù)壓系統(tǒng)較為經(jīng)濟(jì)合理。由此提出的改造方案為：在氣液分離罐上加裝真空泵抽負(fù)壓進(jìn)行消泡，將消泡后的油接入三相分離器進(jìn)一步分離氣相、水相和油相（如圖6 虛框內(nèi)所示）。消泡工藝流程見圖6 所示。

圖6 采出液處理工藝優(yōu)化

3 結(jié)論

1）加熱消泡：70℃消泡時間為120min，不滿足三相分離器停留時間。繼續(xù)升高溫度能夠加快消泡速率，但能耗增大，經(jīng)濟(jì)性較低。

2）加熱-超聲波消泡：在一定頻率下，隨著溫度的升高，消泡速率加快。優(yōu)選操作條件為50℃-40kHz 超聲波消泡。

3）加熱-負(fù)壓消泡：溫度一定時，真空度越大，泡沫消除速度越快。優(yōu)選操作條件為50℃-0.04MPa 真空度消泡。

4）化學(xué)消泡：加入消泡劑量越大，抑泡效率和消泡速率越佳優(yōu)選消泡劑為DC 消泡劑（有機(jī)硅聚合物），質(zhì)量濃度為100mg/kg 時，消泡時間降低至55min。但低濃度DC 消泡劑加入泡沫稠油后難以分離，可能對稠油后續(xù)處理造成影響。

5）考慮裝置改造成本和操作、能耗等因素，推薦現(xiàn)場裝置進(jìn)行負(fù)壓操作改造并設(shè)計了改造工藝流程。