魯克沁泡沫稠油消泡方法研究

魏 勇，鄧昌聯，肖 毓，李晶晶，唐曉東

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

魯克沁稠油油田，采用減氧空氣泡沫驅技術采油，提高采收率效果顯著。但在泡沫驅油過程中，由于儲層的非均質性和稠油的高黏度，導致泡沫驅油時氣體突破時間快、壓力波動大和生產井中產氣量變化大，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，生產井采出泡沫油流對后續稠油的處理、儲運會帶來一些不利因素。魯克沁采油廠在生產過程中，曾出現釆出液發泡嚴重，產液混合到閥組卻無法脫水，甚至出現三相分離器消泡不完全，泡沫沖釜，夾帶釆出油進入污油池等情況，從而帶來經濟損失和安全隱患。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）；發泡劑（有效濃度37%）；DC 消泡劑（有機硅聚合物）；SOC 消泡劑（聚醚型）；硅油消泡劑。HH-2 型數顯電子恒溫水浴鍋；FA25 型乳化機；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

將礦化水加入發泡劑配置成有效濃度為0.35%的發泡液。取100mL 高型燒杯加入30g 發泡液和30g 稠油混合，并在一定溫度下水浴恒溫30min。保溫后采用乳化機攪拌發泡2min，使稠油與空氣、發泡液充分接觸，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 結果與分析

2.1 加熱消泡

在不同溫度保溫后對油樣進行發泡，發泡完成后繼續在對應溫度進行保溫，觀察不同溫度對魯克沁泡沫油消泡的影響，結果如圖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 熟化速率也相應增加[6]；同時溫度上升后稠油中的膠質和瀝青質的黏度下降，也導致泡沫油穩定性下降[6-7]。實驗證明，溫度升高有利于泡沫油形成，但泡沫油的穩定性下降。目前，現場進行消泡操作時三相分離器內的油：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 的超聲波中進行消泡。結果見圖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、瀝青質等交替碰撞聚沉，降低液膜強度，空化效應會破壞液膜結構，而且超聲波具有局部熱效應，能降低液膜黏度和導致泡沫熱膨脹，促進排液消泡[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-負壓消泡

在50℃利用真空泵調節不同負壓值條件下進行發泡和消泡實驗，同時計算泡沫體積膨脹率α。結果如圖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相，克服稠油阻力，迅速上升到氣液相界面析出；同時，系統負壓降低氣-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，增大系統真空度，能夠有效消泡。因此，選擇泡沫油加熱-負壓消泡條件為50℃-0.04MPa 即可。

2.3 化學消泡

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、水混合后進行發泡，同時進行空白組發泡。比較消泡劑對發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62%，質量濃度為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入另一個泡沫膜的表面重復這一過程，直到消泡完成[11-12]。化學消泡相較于其他物理消泡方法引入了雜質，在滿足消泡能力的同時消泡劑的用量應盡可能低，因此選擇化學消泡劑為DC 消泡劑即可。

DC 消泡劑不同加藥量所對應的消泡時間如圖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 消泡劑的質量濃度為100mg/kg 即可。

2.4 現場應用

實驗證實三種消泡方法均能滿足現場需求，但各有優缺點。根據現場調研情況，在現有氣液分離器上加裝負壓系統較為經濟合理。由此提出的改造方案為：在氣液分離罐上加裝真空泵抽負壓進行消泡，將消泡后的油接入三相分離器進一步分離氣相、水相和油相（如圖6 虛框內所示）。消泡工藝流程見圖6 所示。

圖6 采出液處理工藝優化

3 結論

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

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。優選操作條件為50℃-40kHz 超聲波消泡。

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

4）化學消泡：加入消泡劑量越大，抑泡效率和消泡速率越佳優選消泡劑為DC 消泡劑（有機硅聚合物），質量濃度為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，推薦現場裝置進行負壓操作改造并設計了改造工藝流程。