膠體態(tài)聚合物在油田配制站直接溶解的可行性研究

大慶油田有限責(zé)任公司

為了便于聚合物溶解，油田驅(qū)油采用干粉態(tài)聚丙烯酰胺，但從聚合物膠體加工成為干粉需要干燥蒸發(fā)近60%的水分，這一過程會(huì)產(chǎn)生巨大能耗，增加生產(chǎn)成本[1-6]，并限制了產(chǎn)能。為降低生產(chǎn)聚丙烯酰胺干粉的能耗及采購(gòu)成本，提高生產(chǎn)線的產(chǎn)能，有必要進(jìn)行油田現(xiàn)場(chǎng)直接應(yīng)用膠體態(tài)聚合物驅(qū)油的可行性研究[7-9]。

1 現(xiàn)場(chǎng)直接應(yīng)用需要解決的問題

膠體態(tài)聚合物的直接應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外油田聚合物驅(qū)油技術(shù)中尚無(wú)先例，本文通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明膠體經(jīng)過再造粒后能夠溶解，但要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)直接應(yīng)用需要解決以下四方面難題。

1.1 粒徑的合理尺寸

研磨造粒是膠體態(tài)聚合物現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的核心工藝。造粒工藝采取篩網(wǎng)式研磨，刀頭將膠體態(tài)聚合物擠壓至篩網(wǎng)，通過控制篩網(wǎng)孔的尺寸，調(diào)節(jié)生產(chǎn)出的膠粒大小。

膠粒的大小決定造粒設(shè)備的產(chǎn)能，膠粒越大，產(chǎn)能越高。另一方面，溶解速度決定了膠粒不能過大，膠粒越大，溶解速度越慢，會(huì)造成后端建設(shè)溶解罐的容積和數(shù)量過大。

1.2 揮發(fā)氨氣的處理

生產(chǎn)聚合物時(shí)，聚丙烯酰胺與氫氧化鈉發(fā)生水解反應(yīng)產(chǎn)生氨氣，干粉經(jīng)過干燥后，大部分氨氣快速釋放，而膠體中的氨氣則需要緩慢釋放，因此，膠體在裝卸、造粒和溶解過程中均釋放出NH3，刺激性氣味較大。氨氣產(chǎn)生的化學(xué)方程式見圖1。

圖1 氨氣產(chǎn)生的化學(xué)方程式Fig.1 Chemical equation for ammonia production

1.3 膠體的計(jì)量方式

現(xiàn)有的配制站干粉是粉末狀，配制時(shí)采用的計(jì)量方式為瞬時(shí)配比法，即：采用螺旋下料器控制下料速度，用水泵控制水量，只要二者的瞬時(shí)配比滿足配制方案的要求濃度，即可達(dá)到方案要求。膠體研磨成膠粒后有較大黏性，容易粘連成塊，導(dǎo)致與水的瞬時(shí)混合不均勻，因此，現(xiàn)有的計(jì)量方式無(wú)法滿足瞬時(shí)配比要求。

1.4 現(xiàn)有工藝導(dǎo)致膠粒再次粘結(jié)成塊

膠體態(tài)聚合物呈膠團(tuán)狀，含有油狀物和較多的水分。由于漏斗坡度及風(fēng)機(jī)吸入能力等問題，研磨成粒后下落至漏斗倉(cāng)的膠粒堆積在漏斗倉(cāng)內(nèi)及風(fēng)機(jī)前部管內(nèi)，再次形成大塊膠團(tuán)，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)進(jìn)口管堵塞無(wú)法風(fēng)送，且風(fēng)送后膠團(tuán)在溶解罐內(nèi)無(wú)法溶解，形成較大粘團(tuán)，堵塞在后端粗精過濾器內(nèi)。如果粘團(tuán)沖破過濾器濾袋，到下游注入站被注進(jìn)地層，就會(huì)造成地層堵塞，影響開發(fā)效果。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 合理粒徑的選擇

造粒系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)膠體現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的核心系統(tǒng)，它既要滿足粒徑要求，還要保證能夠連續(xù)運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)試了5種造粒設(shè)備，最終采用旋刀切削篩板擠壓式造粒工藝設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)造粒。通過室內(nèi)模擬以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，用篩網(wǎng)篩取1～5 mm 粒徑膠粒，采用現(xiàn)場(chǎng)污水配制5 000 mg/L聚合物膠體溶液，檢測(cè)不同粒徑所需的溶解時(shí)間及水中不溶物。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖2）可知，粒徑大小影響溶解速度和效果。當(dāng)粒徑在3 mm 以下時(shí)，其溶解效果和所需時(shí)間與干粉相近[10]。

圖2 粒徑對(duì)溶解時(shí)間的影響Fig.2 Influence of particle size on dissolution time

2.2 采取噴淋系統(tǒng)解決氨氣吸收問題

利用氨氣溶于污水的特點(diǎn)，采用白鋼水槽氨氣吸收塔，使膠粒與塔內(nèi)噴淋裝置落下的水接觸，吸收溶解過程中產(chǎn)生的氨氣。針對(duì)上料傳輸過程中的氨氣釋放，全程采用密閉控制。同時(shí)在各節(jié)點(diǎn)設(shè)置氨氣報(bào)警裝置，全程監(jiān)測(cè)氨氣泄漏。采用大料箱和氨氣吸收塔強(qiáng)制排風(fēng)系統(tǒng)，增設(shè)墻壁軸流風(fēng)機(jī)，排出因吸收入不充分而釋放出的氨氣。

2.3 采取稱重計(jì)量方式實(shí)現(xiàn)濃度精度可控

控制水料配比是母液配制精度的關(guān)鍵，在大料箱和造粒機(jī)之間增加具有稱重功能的小料箱，編寫進(jìn)料計(jì)算公式并寫入控制系統(tǒng)，精確控制膠體進(jìn)料量，通過自控系統(tǒng)及時(shí)調(diào)整配比參數(shù)以控制膠體母液配制精度。進(jìn)料公式為

式中：L為罐底液量，L；A為進(jìn)膠體量，kg；S為固含量，%；C為罐底濃度，mg/L。

通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)熟化罐、外輸泵、儲(chǔ)罐母液濃度誤差控制在±5%之內(nèi)，熟化罐母液黏度650 mg/L左右（表1），與干粉母液黏度基本相當(dāng)。

表1 母液濃黏度化驗(yàn)檢測(cè)值Tab.1 Test value of mother liquor concentration and viscosity

2.4 優(yōu)化工藝，減少膠粒二次粘連

因場(chǎng)地對(duì)初期設(shè)備的限制，無(wú)法進(jìn)行大幅度工藝改造，在造粒后風(fēng)送至溶解罐過程中，當(dāng)造粒速度與風(fēng)送速度不匹配時(shí)，會(huì)導(dǎo)致膠粒二次膠結(jié)，影響溶解質(zhì)量。通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，對(duì)工藝進(jìn)行了優(yōu)化，在研磨裝置下端設(shè)置溶解罐，研磨造粒后的顆粒直接進(jìn)入溶解罐攪拌溶解，避免堆積后再次形成大的膠塊，這樣可避免風(fēng)送環(huán)節(jié)中膠粒二次結(jié)團(tuán)，提高溶解質(zhì)量。

3 經(jīng)濟(jì)效益

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行196天，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)率達(dá)到99.7%。試驗(yàn)共配制聚合物膠體1 764.93 t，外輸母液10.8×104km3，實(shí)現(xiàn)了聚合物膠體連續(xù)注入。

此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用節(jié)約了聚丙烯酰胺生產(chǎn)企業(yè)的成本，下游應(yīng)用企業(yè)的配制成本略有增加。其中：節(jié)約了煉化公司在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各項(xiàng)費(fèi)用共計(jì)755元/t，應(yīng)用單位的配制成本增加了約200 元/t，綜合評(píng)價(jià)，使用膠體態(tài)聚合物比聚合物干粉每噸可節(jié)省費(fèi)用555元。

4 結(jié)論

膠體態(tài)聚合物在現(xiàn)場(chǎng)直接配制溶解可行，配制過程中影響溶液均一性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)主要是膠體粒徑大小和如何避免造粒后再堆積；對(duì)膠體態(tài)聚合物在現(xiàn)場(chǎng)直接配制進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，其經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)于使用聚合物干粉。