海上油田化學(xué)驅(qū)配液含氣危害及除氣技術(shù)研究

鄭 斌

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300452

化學(xué)驅(qū)一直是海上油田的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)主要措施之一，為油田穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)起到了重要作用，但經(jīng)過長期注入發(fā)現(xiàn)，聚合物配制時伴有大量氣泡隨藥劑體系注入油藏，造成賈敏效應(yīng)、粘度下降和地面管道腐蝕結(jié)垢等問題不斷涌現(xiàn)，造成化學(xué)驅(qū)入井液質(zhì)量下降，注入效率降低。目前國內(nèi)外對于聚合物配液含氣的處理主要通過向入井液中加入除氣劑等方式處理，這種方式需投入的藥劑數(shù)量較多，生產(chǎn)成本巨大。

海上油田其作業(yè)空間受限、條件的特殊性及化學(xué)驅(qū)流程復(fù)雜等因素，使得化學(xué)驅(qū)配套作業(yè)即配液除氣的介入實(shí)施困難。針對該問題，制定了兩步走技術(shù)路線，即第一階段：首先通過取樣實(shí)驗(yàn)，知道氣泡中的主要成分為氧氣。而在聚合物母液配制環(huán)節(jié)中，通過物理加化學(xué)方式，消耗掉氣泡中危害最大的氧氣，減少氣體攜帶量，控制進(jìn)入地層氣體的賈敏效應(yīng)引起的注入壓力虛高，并避免聚合物降解和腐蝕結(jié)垢的危害。第二階段：現(xiàn)場注聚系統(tǒng)實(shí)施改造時，綜合配制工藝優(yōu)化，集成脫氣裝備和物理技術(shù)一體化設(shè)計，并配合化學(xué)藥劑注入，協(xié)同實(shí)現(xiàn)氣泡去除和危害的全面解決。

1 海上油田化學(xué)驅(qū)配液研究現(xiàn)狀

渤海油田自2003 年開始化學(xué)驅(qū)作業(yè)以來，配注工藝經(jīng)過了多次升級，聚合物分散溶解裝置是根據(jù)油田三次采油注聚合物工程的實(shí)際需要，最早引進(jìn)英國聯(lián)合膠體公司澳大利亞工程部的水粉混合技術(shù)而開發(fā)研制的國產(chǎn)化聚合物母液配制設(shè)備，是利用聚合物干粉加入料斗后，螺旋下料器按清水的流量和裝置設(shè)定的配液濃度把相應(yīng)量的聚合物干粉輸送給氣力輸送系統(tǒng)的文丘里供料器，用氣力把干粉輸送到溶解罐上與清水混合，混合液落入溶解罐后,由螺桿泵把混合液輸送到熟化罐進(jìn)行熟化，即完成分散過程。

1.1 化學(xué)驅(qū)配制進(jìn)氣的主要環(huán)節(jié)

氣泡產(chǎn)生在配制和攪拌熟化過程中。在分散過程中，干粉通過單螺桿送料器落入溶解罐，配制用水自頂部倒入溶解罐，干粉和水裹挾空氣，沖擊溶解罐中已形成的溶液，在混合液中形成大量氣泡；母液經(jīng)轉(zhuǎn)輸泵輸送到熟化罐，罐進(jìn)液管線處在罐頂部，母液直接由罐頂下落至罐底，造成母液飛濺，產(chǎn)生大量氣泡；攪拌器攪拌速度過快，母液表面液體翻騰，裹夾空氣，形成大量氣泡。

1.2 配制環(huán)節(jié)含氣造成的危害

氣泡對注入泵的影響有兩個方面：一是泵抽空，大量的氣泡分散在母液中，進(jìn)入注入泵前匯管，流速下降，氣泡易聚結(jié)形成較大氣泡，甚至形成氣體段塞，造成注入泵一段時間僅吸入空氣，出現(xiàn)抽空現(xiàn)象，降低泵的容積效率，能耗增加，經(jīng)濟(jì)效益下降。二是泵閥氣蝕，含氣的母液在注入泵吸入閥和排除閥的沖擊下，流動速度高，壓力變化大條件下，其中的氣泡爆裂，對與其接觸的金屬表面產(chǎn)生較強(qiáng)烈的沖擊波，使其產(chǎn)生凹凸不平的機(jī)械剝蝕，即氣蝕現(xiàn)象。機(jī)械剝蝕后的金屬表面很容易發(fā)生化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，氣蝕作用引發(fā)了腐蝕，金屬的抗氣蝕能力下降，氣蝕作用更加顯著。閥芯和閥體配合表面出現(xiàn)的氣蝕腐蝕坑，造成泵閥關(guān)閉不嚴(yán)，泵效下降，排量降低，完不成配注。

1.3 陸地油田問題處理方式

一是更換分散裝置，改變水粉混合方式。二是改變熟化罐母液進(jìn)罐方式。三是安裝變頻器，降低攪拌速度。四是管線安裝排氣孔，定時排氣。五是改進(jìn)注入泵閥結(jié)構(gòu)，降低氣蝕影響。但是海上油田空間有限，停留時間短，管線短且復(fù)雜，配液量大，陸地油田的做法不完全適用于海上油田，需要開展針對性研究工作。

2“真空旋流化學(xué)除氣法”配液除氣新工藝

真空旋流化學(xué)除氣法是一種復(fù)雜的物理加化學(xué)雙重除氣體系，利用物理裝置真空旋流裝置，將進(jìn)入管道中的氣泡打碎，將氣抽出，并在裝置后介入少量化學(xué)除氣劑，除去未抽出的氣體。通過分析，利用真空旋流裝置可以使后面介入的除氣劑更為充分的與氣泡中的主要成分接觸，從而利用少量的除氣劑即可滿足除氣效果。

2.1 真空旋流裝置

聚合物溶液中的氣體主要是空氣。根據(jù)渤海某油田化學(xué)驅(qū)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，選擇真空泵首先應(yīng)使真空泵的抽氣量（QS）大于除氣器的進(jìn)氣量S0。已知除氣器的額定處理量Q=40m3/ h；聚合物溶液含氣率η=8.5%。由此可得除氣器的進(jìn)氣量（S0）。

S0=Qη=3.4m3/ h=0.06m3/ min

為滿足設(shè)計要求，必須使QS≥S0的真空泵。

設(shè)計聚合物溶液的真空除氣器出入口與管路匹配選用4 英寸法蘭盤及對應(yīng)的聚四氟密封圈. 除氣器的真空罐是一個氣體不斷進(jìn)入并被真空泵從中不斷抽出的容器。

在確定其容積Vs 時，為計算簡便，可按照最大進(jìn)氣量（S0）來計算，詳見式（1）。

式中：P1——真空罐內(nèi)達(dá)到額定真空度時的壓力，Pa；

P0——真空罐內(nèi)初始壓力，Pa；

S0——最大進(jìn)氣量，m3/ min；

Qs——真空泵抽氣量，m3/ min；

α——系數(shù)，α=Qs / Vs ；

t——真空泵抽氣時間，min 。

由式（1）可以推導(dǎo)得：據(jù)常規(guī)罐體材料規(guī)格，選擇直徑800mm，高低1200mm 的罐體，則實(shí)際體積為0.96m3。針對當(dāng)前聚合物溶液注入存在的問題，設(shè)計出海上油田聚合物溶液除氣裝置。

該裝置主要有以下作用：

（1）海上油田除氣裝置，可刺破裝置中的氣泡；

（2）裝置內(nèi)設(shè)有激光發(fā)生器，激光發(fā)生器提供激光形成微氣泡阻擋墻，阻隔未刺破的氣泡進(jìn)入管道；

（3）裝置設(shè)有真空吸氣口，實(shí)現(xiàn)裝置內(nèi)部的真空狀態(tài)，抽出氣體。

2.2 高效除氣劑的篩選評價

化學(xué)方法除氧，主要利用化學(xué)反應(yīng)使氣泡中的主要成分氧氣與其他物質(zhì)結(jié)合生成穩(wěn)定的化合物，避免溶解氧導(dǎo)致聚合物降解而引起的粘度下降。選用評價的化學(xué)除氣劑，分別為次磷酸鹽類除氣劑、有機(jī)肟類除氣劑、抗壞血酸類除氣劑、亞硫酸鹽類除氣劑和有機(jī)胺類除氣劑，通過多種實(shí)驗(yàn)方法評價除氣劑的除氧性能。

（1）宏觀實(shí)驗(yàn)：配制濃度為6000mg/ L 的聚合物溶液，將5 種除氣劑，在相同轉(zhuǎn)速下攪拌相同的時間后，靜置觀察除氣劑加入后對試樣聚合物溶液中氣泡的數(shù)量與大小的變化。

（2）震動實(shí)驗(yàn)：配制濃度為6000mg/ L 的聚合物溶液，分別將3000mg/ L、5000mg/ L、10000mg/ L 濃度的化學(xué)除氣劑加入聚合物溶液，置于帶塞量筒中，蓋上瓶塞于2 分鐘內(nèi)震蕩量筒30 次，觀察溶液中泡沫的分布以及消泡規(guī)律。

（3）即測實(shí)驗(yàn)：配制濃度為6000mg/ L 的聚合物溶 液，分 別 將3000mg/ L、4000mg/ L、5000mg/ L、6000mg/ L、8000mg/ L、10000mg/ L 濃度的化學(xué)除氣劑加入聚合物溶液中，并立即測定溶液的溶解氧含量和粘度。

（4）靜置實(shí)驗(yàn)：配制濃度為6000mg/ L 的聚合物溶 液，分 別 將3000mg/ L、4000mg/ L、5000mg/ L、6000mg/ L、8000mg/ L、10000mg/ L 濃度的化學(xué)除氣劑加入聚合物溶液中，測定不同作用時間溶液粘度和溶解氧濃度的變化。

（5）粘度測試：對4 種試驗(yàn)樣品進(jìn)行粘度測試。

通過上述室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評價，對比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出亞硫酸鹽類除氣劑最為適合海上油田化學(xué)驅(qū)現(xiàn)場配液除氣使用且除氣效率最高。

3 真空旋流化學(xué)除氣法介入點(diǎn)研究

化學(xué)除氣劑在較高的溶解氧濃度條件下，除氧效率更高；化學(xué)除氣劑在先加入到水中后溶解聚合物溶液時，具有更高的除氧效率，除氧劑效果最優(yōu)。

首先保證介入點(diǎn)后不再接觸空氣，從而確定化學(xué)除氣劑的介入點(diǎn)位于過濾器和增壓泵之間的管線上；真空旋流裝置的介入點(diǎn)位于熟化罐之后的過濾器與注入泵之間的管線上。真空旋流化學(xué)除氣法介入點(diǎn)如圖1所示。

圖1 真空旋流化學(xué)除氣法介入點(diǎn)

4 現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)效果評價

該工藝已在渤海某油田化學(xué)驅(qū)作業(yè)過程中應(yīng)用，效果良好。經(jīng)測定，現(xiàn)場聚合物溶液的初始溶解氧濃度均在0.30mg/ L 左右，添加10000mg/ L 的亞硫酸鹽類除氣劑0.2m3于25m3的聚合物溶液中。除氣劑的除氣效率較實(shí)驗(yàn)室的評價效果有所降低。除氣劑在作用24h 后，將聚合物溶液的溶解氧溶度有初始的0.30mg/ L 降低至0.09mg/ L 左右，除氣效率近70%。

真空旋流化學(xué)除氣法的應(yīng)用，對渤海某油田化學(xué)驅(qū)現(xiàn)場起到了除氣的目的，證實(shí)了該套工藝的有效性。

5 結(jié)論

該方法針對目前渤海油田目前化學(xué)驅(qū)配液存在的困難提出了解決方法，以物理加化學(xué)方式，對化學(xué)驅(qū)配液含氣問題進(jìn)行了有效解決。現(xiàn)場試驗(yàn)證明，該方法適用于渤海油田大部分化學(xué)驅(qū)現(xiàn)場，并有效提高化學(xué)驅(qū)入井液質(zhì)量，提高化學(xué)驅(qū)作業(yè)效果。