破乳型消泡劑在含聚稠油油田的應用*

徐 超, 劉少鵬, 胡 廷

渤海某聚驅稠油油田于2010 年開始大規模實施疏水締和部分水解聚丙烯酰胺驅油提高采收率措施, 稠油中含有大量的瀝青質和膠質, 原油粘度高、 密度大, 在聚丙烯酰胺的作用下, 稠油乳化程度加急, 導致含氣稠油乳化液處理難度增大,破乳劑和消泡劑加注濃度居高不下[1]。

原油消泡劑油氣田開發過程中重要的化學助劑, 根據消泡劑的主要成分, 主要分為硅油類、 聚醚類、 硅氧烷聚醚類及非硅類消泡劑。 聚醚類消泡劑開發時間較早, 具有穩定好、 毒性低、 無刺激性氣味等優點, 但聚醚類消泡劑的消泡能力相對較弱, 適用溫度范圍小。 硅油類消泡劑主要是以有機硅油為主要原料, 此類消泡劑的應用領域廣、 表面張力小、 化學穩定性好, 但由于硅油類消泡劑成本高, 抑泡效果差、 加注濃度高等缺點。 非硅類消泡劑主要成分包括脂肪酸、 甘油酯、 高碳醇、石蠟、 三丁基膦等, 有點是成本相對較低, 但適用的領域相對較窄, 對致密型的稠油含氣泡沫消泡效果較差。

改性硅氧烷聚醚類的消泡劑是通過縮合工藝將硅氧烷分子介入聚醚嵌段中得到的硅醚共聚物。 此類消泡劑不僅脫氣效果好, 同時性價比高, 在原油中的分散效果好。 因此, 研究開發新型高效脫氣、 脫水破乳消泡劑成為當下熱點。 目前海上油田消泡劑多使用二甲基硅油類消泡劑, 此類消泡劑具有廣譜消泡效果, 但針對高含瀝青質稠油乳化液脫氣效果較差, 需要常規油田消泡劑濃度的5 ～10 倍以上, 油田開發成本不斷攀升[2-5]。本文主要針對海上聚驅稠油油田油品特點, 開發新型高效復合改性聚醚有機硅為主劑的破乳型消泡劑。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器和藥品

TW12 恒溫水浴鍋、 電動攪拌器、 循環水多用真空泵、 電熱套、 旋片式真空泵、 真空干燥箱、 LE2002/02 電子天平。

低氫硅油: 活性氫質量分數0.5% ～1%, 藍星化工新材料股份有限公司; 烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚: 天津伊美克精細化工廠; 鉑催化劑(氯鉑酸), AR, 天津市光復精細化工研究所; 增效劑, 自制; 100#硅油, 分析純, 天津市大茂化學試劑廠; 200#硅油, 分析純, 天津市大茂化學試劑廠; 消泡劑BHX-03, 二甲基硅油消泡劑, 中海油(天津)油田化工有限公司; 破乳劑108#, 中海油(天津)油田化工有限公司; 重芳烴, 中石化天津分公司銷售公司; 新鮮含氣原油, 渤海某注聚稠油油田現場接取。

表1 渤海某油田原油物性Table 1 Physical property of crude oil

1.2 消泡劑制備

在裝有自動攪拌器、 冷凝管和溫度計的三口燒瓶中依次加入100 g 低氫硅油、 160 g 烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚, 然后將三口燒瓶加熱至100 ～110 ℃, 滴加0.05 g 鉑催化劑恒溫反應2 h; 待溫度降至70 ℃時, 加入自制增效劑12 g, 攪拌1.5 h,最后加入1400 g 重芳烴攪拌均勻, 得到消泡劑成品X-01。

1.3 脫氣性能評價方法

用500 mL 量筒從渤海某聚驅稠油油田生產管匯現場接取500 mL 含氣新鮮油樣, 靜置觀察泡沫完全消除時量筒內液體的體積V0; 用干凈的量筒繼續接取500 mL 含氣新鮮油樣, 使用微量移液器在液面滴加一定量的消泡劑, 記錄15min 量筒液體的體積V。 含氣產液體積減小越快, 說明消泡劑脫氣效果越好。

脫氣率X=(V-V0)/(500-V0)×100%

1.4 破乳性能評價方法

依據石油天然氣行業標準SY/T 5281-2005《破乳劑使用性能檢驗方法(瓶試法)》評價破乳劑對水包油乳狀液的脫水效果。從渤海某聚驅稠油油田現場取電脫水器入口新鮮油樣, 依照評價標準進行原油脫水評價實驗, 考察下不同配方嵌段聚醚在不同時間內脫水效果。

2 結果與討論

2.1 消泡劑脫氣性能評價

為考察消泡劑脫氣效果, 對不同消泡劑樣品進行脫氣性能評價。 如圖1 所示, 當消泡劑加注濃度為50 mg/L 時, 自制消泡劑X-01 脫氣速度明顯優于在現場在用消泡劑BHX-03, 市售100#硅油和200#硅油消泡劑針對含氣稠油脫氣效果一般, 破乳劑108#無明顯脫氣效果。

圖1 不同時間內消泡體積變化曲線Fig.1 The curve of defoaming volume in different time

為考察自制消泡劑X-01 的最佳加注濃度, 針對自制消泡劑進行濃度梯度評價實驗。 如圖2 所示, 當消泡劑X-01 加注濃度為30 mg/L 時, 含氣原油脫氣率達到100%, 說明X-01 分散速度快, 能夠在較低加注濃度下快速作用到氣液界面處, 將氣液界面處維持氣泡穩定的表面活性劑迅速替換掉, 達到快速消泡的效果。

圖2 不同消泡劑脫氣率對比圖Fig.2 The comparison diagram of degassing rate of different defoamer

圖3 消泡劑X-01 脫氣率隨加注濃度變化曲線Fig.3 The degassing rate of defoamer X-01 varied with concentration

2.2 消泡劑破乳性能分析

海上某聚驅稠油油田油氣水三相分離器入口加注50 mg/L消泡劑BHX-03、 100 mg/L 破乳劑108#, 油井產出液經三相分離器進行油氣水三相分離, 分離出來的天然氣進入天然氣處理系統, 脫氣原油進入二級分離器和電脫水器進行深度脫水。 本文取三相分離器入口油樣開展消泡劑破乳性能評價實驗, 在每個脫水試管中準確加入80 mL 含水率為50%的乳化原油, 然后分別加入破乳劑和消泡劑, 放入70 ℃的恒溫水浴中觀察不同時間內脫水量, 對比消泡劑輔助脫水效果。

從表2 可以看出: 消泡劑BHX-03 基本無明顯脫水作用, 消泡劑X-01 具有良好的脫水效果, 說明改性嵌段聚醚類消泡劑X-01 脫水效果優于二甲基硅油類消泡劑BHX-03。 當消泡劑X-01 與破乳劑108#共同加注時, X-01 加注濃度為30 mg/L 時,其脫水效果明顯優于消泡劑BHX-03 與破乳劑108#共同加注時效果, 說明改性嵌段聚醚類消泡劑X-01 具有良好的輔助脫水效果。

表2 脫水效果評價實驗Table 2 The dehydration effect evaluation experiment

3 礦場試驗

渤海某注聚稠油油田2021 年日處理液量為30000 m3, 綜合含水約為78%, 日處理污水量27000 m3。 油井產出液經海管輸送至中心處理平臺, 經加熱器升溫至68 ℃后進入油氣水三相分離器進行油氣水三相分離, 脫氣原油經加熱器加熱升溫至72 ℃后進入二級分離器再次進行油氣水三相分離, 含水原油繼續加熱至80 ℃后進入電脫水器進行深度脫水。 分離處理的天然氣進入燃料氣處理系統進行逐級增壓、 分液, 最后成為透平的燃料, 尾氣經火炬進行放空。

由于設備超液量處理, 導致含氣原油在三相分離器中的停留時間僅為15 min, 導致原油脫氣效果不佳, 大量含氣原油進入二級分離器和電脫水器, 造成原油深度脫水效果不佳。 油田現場迫切需要開發出分散速度快、 脫氣速率快、 加注濃度低的破乳型消泡劑來提升原油脫氣效果。

試驗前, 該油田在三相分離器入口100 mg/L 破乳劑108#和50 mg/L 消泡劑BHX-03, 溫度為70 ℃, 外輸原油含水為8%, 日脫氣量約為77700 m3/d。 礦場試驗期間, 將三相分離器入口加注的消泡劑BHX-03 換型為X-01, 當X-01 加注30 mg/L 時, 油田日脫氣量為78700 m3/d, 消泡劑X-01 加注濃度比BHX-03 濃度減少40%, 天然氣脫出量增加了1000 m3/d。油田火炬燃燒狀態改善, 火炬黑煙量大幅減少。

圖4 消泡劑X-01 應用前后火炬燃燒狀態Fig.4 The torch burning state before and after application of defoamer

試驗期間, 消泡劑X-01 加注后, 三相分離器油相出口原油含水率從50% 降至42%, 二級分離器出口原油含水率從36%降至30%, 電脫出口原油含水率從8%降至6%。 破乳劑108#的加注濃度從100 mg/L 降低至80 mg/L, 原油生產流程各級設備油水界面和液位保持穩定, 原油脫水效果得到整體提升。 表明新型破乳型消泡劑X-01 在具備突出消泡效果, 同時具有良好的輔助脫水效果, 能夠大幅降低破乳劑和消泡劑的加注濃度, 油田化學藥劑的使用成本降低33%。

4 結 論

(1) 改性嵌段聚醚類消泡劑X-01 加注濃度為30 mg/L 時,含氣原油脫氣率達到100%, X-01 分散速度快, 達到快速消泡的效果, 其脫氣效果優于二甲基硅油類消泡劑。

(2)消泡劑X-01 的輔助脫水效果明顯優于二甲基硅油類消泡劑, 二甲基硅油類消泡劑無明顯脫水作用。

(3) 礦場試驗結果表明, 新型輔助脫水型消泡劑X-01 應用后, 海上某油田電脫出口原油含水從8%降至6%, 脫氣量增加1000 m3/d, 油田火炬燃燒狀態改善, 火炬黑煙量大幅減少。

(4) 新型破乳型消泡劑X-01 消泡效果突出, 同時具有良好的輔助脫水效果, 能夠大幅降低破乳劑和消泡劑的加注濃度, 藥劑加注成本降低33%, 具有良好的推廣應用價值。