高正泉 張廣輝 劉輝

摘要：隨著采油廠逐步邁入稠油及超稠油的生產(chǎn)階段，大量二元驅(qū)超稠油油口進(jìn)入集輸生產(chǎn)系統(tǒng)，現(xiàn)有的原油脫水技術(shù)已經(jīng)難以滿足日益增長的油水分離矛盾，原油脫水逐漸進(jìn)入高成本階段。本文主要從分隊(duì)加藥、藥劑摻混原理、藥劑復(fù)配篩選實(shí)驗(yàn)等角度研究如何在現(xiàn)有的集輸工藝生產(chǎn)條件下，最大程度降低單位液量的破乳劑使用量，從而節(jié)約后端原油處理成本，提升油田開采效率，提升油田整體競爭力。

關(guān)鍵詞：破乳劑；分隊(duì)加藥；藥劑摻混

一、破乳劑在稠油生產(chǎn)中的使用現(xiàn)狀

河口采油廠日產(chǎn)原油8000噸，其中稠油占其中約40%以上，稠油脫水破乳劑依賴程度為稀油的百倍以上，含表面活性劑的聚合物驅(qū)采出液對于破乳劑的需求量更是稀油采出液的幾百上千倍。

在實(shí)際的生產(chǎn)中，我們針對不同井隊(duì)來液物性的不同，研究了分隊(duì)加藥系統(tǒng)，并根據(jù)自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化加藥調(diào)節(jié)；針對破乳劑脫水效率低下，我們建立了藥劑摻混模型，并實(shí)驗(yàn)了藥劑摻混裝置；針對多級脫水工藝的特性，進(jìn)行了藥劑篩選實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出多級多種復(fù)配藥劑以適用于復(fù)雜來液狀況。

二、影響破乳劑使用的因素

來液物性差異大，三相分離器油水分離效果差；藥劑混合不均勻，破乳劑利用率低下；藥劑配方陳舊，不適應(yīng)變化多端的物性

三、分隊(duì)加藥，提高油水分離效果

在實(shí)行分隊(duì)計(jì)量后，不同來液井隊(duì)實(shí)現(xiàn)了不同分離器的單獨(dú)處理，這就造成破乳劑只能添加到出油匯管，減少了從井排到分離器的化學(xué)沉降過程，綜合考慮降低了約1小時(shí)的混合分離時(shí)間，造成破乳劑利用效率降低。在實(shí)際生產(chǎn)中，我們以埕東聯(lián)合站為例，根據(jù)前端8個(gè)不同來液井隊(duì)的物性變化，在原油的3套加藥流程的前提下，增加了5套加藥流程，實(shí)現(xiàn)了8個(gè)來液井隊(duì)8套單獨(dú)加藥流程進(jìn)入8臺單獨(dú)分離器油水分離的運(yùn)行模式。一個(gè)埕東聯(lián)合站的8條來液井隊(duì)，從稀油到稠油再到超稠油，從水驅(qū)到二元驅(qū)，從低溫到高溫，縮影了現(xiàn)下油田的實(shí)際采出液狀況。例如，采油103隊(duì)來液量4400t/d，粘度1700，綜合密度1.04g/cm3，現(xiàn)有的破乳劑難以實(shí)現(xiàn)油水分離，分離器出液存在油水倒掛現(xiàn)象即水路出油、油路出水，極大的增加了整個(gè)集輸站庫的生產(chǎn)壓力，為此我們經(jīng)過長達(dá)一個(gè)月的對比實(shí)驗(yàn)與理論分析，優(yōu)選了一種凈水型反相破乳劑，經(jīng)過不斷的摸索，成功將出水含油由19000mg/l降低至2000mg/l，出油含水由50%降低至30%，并將103隊(duì)的破乳劑投加量降低了1/3.

四、藥劑摻混模型及應(yīng)用

在流體力學(xué)中存在邊界層理論：在固體壁面附近的薄層中，粘性力的影響則不能忽略，沿壁面法線方向存在相當(dāng)大的速度梯度，這一薄層叫做邊界層。藥劑在剛剛加入管道內(nèi)時(shí)，其本身只具有垂直與管道壁的法向速度，并且由于藥劑泵的作用機(jī)理，其法向速度極小，因此藥劑在加入管道內(nèi)時(shí)，其流動擴(kuò)散是按照流體邊界層的速度梯度來擴(kuò)散的。因此我們可以按照層流邊界層流動建立如下藥劑擴(kuò)散模型：

藥劑投加進(jìn)入管道以后，在剛剛進(jìn)入時(shí)是按照邊界層的流體分布進(jìn)行流動混合的，這點(diǎn)在熱成像技術(shù)下可以觀察到，因此，按照理論計(jì)算：藥劑要想充分混合需要流出邊界層之后才可以與管道液體同步流動混合。下面是藥劑流動厚度計(jì)算公式：

其中，圓管段內(nèi)的藥劑流動厚度如公式計(jì)算，式中d為管道直徑，Re雷諾數(shù)，例如在100mm管道中，Re=1*104，則厚度δ=2mm。層流時(shí)，一般取X=100d，即DN100管道藥劑在里面要至少流動10米以上，才能達(dá)到來液的水平速度，即才剛剛開始混合。這對于我們充分利用破乳劑是非常不利的，尤其是DN500以上的粗管段，需要的路徑更加長。這時(shí)候，就需要人為的改變藥劑在管道內(nèi)的流動方式，使得藥劑提前進(jìn)入湍流區(qū)域，進(jìn)行充分?jǐn)U散。

在加入斜板摻混器之后，由于斜板本身就輸入邊界，因此在斜板與管道的邊界層之間就會產(chǎn)生湍流區(qū)域，從而提前了藥劑與管道液體的混合時(shí)間，增加了混合的混亂程度，從而使得藥劑與液體混合更加均勻。

五、藥劑篩選實(shí)驗(yàn)

以河口采油廠埕東聯(lián)合站、義和聯(lián)合站、陳南聯(lián)合站等為例，總計(jì)進(jìn)行了三種不同物性采出液的破乳劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)，分別對三個(gè)聯(lián)合站的原破乳劑添加流程、破乳劑種類、破乳劑時(shí)效、最佳破乳環(huán)境等變量因素進(jìn)行了最優(yōu)化處理，優(yōu)選出了適宜不同物性的3種最佳化學(xué)破乳方案。在埕東聯(lián)合站的實(shí)驗(yàn)過程中，其實(shí)際進(jìn)站液量為5.8-6.0×104m3/d，綜合含水約97%。埕東站原油脫水主要依靠三級加藥與多級大罐沉降脫水工藝實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在一定溫度條件下，油溶性破乳劑HCW 100ppm濃度時(shí)的脫水率已經(jīng)高于現(xiàn)場水溶性221：32型復(fù)配藥劑1.5倍，在下一步生產(chǎn)中可以進(jìn)行HCW藥劑的實(shí)際應(yīng)用。針對大規(guī)模洗井液、酸液進(jìn)站的特殊情況，我們做了大量追蹤實(shí)驗(yàn)，找到了酸液影響原油脫水的兩條主要因素：（1）酸液中含有大量乳化劑（2）酸性環(huán)境pH《6時(shí)，會大幅度降低破乳劑效果。以此為依據(jù)，我們實(shí)驗(yàn)CaCL2、CaCO3、MgCL2等多種無機(jī)物與水溶性、油溶性破乳劑的復(fù)配方案，并找到了特定條件下的破乳劑--石灰水體系，這種復(fù)配體系一方面可以有效的降低酸液對原油脫水的影響，另一方面有可以減少石灰水作為乳化劑本身對原油的乳化作用。在陳南聯(lián)合站的實(shí)驗(yàn)過程中，其進(jìn)站液量5800m3/d～7000m3/d，進(jìn)站稠油580～620t/d，稠油進(jìn)站溫度50℃～55℃。

六、成果意義

（1）在河口采油廠集輸系統(tǒng)的破乳劑優(yōu)化過程中，實(shí)現(xiàn)了不同來液井隊(duì)的分隊(duì)加藥極其自動化控制。（2）根據(jù)流體力學(xué)中的邊界層理論，建立了藥劑摻混模型并研發(fā)藥劑摻混器，并在陳南聯(lián)合站實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場應(yīng)用。（3）依托現(xiàn)實(shí)物性的復(fù)雜多變，對多個(gè)聯(lián)合站舊的加藥系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，研發(fā)了適宜稠油脫水的新型破乳劑并尋找到了可以有效實(shí)現(xiàn)低含水油脫水的破乳劑。（4）初步降低了埕東聯(lián)合站破乳劑使用量13%，總計(jì)節(jié)約破乳劑10噸，后期可降低稠油脫水成本10%。

七、推廣前景

在原油開采進(jìn)入稠油開采的情況下，對整個(gè)集輸站庫的破乳劑進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，可以節(jié)約后端原油處理成本，提升油田開采效率，提升油田整體競爭力。