破乳型消泡剂在含聚稠油油田的应用*

徐 超, 刘少鹏, 胡 廷

渤海某聚驱稠油油田于2010 年开始大规模实施疏水缔和部分水解聚丙烯酰胺驱油提高采收率措施, 稠油中含有大量的沥青质和胶质, 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, 导致含气稠油乳化液处理难度增大,破乳剂和消泡剂加注浓度居高不下[1]。

原油消泡剂油气田开发过程中重要的化学助剂, 根据消泡剂的主要成分, 主要分为硅油类、 聚醚类、 硅氧烷聚醚类及非硅类消泡剂。 聚醚类消泡剂开发时间较早, 具有稳定好、 毒性低、 无刺激性气味等优点, 但聚醚类消泡剂的消泡能力相对较弱, 适用温度范围小。 硅油类消泡剂主要是以有机硅油为主要原料, 此类消泡剂的应用领域广、 表面张力小、 化学稳定性好, 但由于硅油类消泡剂成本高, 抑泡效果差、 加注浓度高等缺点。 非硅类消泡剂主要成分包括脂肪酸、 甘油酯、 高碳醇、石蜡、 三丁基膦等, 有点是成本相对较低, 但适用的领域相对较窄, 对致密型的稠油含气泡沫消泡效果较差。

改性硅氧烷聚醚类的消泡剂是通过缩合工艺将硅氧烷分子介入聚醚嵌段中得到的硅醚共聚物。 此类消泡剂不仅脱气效果好, 同时性价比高, 在原油中的分散效果好。 因此, 研究开发新型高效脱气、 脱水破乳消泡剂成为当下热点。 目前海上油田消泡剂多使用二甲基硅油类消泡剂, 此类消泡剂具有广谱消泡效果, 但针对高含沥青质稠油乳化液脱气效果较差, 需要常规油田消泡剂浓度的5 ～10 倍以上, 油田开发成本不断攀升[2-5]。本文主要针对海上聚驱稠油油田油品特点, 开发新型高效复合改性聚醚有机硅为主剂的破乳型消泡剂。

1 实验部分

1.1 实验仪器和药品

TW12 恒温水浴锅、 电动搅拌器、 循环水多用真空泵、 电热套、 旋片式真空泵、 真空干燥箱、 LE2002/02 电子天平。

低氢硅油: 活性氢质量分数0.5% ～1%, 蓝星化工新材料股份有限公司; 烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚: 天津伊美克精细化工厂; 铂催化剂(氯铂酸), AR, 天津市光复精细化工研究所; 增效剂, 自制; 100#硅油, 分析纯, 天津市大茂化学试剂厂; 200#硅油, 分析纯, 天津市大茂化学试剂厂; 消泡剂BHX-03, 二甲基硅油消泡剂, 中海油(天津)油田化工有限公司; 破乳剂108#, 中海油(天津)油田化工有限公司; 重芳烃, 中石化天津分公司销售公司; 新鲜含气原油, 渤海某注聚稠油油田现场接取。

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

1.2 消泡剂制备

在装有自动搅拌器、 冷凝管和温度计的三口烧瓶中依次加入100 g 低氢硅油、 160 g 烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚, 然后将三口烧瓶加热至100 ～110 ℃, 滴加0.05 g 铂催化剂恒温反应2 h; 待温度降至70 ℃时, 加入自制增效剂12 g, 搅拌1.5 h,最后加入1400 g 重芳烃搅拌均匀, 得到消泡剂成品X-01。

1.3 脱气性能评价方法

用500 mL 量筒从渤海某聚驱稠油油田生产管汇现场接取500 mL 含气新鲜油样, 静置观察泡沫完全消除时量筒内液体的体积V0; 用干净的量筒继续接取500 mL 含气新鲜油样, 使用微量移液器在液面滴加一定量的消泡剂, 记录15min 量筒液体的体积V。 含气产液体积减小越快, 说明消泡剂脱气效果越好。

脱气率X=(V-V0)/(500-V0)×100%

1.4 破乳性能评价方法

依据石油天然气行业标准SY/T 5281-2005《破乳剂使用性能检验方法(瓶试法)》评价破乳剂对水包油乳状液的脱水效果。从渤海某聚驱稠油油田现场取电脱水器入口新鲜油样, 依照评价标准进行原油脱水评价实验, 考察下不同配方嵌段聚醚在不同时间内脱水效果。

2 结果与讨论

2.1 消泡剂脱气性能评价

为考察消泡剂脱气效果, 对不同消泡剂样品进行脱气性能评价。 如图1 所示, 当消泡剂加注浓度为50 mg/L 时, 自制消泡剂X-01 脱气速度明显优于在现场在用消泡剂BHX-03, 市售100#硅油和200#硅油消泡剂针对含气稠油脱气效果一般, 破乳剂108#无明显脱气效果。

图1 不同时间内消泡体积变化曲线Fig.1 The curve of defoaming volume in different time

为考察自制消泡剂X-01 的最佳加注浓度, 针对自制消泡剂进行浓度梯度评价实验。 如图2 所示, 当消泡剂X-01 加注浓度为30 mg/L 时, 含气原油脱气率达到100%, 说明X-01 分散速度快, 能够在较低加注浓度下快速作用到气液界面处, 将气液界面处维持气泡稳定的表面活性剂迅速替换掉, 达到快速消泡的效果。

图2 不同消泡剂脱气率对比图Fig.2 The comparison diagram of degassing rate of different defoamer

图3 消泡剂X-01 脱气率随加注浓度变化曲线Fig.3 The degassing rate of defoamer X-01 varied with concentration

2.2 消泡剂破乳性能分析

海上某聚驱稠油油田油气水三相分离器入口加注50 mg/L消泡剂BHX-03、 100 mg/L 破乳剂108#, 油井产出液经三相分离器进行油气水三相分离, 分离出来的天然气进入天然气处理系统, 脱气原油进入二级分离器和电脱水器进行深度脱水。 本文取三相分离器入口油样开展消泡剂破乳性能评价实验, 在每个脱水试管中准确加入80 mL 含水率为50%的乳化原油, 然后分别加入破乳剂和消泡剂, 放入70 ℃的恒温水浴中观察不同时间内脱水量, 对比消泡剂辅助脱水效果。

从表2 可以看出: 消泡剂BHX-03 基本无明显脱水作用, 消泡剂X-01 具有良好的脱水效果, 说明改性嵌段聚醚类消泡剂X-01 脱水效果优于二甲基硅油类消泡剂BHX-03。 当消泡剂X-01 与破乳剂108#共同加注时, X-01 加注浓度为30 mg/L 时,其脱水效果明显优于消泡剂BHX-03 与破乳剂108#共同加注时效果, 说明改性嵌段聚醚类消泡剂X-01 具有良好的辅助脱水效果。

表2 脱水效果评价实验Table 2 The dehydration effect evaluation experiment

3 矿场试验

渤海某注聚稠油油田2021 年日处理液量为30000 m3, 综合含水约为78%, 日处理污水量27000 m3。 油井产出液经海管输送至中心处理平台, 经加热器升温至68 ℃后进入油气水三相分离器进行油气水三相分离, 脱气原油经加热器加热升温至72 ℃后进入二级分离器再次进行油气水三相分离, 含水原油继续加热至80 ℃后进入电脱水器进行深度脱水。 分离处理的天然气进入燃料气处理系统进行逐级增压、 分液, 最后成为透平的燃料, 尾气经火炬进行放空。

由于设备超液量处理, 导致含气原油在三相分离器中的停留时间仅为15 min, 导致原油脱气效果不佳, 大量含气原油进入二级分离器和电脱水器, 造成原油深度脱水效果不佳。 油田现场迫切需要开发出分散速度快、 脱气速率快、 加注浓度低的破乳型消泡剂来提升原油脱气效果。

试验前, 该油田在三相分离器入口100 mg/L 破乳剂108#和50 mg/L 消泡剂BHX-03, 温度为70 ℃, 外输原油含水为8%, 日脱气量约为77700 m3/d。 矿场试验期间, 将三相分离器入口加注的消泡剂BHX-03 换型为X-01, 当X-01 加注30 mg/L 时, 油田日脱气量为78700 m3/d, 消泡剂X-01 加注浓度比BHX-03 浓度减少40%, 天然气脱出量增加了1000 m3/d。油田火炬燃烧状态改善, 火炬黑烟量大幅减少。

图4 消泡剂X-01 应用前后火炬燃烧状态Fig.4 The torch burning state before and after application of defoamer

试验期间, 消泡剂X-01 加注后, 三相分离器油相出口原油含水率从50% 降至42%, 二级分离器出口原油含水率从36%降至30%, 电脱出口原油含水率从8%降至6%。 破乳剂108#的加注浓度从100 mg/L 降低至80 mg/L, 原油生产流程各级设备油水界面和液位保持稳定, 原油脱水效果得到整体提升。 表明新型破乳型消泡剂X-01 在具备突出消泡效果, 同时具有良好的辅助脱水效果, 能够大幅降低破乳剂和消泡剂的加注浓度, 油田化学药剂的使用成本降低33%。

4 结 论

(1) 改性嵌段聚醚类消泡剂X-01 加注浓度为30 mg/L 时,含气原油脱气率达到100%, X-01 分散速度快, 达到快速消泡的效果, 其脱气效果优于二甲基硅油类消泡剂。

(2)消泡剂X-01 的辅助脱水效果明显优于二甲基硅油类消泡剂, 二甲基硅油类消泡剂无明显脱水作用。

(3) 矿场试验结果表明, 新型辅助脱水型消泡剂X-01 应用后, 海上某油田电脱出口原油含水从8%降至6%, 脱气量增加1000 m3/d, 油田火炬燃烧状态改善, 火炬黑烟量大幅减少。

(4) 新型破乳型消泡剂X-01 消泡效果突出, 同时具有良好的辅助脱水效果, 能够大幅降低破乳剂和消泡剂的加注浓度, 药剂加注成本降低33%, 具有良好的推广应用价值。