集输生产中的破乳剂使用优化方案

摘要：随着采油厂逐步迈入稠油及超稠油的生产阶段，大量二元驱超稠油油口进入集输生产系统，现有的原油脱水技术已经难以满足日益增长的油水分离矛盾，原油脱水逐渐进入高成本阶段。本文主要从分队加药、药剂掺混原理、药剂复配筛选实验等角度研究如何在现有的集输工艺生产条件下，最大程度降低单位液量的破乳剂使用量，从而节约后端原油处理成本，提升油田开采效率，提升油田整体竞争力。

关键词：破乳剂；分队加药；药剂掺混

一、破乳剂在稠油生产中的使用现状

河口采油厂日产原油8000吨，其中稠油占其中约40%以上，稠油脱水破乳剂依赖程度为稀油的百倍以上，含表面活性剂的聚合物驱采出液对于破乳剂的需求量更是稀油采出液的几百上千倍。

在实际的生产中，我们针对不同井队来液物性的不同，研究了分队加药系统，并根据自控系统实现了精细化加药调节；针对破乳剂脱水效率低下，我们建立了药剂掺混模型，并实验了药剂掺混装置；针对多级脱水工艺的特性，进行了药剂筛选实验，优选出多级多种复配药剂以适用于复杂来液状况。

二、影响破乳剂使用的因素

来液物性差异大，三相分离器油水分离效果差；药剂混合不均匀，破乳剂利用率低下；药剂配方陈旧，不适应变化多端的物性

三、分队加药，提高油水分离效果

在实行分队计量后，不同来液井队实现了不同分离器的单独处理，这就造成破乳剂只能添加到出油汇管，减少了从井排到分离器的化学沉降过程，综合考虑降低了约1小时的混合分离时间，造成破乳剂利用效率降低。在实际生产中，我们以埕东联合站为例，根据前端8个不同来液井队的物性变化，在原油的3套加药流程的前提下，增加了5套加药流程，实现了8个来液井队8套单独加药流程进入8台单独分离器油水分离的运行模式。一个埕东联合站的8条来液井队，从稀油到稠油再到超稠油，从水驱到二元驱，从低温到高温，缩影了现下油田的实际采出液状况。例如，采油103队来液量4400t/d，粘度1700，综合密度1.04g/cm3，现有的破乳剂难以实现油水分离，分离器出液存在油水倒挂现象即水路出油、油路出水，极大的增加了整个集输站库的生产压力，为此我们经过长达一个月的对比实验与理论分析，优选了一种净水型反相破乳剂，经过不断的摸索，成功将出水含油由19000mg/l降低至2000mg/l，出油含水由50%降低至30%，并将103队的破乳剂投加量降低了1/3.

四、药剂掺混模型及应用

在流体力学中存在边界层理论：在固体壁面附近的薄层中，粘性力的影响则不能忽略，沿壁面法线方向存在相当大的速度梯度，这一薄层叫做边界层。药剂在刚刚加入管道内时，其本身只具有垂直与管道壁的法向速度，并且由于药剂泵的作用机理，其法向速度极小，因此药剂在加入管道内时，其流动扩散是按照流体边界层的速度梯度来扩散的。因此我们可以按照层流边界层流动建立如下药剂扩散模型：

药剂投加进入管道以后，在刚刚进入时是按照边界层的流体分布进行流动混合的，这点在热成像技术下可以观察到，因此，按照理论计算：药剂要想充分混合需要流出边界层之后才可以与管道液体同步流动混合。下面是药剂流动厚度计算公式：

其中，圆管段内的药剂流动厚度如公式计算，式中d为管道直径，Re雷诺数，例如在100mm管道中，Re=1*104，则厚度δ=2mm。层流时，一般取X=100d，即DN100管道药剂在里面要至少流动10米以上，才能达到来液的水平速度，即才刚刚开始混合。这对于我们充分利用破乳剂是非常不利的，尤其是DN500以上的粗管段，需要的路径更加长。这时候，就需要人为的改变药剂在管道内的流动方式，使得药剂提前进入湍流区域，进行充分扩散。

在加入斜板掺混器之后，由于斜板本身就输入边界，因此在斜板与管道的边界层之间就会产生湍流区域，从而提前了药剂与管道液体的混合时间，增加了混合的混乱程度，从而使得药剂与液体混合更加均匀。

五、药剂筛选实验

以河口采油厂埕东联合站、义和联合站、陈南联合站等为例，总计进行了三种不同物性采出液的破乳剂优选实验，分别对三个联合站的原破乳剂添加流程、破乳剂种类、破乳剂时效、最佳破乳环境等变量因素进行了最优化处理，优选出了适宜不同物性的3种最佳化学破乳方案。在埕东联合站的实验过程中，其实际进站液量为5.8-6.0×104m3/d，综合含水约97%。埕东站原油脫水主要依靠三级加药与多级大罐沉降脱水工艺实现。经过实验发现在一定温度条件下，油溶性破乳剂HCW 100ppm浓度时的脱水率已经高于现场水溶性221：32型复配药剂1.5倍，在下一步生产中可以进行HCW药剂的实际应用。针对大规模洗井液、酸液进站的特殊情况，我们做了大量追踪实验，找到了酸液影响原油脱水的两条主要因素：（1）酸液中含有大量乳化剂（2）酸性环境pH《6时，会大幅度降低破乳剂效果。以此为依据，我们实验CaCL2、CaCO3、MgCL2等多种无机物与水溶性、油溶性破乳剂的复配方案，并找到了特定条件下的破乳剂--石灰水体系，这种复配体系一方面可以有效的降低酸液对原油脱水的影响，另一方面有可以减少石灰水作为乳化剂本身对原油的乳化作用。在陈南联合站的实验过程中，其进站液量5800m3/d～7000m3/d，进站稠油580～620t/d，稠油进站温度50℃～55℃。

六、成果意义

（1）在河口采油厂集输系统的破乳剂优化过程中，实现了不同来液井队的分队加药极其自动化控制。（2）根据流体力学中的边界层理论，建立了药剂掺混模型并研发药剂掺混器，并在陈南联合站实现了现场应用。（3）依托现实物性的复杂多变，对多个联合站旧的加药系统进行优化，研发了适宜稠油脱水的新型破乳剂并寻找到了可以有效实现低含水油脱水的破乳剂。（4）初步降低了埕东联合站破乳剂使用量13%，总计节约破乳剂10吨，后期可降低稠油脱水成本10%。

七、推广前景

在原油开采进入稠油开采的情况下，对整个集输站库的破乳剂进行优化调整，可以节约后端原油处理成本，提升油田开采效率，提升油田整体竞争力。