海上油田聚合物配注工艺流程结垢分析

2022-09-11

前言

随着海上勘探程度的提高, 新发现的油田中稠油所占的比重越来越大, 很多油田进入高含水期, 提高稠油油田的采收率技术尤为重要。聚合物驱在我国陆地油田是比较成熟的提高采收率技术。采用该技术, 陆上油田采收率能提高10%以上[1]。

中海油于2003年至今, 在渤海区域, 绥中36-1油田I期、旅大10-1油田均已开展了大范围的聚合物驱工作[2]。为了更有效的实施聚合物驱工作, 各种优化工艺研究[3]和改进技术层出不穷, 但是流程及设备结垢问题一直没有解决。

本文对此问题, 从聚驱工艺、水质、药剂等方面进行了研究分析, 阐述了工艺过程中, 温度变化, 压力变化以及聚合物溶解过程对结垢的影响。

一、结垢情况与影响

1. 结垢基本情况与垢样分析

结垢严重部位主要是溶解罐内壁、输送泵过滤器、喂入泵过滤器、熟化罐内壁以及高压注入管线流量分配器等部位。我们对垢样分析采用X射线衍射法、X射线荧光光谱进行检测, 根据衍射谱图和电镜能谱的数据可判断垢样无机结晶成分主体为 (Mg0.03Ca0.97) CO3约占90%以上, , 可知结垢主要来源于水中二价离子的碳酸盐。

2. 结垢影响

结垢对流程中的运转设备和流程均造成了了破坏:结垢造成螺杆喂入泵定子转子磨损严重;造成柱塞泵凡尔总成、柱塞严重磨损, 弹簧断裂;两位电动蝶阀的动作因密封面结垢关闭不严, 内漏回流, 甚至无关闭反馈信号;熟化罐内壁结垢到一定厚度后, 发生龟裂脱落, 堆积在底部, 造成出入口堵塞。

二、结垢原因分析[4]

渤海湾油田平台注聚配注系统[5]采用了聚合物母液间歇配制、目标液分井注入的工艺。溶解罐水粉混合头的混合过程:配注水通过缩颈喷嘴后呈雾状喷出, 与高速空气流携带下的聚合物颗粒发生撞击接触混合, 混合后的溶液进入溶解罐进行搅拌, 并通过输送泵送至熟化罐。分析和检测在此过程, 有理由认为会发生如下变化:

温度突降:65℃-70℃的配注水呈雾状与常温空气以及聚合物颗粒混合后, 温度突降至50-53℃。

氧化反应:通过高速气液相的撞击混合, 液相组分必然急剧增大氧气接触面积。

压力突降:配注水的压力从1MPa经过喷嘴后, 突降为常压。

熟化过程:聚合物混配液在熟化罐中不断搅拌, 聚合物分子在水中逐步展开, 粘度逐渐增大, 同时由于热损失, 温度有缓慢降低。

高压泵注入过程:喂入泵将溶解熟化后的溶液初步增压1MPa后, 送至高压注入泵, 增压到8-12MPa后, 经过分配器与高压来水混合后, 注入井下。

通过工艺过程分析, 我们看到整个过程发生了温度、压力、水溶气这三个参数的变化。因此, 我们主要分析这三个条件的变化影响。

1. 水质分析

取样LD10-1和SZ36-1油田注聚水样进行水质分析, 结果表明Ca2+浓度约800 mg/L, Mg 2+浓度约250 mg/L, CO32-浓度约0.00 mg/L, HCO3-浓度平均16o mg/L, Cl-浓度平均5500 mg/L。

2. p H值影响

为了更加深入的探讨p H值沉淀影响, 做了如下实验, 首先测定溶解聚合物之后的聚合物溶液p H, 使用Na OH溶液调节注入水的p H, 之后按照水质分析标准, 滴定不同p H注入水的钙离子含量, 滴定结果如下:

通过实验表明, 溶液中的Ca2+含量随p H升高而降低, 当p H=10时, 已经出现明显沉淀。根据结垢倾向预测结果, 由此可看出p H值对结垢的影响很大, 随着p H值的增大结垢量增大。

目前采用的多为线性聚丙烯酰胺, 聚丙烯酰胺[6]在生产过程中, 需要使用Na OH进行水解, 所以, 一般称为水解聚丙烯酰胺。正是由于存在形成了强碱弱酸盐。由于存在—COONa, 因此在水溶液中, 它会产生水解, 形成OH-, 以至聚合物溶液整体p H升高, 造成沉淀。

由于化学式 (1) 存在化学平衡, OH-的不断加入, 造成反应向生成CO32-的方向移动, 最终导致生成Ca CO3的沉淀。特别是残留Na OH过多, 将对ph产生影响。

3. 温度影响

模拟了条件:压力1atm, 流量30m3/h, ph=7的温度对结垢影响, 结果如下表:

通过模拟数据可以知道, 温度对钙镁二价离子的溶解度影响明显。

4. 压力影响

模拟了条件:温度50℃, 流量30m3/h, ph=7的压力对结垢影响, 通过模拟数据表明压力对钙镁二价离子的溶解度影响很有限。

结论与建议

通过对垢样分析, 发现垢样主要由无机结晶成分 (Mg0.03Ca0.97) CO3组成, 约占90%以上, 其余为少量的硅铝酸盐物质, 可知水中的高硬度, 是注聚结垢的主要内因, 其中主要是钙离子所形成的碳酸钙垢。

通过对目前的工艺流程分析, 结合模拟实验, 结果表明:压力变化对结垢现象影响较小, 可以忽略不计;温度对钙镁盐的溶解度影响较明显, 温度在70℃下, 降低20℃, 能够导致氯化钙盐的溶解度减少10%以上, 是结垢的主要因素。Scale Chem垢化学分析系统结垢趋势预测结果表明p H值对结垢的影响很大, 随着p H值的增大结垢量增大。p H值升高, 会导致钙离子的溶解度降低, 造成沉淀。

改造流程以及相关设备, 减少流程各个环节热量的损耗, 特别是热损失最大的水粉混合头配液过程, 改变风送混合方式为重力下落混合, 这些措施有利于改善结垢形成。严格控制聚合物产品中残余Na OH含量, 也可以通过添加缓冲弱酸来去除其对ph值的不利影响。以及加入相应的阻垢剂, 可以减缓结垢的形成, 减少因此造成的设备磨损。

通过以上多项措施的改进, 目前, 海上小平台聚驱流程设备的结垢对流程的影响得到了有效的控制。

摘要：在渤海区域, 绥中36-1油田I期、旅大10-1油田均已开展了大范围的聚合物驱工作。自该技术实施以来, 一直存在注聚流程大量结垢的问题, 严重影响了注聚系统的运转时率和聚驱效果。文中通过对垢样分析, 发现垢样主要由无机结晶成分 (Mg0.03Ca0.97) CO3组成, 约占90%以上。通过对目前的工艺流程分析, 结合模拟实验, 表明:压力变化对结垢现象影响较小, 可以忽略不计;温度对钙镁盐的溶解度影响较明显, 温度在70℃下, 降低20℃, 能够导致氯化钙盐的溶解度减少10%以上, 是结垢的主要因素。而聚合物聚丙烯酰胺在生产过程中由于存在 (H2CHC) nCOONa形成了强碱弱酸盐, 产生水解, 形成OH-, 以至聚合物溶液整体pH升高, 导致钙离子的溶解度降低, 造成沉淀。针对以上影响流程结垢的因素分析, 笔者提出了针对性的改进意见, 通过工艺实施, 验证了分析结论, 降低了流程结垢的影响。

关键词：聚合物驱,配注,结垢,渤海油田