新疆油田SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液處理

孫森 李 龍 李 甫 陳 賢 史建英

1中國(guó)石油新疆油田分公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)2中國(guó)石油新疆油田分公司安全環(huán)保處3中國(guó)石油新疆油田分公司采油一廠

新疆油田SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液處理

孫森1李 龍2李 甫3陳 賢1史建英3

1中國(guó)石油新疆油田分公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)2中國(guó)石油新疆油田分公司安全環(huán)保處3中國(guó)石油新疆油田分公司采油一廠

SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液具有溫度高、攜砂量大、油水乳化嚴(yán)重、乳化類型復(fù)雜，循環(huán)液中含有大量的帶負(fù)電的微小泥質(zhì)顆粒，使得SAGD采出液產(chǎn)生靜電排斥穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的雙重穩(wěn)定的特性，常規(guī)處理工藝和藥劑體系很難將原油和污水處理達(dá)標(biāo)。采用復(fù)合凈水劑除油+微混凝處理工藝對(duì)循環(huán)預(yù)熱采出液進(jìn)行處理，同時(shí)使用熱化學(xué)沉降處理老化油，在沉降72 h后，出水含油、懸浮物均穩(wěn)定在200 mg/L以內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)總體效果較好，在不需要調(diào)整現(xiàn)有工藝的條件下，基本能夠滿足現(xiàn)階段循環(huán)液處理要求。

風(fēng)城油田；超稠油；SAGD；循環(huán)預(yù)熱采出液；復(fù)合凈水劑；油水處理

蒸汽輔助重力泄油技術(shù)（Steam Assisted Gravity Drainage，簡(jiǎn)稱SAGD）是國(guó)際上開(kāi)發(fā)超稠油的一項(xiàng)前沿技術(shù)，也是新疆風(fēng)城油田超稠油開(kāi)發(fā)使用的主體技術(shù)。到2022年，風(fēng)城超稠油產(chǎn)量將達(dá)到291×104t/a[1]。隨著油田的開(kāi)發(fā)和SAGD技術(shù)的應(yīng)用，SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液已占處理站來(lái)液量10%。由于循環(huán)預(yù)熱采出液物性復(fù)雜，常規(guī)油水處理工藝難度較大，成本較高。因此，針對(duì)SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液的處理技術(shù)研究顯得迫在眉睫。

表1 SAGD循環(huán)液基本物性

1 基本物性

1.1 采出液溫度高、黏度大

將SAGD循環(huán)液分為循環(huán)前期、循環(huán)中后期和正常采油期三個(gè)階段，各階段采出液的原油物性見(jiàn)表1。由表1可以看出，在室溫條件下，SAGD試驗(yàn)區(qū)50℃原油黏度為67 840～91 600 mPa·s，平均79 370 mPa·s；原油黏溫反應(yīng)敏感，溫度每升高10℃，黏度降低50%～70%，90℃時(shí)原油黏度在2 000 mPa·s以上，密度在0.93 g/cm3左右。

1.2 泥砂含量高

風(fēng)城油田SAGD井區(qū)油藏為辮狀河沉積，明顯區(qū)別于加拿大的海相沉積或較厚層的三角洲沉積，油藏泥砂含量高。SAGD在整個(gè)循環(huán)期采出液井口溫度為160～180℃，最高可達(dá)到220℃，同時(shí)伴隨著大量蒸汽。采出液攜砂粒徑小，尤其是循環(huán)預(yù)熱前期，取樣紙杯壁上均有非常明顯的泥砂沉積。此外，大量帶負(fù)電的黏土顆粒成分充當(dāng)乳化劑作用，增加循環(huán)液處理難度。

1.3 穩(wěn)定性極強(qiáng)

SAGD循環(huán)液以水為連續(xù)相，流動(dòng)性好、含砂多、含油少，外觀為不透明黑棕色液體（加拿大俗稱咖啡奶）。采出液穩(wěn)定性極強(qiáng)，樣品室溫靜置7天無(wú)明顯變化。各個(gè)階段的采出液常溫下依然具有良好的流動(dòng)性。少量的原油以幾乎完全乳化的形式高度分散于水相中，高度分散的原油在高溫下具有極大的表面張力，使得粘在紙杯壁上的原油呈現(xiàn)分散的球形。

1.4 乳狀液復(fù)雜

SAGD采出液經(jīng)水稀釋法和濾紙潤(rùn)濕法觀察后，粗略判斷SAGD采出液三個(gè)階段均是以水為連續(xù)相的體系。通過(guò)光學(xué)顯微鏡證實(shí)SAGD采出液是以O(shè)/W型為主的乳液，分散相分布均勻，部分分散相相互聚結(jié)液滴中含有水相，形成W/O/W型復(fù)合乳液，見(jiàn)圖1。

圖1SAGD采出液循環(huán)前期光學(xué)顯微鏡示意

SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液油珠粒徑主要分布在0.4～1 μm及30～40 μm，其中直徑小于1 μm的達(dá)50%。循環(huán)液前期粒度分布見(jiàn)圖2所示。Zeta電位顯示，循環(huán)液中含有大量的帶負(fù)電的微小砂質(zhì)顆粒，使得SAGD采出乳液形成“Stern模型”的擴(kuò)散雙電層，產(chǎn)生靜電排斥穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使SAGD循環(huán)采出液具有膠體穩(wěn)定和乳液穩(wěn)定的雙重特性，并且膠體穩(wěn)定是主要因素。不同循環(huán)周期采出液Zeta電位見(jiàn)表2。

圖2 循環(huán)液前期粒度分布

表2 不同循環(huán)周期采出液的Zeta電位

由于采出液的雙重穩(wěn)定特性，常規(guī)的正相、反相破乳劑及預(yù)脫水藥劑均不能達(dá)到預(yù)期的處理目的，油水分離難度很大。把SAGD循環(huán)采出液作為污水處理，含油量、懸浮物含量過(guò)高，而采用常規(guī)正相破乳劑原油脫水處理基本無(wú)效果。

2 室內(nèi)試驗(yàn)

由于SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液泥砂含量高、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高、溫度高、乳化類型復(fù)雜、穩(wěn)定性極強(qiáng)等特點(diǎn)，采用常規(guī)的大罐熱化學(xué)沉降工藝無(wú)法正常脫水，脫出污水含油量增大，室內(nèi)試驗(yàn)正相破乳劑、反相破乳劑加藥量達(dá)到800 mg/L?，F(xiàn)場(chǎng)造成凈化油沉降時(shí)間延長(zhǎng)，藥劑加藥量大，污水處理成本升高，老化油處理困難、熱能利用率低等問(wèn)題[2-3]。

針對(duì)上述問(wèn)題，擬采用復(fù)合凈水劑除油+微混凝處理工藝對(duì)循環(huán)預(yù)熱采出液進(jìn)行處理，同時(shí)使用熱化學(xué)沉降處理老化油，即對(duì)SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液換熱后，將SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液中投加復(fù)合凈水劑，除去污水中含油和黏土物質(zhì)，將浮油當(dāng)作老化油，采用熱化學(xué)沉降方法處理，再進(jìn)行微混凝反應(yīng)凈化污水，從而實(shí)現(xiàn)高效處理SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液。

2.1 復(fù)合凈水劑篩選

針對(duì)SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液的特性，開(kāi)展了復(fù)合凈水劑的研究。室內(nèi)合成一種高效復(fù)合凈水劑[4-5]，并在不同工況下對(duì)SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液進(jìn)行脫水試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同工況下SAGD采出液脫水試驗(yàn)結(jié)果

由表3可以看出，SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液直接加正、反相破乳劑、預(yù)處理劑脫水時(shí)，污水含油量較高。但當(dāng)采用復(fù)合凈水劑后，除油效果較好，可大幅降低污水處理難度。

復(fù)合凈水劑加藥濃度與反應(yīng)時(shí)間確定見(jiàn)圖3。由圖3可以看出，復(fù)合凈水劑反應(yīng)時(shí)間較快，SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液在加藥量為500 mg/L時(shí)，在15 min內(nèi)循環(huán)液就可達(dá)到污水含油量小于200 mg/L的指標(biāo)要求?？紤]到工業(yè)化試驗(yàn)的因素，初步確定復(fù)合凈水劑在SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液中反應(yīng)時(shí)間要大于30 min。

2.2 脫水試驗(yàn)

將SAGD循環(huán)液浮油當(dāng)作老化油處理，采用熱化學(xué)沉降方法，使用特一聯(lián)老化油破乳劑為實(shí)驗(yàn)藥劑，加藥量為2 000 mg/L，試驗(yàn)溫度為95℃。SAGD循環(huán)液脫水試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4的試驗(yàn)結(jié)果表明，雖然SAGD循環(huán)液老化油脫出水含油、懸浮物較高，但在加入老化油破乳劑后，SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液老化油在72 h內(nèi)脫水效果可以達(dá)到凈化原油交油指標(biāo)。

圖3 復(fù)合凈水劑加藥濃度與反應(yīng)時(shí)間確定

表4 SAGD循環(huán)液老化油脫水試驗(yàn)

3 循環(huán)液現(xiàn)場(chǎng)處理

現(xiàn)場(chǎng)利用沉降池作為SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液的冷卻裝置、沉降裝置，實(shí)際處理循環(huán)液溫度為70～90℃，處理量約1 500～2 500 m3/d，循環(huán)液現(xiàn)場(chǎng)處理試驗(yàn)工藝流程見(jiàn)圖4。現(xiàn)場(chǎng)取樣結(jié)果表明，復(fù)合凈水劑除油效果明顯，出水含油、懸浮物均穩(wěn)定在200 mg/L以內(nèi)，達(dá)到循環(huán)液處理指標(biāo)要求，采出液處理效果見(jiàn)圖5。因此，采用復(fù)合凈水劑除油+微混凝處理工藝進(jìn)行循環(huán)液處理基本能夠滿足現(xiàn)階段循環(huán)液處理要求。

圖4 循環(huán)液現(xiàn)場(chǎng)處理試驗(yàn)工藝流程

圖5 采出液處理效果

4 結(jié)論

（1）SAGD循環(huán)預(yù)熱采出液具有溫度高、攜砂量大、油水乳化嚴(yán)重、乳化類型復(fù)雜，循環(huán)液中含有大量的帶負(fù)電的微小泥質(zhì)顆粒，使得SAGD采出液產(chǎn)生靜電排斥穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的雙重穩(wěn)定的特性，常規(guī)處理工藝和藥劑體系很難將原油和污水處理達(dá)標(biāo)。

（2）室內(nèi)合成的高效復(fù)合凈水劑在加藥濃度500mg/L、作用30min后，污水除油率可達(dá)92%以上。

（3）采用復(fù)合凈水劑除油+微混凝處理工藝對(duì)循環(huán)預(yù)熱采出液進(jìn)行處理，同時(shí)使用熱化學(xué)沉降處理老化油，在沉降72 h后，出水含油、懸浮物均穩(wěn)定在200 mg/L以內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)總體效果較好，在不需要調(diào)整現(xiàn)有工藝的條件下，基本能夠滿足現(xiàn)階段循環(huán)液處理要求。

[1]趙武生，羅東坤，張?。死斠烙吞镲L(fēng)城超稠油資源規(guī)模開(kāi)發(fā)構(gòu)想[J]．新疆石油地質(zhì)，2009，30（6）：778-780.

[2]駱偉，孫國(guó)成，達(dá)吾力，等．新疆風(fēng)城油田超稠油SAGD開(kāi)發(fā)地面配套技術(shù)探討[J]．新疆石油天然氣，2010，6（4）：76-80.

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（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.015