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原油流动改进剂在冀东油田的研制与应用

金明权 王长军 张强。 倪银。
(1.中国地质大学(北京);2.中国石油冀东油田分公司;3.中国石油冀东石油勘探开发公司瑞丰化学助剂厂)
    在石油地面工程学领域,含蜡原油流变学及其流动改进技术正逐渐成为很多相关研究课题的热点。由于原油高温加热输送技术所带来的巨大能耗,使课题的研究方向从热处理技术逐步转移到加剂技术上来。原油流动改进剂是加剂技术中效果最好,现场限制条件最少的一类药剂,它不仅可以降低原油的凝固点,而且可以大幅度降低原油粘度。
     原油流动改进剂于20世纪30年代问世,60年代才用于原油管道中。中国对原油流动改进剂的研究始于20世纪70年代末,l984年才有成果报道,到目前为止已取得了突破性进展,主要产品有CE系列、CY系列流动改进剂,并在中国现有的l0余条管道上都进行了应用或试验应用,取得了比较好的效果,获得了很高的经济效益。近年来,大庆油田在双管掺水集油流程上和单井套管中,开展了大规模工业性加原油流动性改性剂来降低集油温度、脱水温度的试验,取得了显著的节能效果,每年获得经济效益达上亿元。2000年冀东油田开展了该课题的项目研究。针对原油流动性改进剂的性能要求和冀东油田油品性质的特点,对油田各区块油品性质进行室内试验。根据相关资料并结合常温输送的要求及技术指标,进行了现场试验,取得了很好的效果,与油区同期相比单井集油温度平均降低l5℃左右,在原油凝固点附近运行,大幅节约了系统的能耗。
1 JDK 系列原油流动改进剂的作用机理与药剂功能
1.1 原油乳化输送机理
    原油掺水输送主要是通过高温水提高原油温度降低原油流动阻力,同时阻止原油低温凝固。原油乳化输送则是将含有原油流动性改性剂的活性水掺入原油中,在药剂的作用下形成水包油型(O/W)原油假乳状液,该原油假乳状液粘度比原油粘度低2个数量级左右,从而大大降低了原油的表观粘度。另外,表面活性剂吸附在管壁上形成亲水膜,降低管壁的摩阻。原油表观粘度和管壁摩阻的降低可大大降低原油管道输送的能耗。
1.2 原油流动改进剂的主要作用
    原油乳化液由HLB值不同和表面活性剂复配而成,在常温或低温集油中的主要作用如下。①表面活性剂吸附在管壁上形成亲水膜,一方面降低管壁的摩阻,另一方面将金属表面由亲油性转变为亲水性,抑制石蜡和凝油向管壁上沉积。②在水包油型假乳状液中,表面活性剂吸附在油珠表面,对油珠之间的聚并起抑制作用,可降低油珠的聚并温度,对水包油型(O/W)原油乳状液在原油凝固点之下具有稳定作用,降低油管和集油管中油块的形成温度。③ 降低原油乳状液转相点的含水率,提前形成具有适度稳定性的水包油型原油假乳状液,显著降低含水原油的表观粘度。④对油包水型原油乳状液有破乳作用,便于在中转站和联合站进行油水分离。
    JDK系列原油流动性改性剂是以亲水性强的表面活性剂作主剂。同时加入针对性强的破乳剂的复配药剂。因此,当原油流动性改性剂加入到油井油层套管环形空间与含水油混合后,利用井底的热力和抽油泵的搅拌作用形成水包油假乳状液后,可以同时起到防蜡、降粘、降低管壁摩阻和降低原油输送温度等功效。
2 试验研究
2.1 室内试验方法
    根据对原油物性的要求,需要对原油含水、凝固点、粘度、挂壁情况、脱水能力以及模拟流动情况进行试验。含水试验按SY/T 5402—91执行;凝固点试验按GB 510进行;粘度按SY/T 0520—93测定;脱水能力按SY/T 5797—93测定。在挂壁情况试验中优选药剂时,在一定浓度下考察试样在不同温度下的流动能力、是否挂壁以及脱水情况。在模拟流动试验中,为了模拟集油管线中乳状液的流动过程,结合有关资料,在室内安装了一套模拟流动装置,见图1。原油乳状液可预先放入反应釜中,控制温度为井口掺水乳状液温度,用空气把乳状液压到不锈钢管中,在假定降温温度保持20 min,然后用定压空气打出原油,计量排出100 g液体的时间。
 
2.2 老爷庙油田原油流动改进剂的试验模拟结果分析
     将室内试验分成四步:首先完成在老爷庙油田的试验,然后是柳赞油田、高尚堡油田,最后保证中心联合站高一联的正常生产。对冀东油田不同区块具有代表性的油井以及各中转站原油进行了试验。通过做低温下挂壁试验、乳化试验、粘度变化以及凝固点变化等试验优选乳化剂,通过常温脱水试验优选破乳剂,并进行复配后的干扰试验,获得JDK系列原油流动性改性剂配方,并进行了现场试验。
    为试验方便并不失一般性,对有代表性的原油进行了药剂的优选试验。由于柳赞和高尚堡油田原油流动改进剂的试验模拟结果分析方法与老爷庙油田相似,因此仅对老爷庙油田原油流动改进剂的试验模拟结果进行详细分析。
2.2.1 室内试验
    进行原油流动性改进剂的优选,首先必须满足系统脱水的要求。因此在优选药剂时先考察了脱水能力,试验结果见表1(药剂浓度为50 mg/L,温度为40℃)。
 
     乳化效果试验数据如表2所示。根据表1和表2数据,优选出效果较好的单剂,然后进行复配,得到系列产品JDK—X,并验证其降粘、降凝、流动能力等性能,结果见表3。
     由表3可知,JDK一4的效果最好,可以作为老爷庙油田原油流动性改进剂的产品。对其进行了室内模拟试验,结果见表4。由表4可以看出,JDK一4原油流动性改进剂可以满足老爷庙油田现场需要。
 
 
 
2.2.2 现场试验
    根据施工设计要求,完成了表5中工作。在现场加药后,系统运行参数如下:掺水温度为45℃(比以前降低15℃);系统加原油流动性改进剂25 kg。
 
(1)单井压力变化情况。加入的药剂对原油改性、降阻等效果的评价主要看原油粘度和单井压力变化情况,试验结果如图2所示。由以上数据可以看出:系统中加入原油流动性改进剂后,输送温度降低15℃,单井的压力降低或保持不变。
 
(2)原油脱水情况的考察。如图3所示,庙一联原油经过脱水后,含水量明显低于行业标准指标,说明在系统中加入原油流动性改进剂后,可以明显改善脱水器的脱水效率,降低原油的含水率,提高脱水后原油的质量。
 
(3)系统原油粘度变化情况。在计量站管汇取样,在2O℃下进行试验,结果见图4。从图4可以看出,采出液粘度总体呈现下降趋势,并且能够保持较长时间,从而使系统原油的流动能力大大增强。
 
3 常温输送对篥输系统脱水的影响
    为了防止常温输送后给中心联合站高一联的脱水造成不利影响,考察了高一联脱水温度的变化情况以及脱水后原油含水情况,见图5和图6。从图5、图6可以看出,常温输送后,高一联脱水温度降低,而三相分离器水质变好。说明本产品对整个集输系统的运行无不良影响。
 
4 试验效果分析
    从以上试验数据可以得出,本原油流动性改性剂的性能指标:降粘率不小于45 ;脱水率不小于9O ;原油流动时间缩短约1倍。经过现场试验表明,原油流动性改性剂在降粘和降低系统回压方面都具有较好的性能,与大庆产品相比,降粘、脱水效果均相差不大。
 
5 结论
1.JDK系列原油流动性改性剂是根据冀东油田油、水性质,由亲水性表面活性剂和针对性较强的破乳剂复配而成的。根据室内试验结果,它具有同类产品的减阻、降粘、降凝、防蜡等4种功能,经过室内试验和现场应用,药剂能够满足现场生产需要,达到了试验前提出的各项指标。
2.冬季生产根据地温、环境温度变化,通过适当调节掺水温度,使集油温度在本地区原油凝固点上下5℃间可保证稳定运行。
3.通过试验证明,本产品在脱水设备中具备了辅助的破乳作用,柳赞地区实现了流动改进剂对破乳剂的成功替换。其它地区破乳剂用量也大幅度减少,相应的脱水指标却有所提高,达到了一剂多效的目的。
4.冀东油田研制的原油流动改进剂同时具备乳化和破乳两个作用相反的功能,在同类药剂性能中具备一定的先进性。
    第一作者简介:金明权,高级工程师.1965年生,1989年毕业于江汉石油学院采油工程专业,一直从事石油开发工作,现在攻读中国地质大学(北京)能源2r_程专业博士学位。地址:河北省唐山市光明西里51号甲区冀东油田分公司;邮政编码063004;电话(0315)8765084。

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