胶体态聚合物在油田配制站直接溶解的可行性研究

2021-05-22

油气田地面工程 2021年5期

大庆油田有限责任公司

为了便于聚合物溶解，油田驱油采用干粉态聚丙烯酰胺，但从聚合物胶体加工成为干粉需要干燥蒸发近60%的水分，这一过程会产生巨大能耗，增加生产成本[1-6]，并限制了产能。为降低生产聚丙烯酰胺干粉的能耗及采购成本，提高生产线的产能，有必要进行油田现场直接应用胶体态聚合物驱油的可行性研究[7-9]。

1 现场直接应用需要解决的问题

胶体态聚合物的直接应用在国内外油田聚合物驱油技术中尚无先例，本文通过室内实验证明胶体经过再造粒后能够溶解，但要实现现场直接应用需要解决以下四方面难题。

1.1 粒径的合理尺寸

研磨造粒是胶体态聚合物现场应用的核心工艺。造粒工艺采取筛网式研磨，刀头将胶体态聚合物挤压至筛网，通过控制筛网孔的尺寸，调节生产出的胶粒大小。

胶粒的大小决定造粒设备的产能，胶粒越大，产能越高。另一方面，溶解速度决定了胶粒不能过大，胶粒越大，溶解速度越慢，会造成后端建设溶解罐的容积和数量过大。

1.2 挥发氨气的处理

生产聚合物时，聚丙烯酰胺与氢氧化钠发生水解反应产生氨气，干粉经过干燥后，大部分氨气快速释放，而胶体中的氨气则需要缓慢释放，因此，胶体在装卸、造粒和溶解过程中均释放出NH3，刺激性气味较大。氨气产生的化学方程式见图1。

图1 氨气产生的化学方程式Fig.1 Chemical equation for ammonia production

1.3 胶体的计量方式

现有的配制站干粉是粉末状，配制时采用的计量方式为瞬时配比法，即：采用螺旋下料器控制下料速度，用水泵控制水量，只要二者的瞬时配比满足配制方案的要求浓度，即可达到方案要求。胶体研磨成胶粒后有较大黏性，容易粘连成块，导致与水的瞬时混合不均匀，因此，现有的计量方式无法满足瞬时配比要求。

1.4 现有工艺导致胶粒再次粘结成块

胶体态聚合物呈胶团状，含有油状物和较多的水分。由于漏斗坡度及风机吸入能力等问题，研磨成粒后下落至漏斗仓的胶粒堆积在漏斗仓内及风机前部管内，再次形成大块胶团，导致风机进口管堵塞无法风送，且风送后胶团在溶解罐内无法溶解，形成较大粘团，堵塞在后端粗精过滤器内。如果粘团冲破过滤器滤袋，到下游注入站被注进地层，就会造成地层堵塞，影响开发效果。

2 现场试验

2.1 合理粒径的选择

造粒系统是实现胶体现场应用的核心系统，它既要满足粒径要求，还要保证能够连续运行。现场安装测试了5种造粒设备，最终采用旋刀切削筛板挤压式造粒工艺设备，实现了现场连续造粒。通过室内模拟以及现场试验，用筛网筛取1～5 mm 粒径胶粒，采用现场污水配制5 000 mg/L聚合物胶体溶液，检测不同粒径所需的溶解时间及水中不溶物。

从实验结果（图2）可知，粒径大小影响溶解速度和效果。当粒径在3 mm 以下时，其溶解效果和所需时间与干粉相近[10]。

图2 粒径对溶解时间的影响Fig.2 Influence of particle size on dissolution time

2.2 采取喷淋系统解决氨气吸收问题

利用氨气溶于污水的特点，采用白钢水槽氨气吸收塔，使胶粒与塔内喷淋装置落下的水接触，吸收溶解过程中产生的氨气。针对上料传输过程中的氨气释放，全程采用密闭控制。同时在各节点设置氨气报警装置，全程监测氨气泄漏。采用大料箱和氨气吸收塔强制排风系统，增设墙壁轴流风机，排出因吸收入不充分而释放出的氨气。

2.3 采取称重计量方式实现浓度精度可控

控制水料配比是母液配制精度的关键，在大料箱和造粒机之间增加具有称重功能的小料箱，编写进料计算公式并写入控制系统，精确控制胶体进料量，通过自控系统及时调整配比参数以控制胶体母液配制精度。进料公式为

式中：L为罐底液量，L；A为进胶体量，kg；S为固含量，%；C为罐底浓度，mg/L。

通过现场检测熟化罐、外输泵、储罐母液浓度误差控制在±5%之内，熟化罐母液黏度650 mg/L左右（表1），与干粉母液黏度基本相当。

表1 母液浓黏度化验检测值Tab.1 Test value of mother liquor concentration and viscosity

2.4 优化工艺，减少胶粒二次粘连

因场地对初期设备的限制，无法进行大幅度工艺改造，在造粒后风送至溶解罐过程中，当造粒速度与风送速度不匹配时，会导致胶粒二次胶结，影响溶解质量。通过室内实验，对工艺进行了优化，在研磨装置下端设置溶解罐，研磨造粒后的颗粒直接进入溶解罐搅拌溶解，避免堆积后再次形成大的胶块，这样可避免风送环节中胶粒二次结团，提高溶解质量。