CN102942959B

CN102942959B - 用于海上油田的复合驱原油采出液的方法

Info

Publication number: CN102942959B
Application number: CN201210516299.7A
Authority: CN
Inventors: 王增林; 徐心茹; 李振泉; 杨敬一; 曹绪龙; 宋新旺; 祝仰文; 窦立霞; 潘斌林
Original assignee: East China University of Science and Technology; Sinopec Shengli Geological Scientific Reserch Institute
Current assignee: East China University of Science and Technology; Sinopec Shengli Geological Scientific Reserch Institute
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2032-12-05
Also published as: CN102942959A

Abstract

本发明提供了一种用于海上油田的复合驱原油采出液的处理设备和方法，所述设备包括：连接至生产井的加热器；超声波处理装置，所述超声波处理装置接纳加热过的复合驱原油采出液，并对其进行超声波处理；连接至超声波处理装置的沉降装置，其接纳经超声波处理后的复合驱原油采出液，并使复合驱原油采出液在其中热沉降而脱水，并分离出油；以及连接至所述沉降装置的电脱水装置，其接纳经沉降处理后的复合驱原油采出液，并对复合驱原油采出液进行电场处理而进一步地脱水。本发明的处理设备和方法能以相对紧凑的设计方案来实现，非常适合空间狭小的海上平台的应用，而且能在短时间内对二元复合驱原油采出液进行高效、可靠地处理。

Description

用于海上油田的复合驱原油采出液的方法

技术领域

本发明涉及原油开采，具体地，涉及一种用于海上油田的复合驱原油采出液的处理设备和方法，更具体地，涉及一种利用超声波和电场强化的重质原油采出液的处理装置和方法。

背景技术

随着科技的发展，海底原油的开采成为满足原油需求和保证国民经济可持续发展的重要手段。由于条件限制，海上平台对原油采出液的处理要求是快速、高效、节能及设备体积不宜过大等等。因此，对海上油田原油采出液的处理设备和方法的研发具有重要意义。

另外，随着常规石油的可供利用量日益减少，重质原油正成为人类的重要石油资源。近年来随着原油开采逐渐向重质化或者劣质化发展，原油性质的变化使得开采难度增大，因而已经开发出各种强化驱油措施。目前新近开发的一种驱油技术是“二元复合驱”，即在注入水中加入聚合物和表面活性剂，利用聚合物和表面活性剂的协同作用大幅度提高原油采收率。然而，随着聚合物和表面活性剂二元复合驱新技术的开发应用，油田采出液的性质更加复杂，油水乳化更加严重。因此，对原油复合驱采出液的处理愈加困难。

在将二元复合驱的技术应用到海上油田时，由于海上平台的各种条件限制，对复合驱原油采出液的处理就变得更加棘手。迄今为止还没有研发出让人满意的设备和方法来满足海上油田复合驱采出液的处理方面的需求，更没有能很好地应用于海上油田的“二元复合驱”原油采出液的处理设备和方法。

总之，在原油开采领域，特别是在海上油田开采方面亟需一种能快速地处理原油采出液的设备和方法。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种用于海上油田的复合驱原油采出液的处理设备和方法，其能以紧凑的设计在短时间内对二元复合驱原油采出液进行高效、可靠地处理。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于海上油田的复合驱原油采出液的处理设备，所述复合驱原油采出液是指通过注入由聚合物和表面活性剂组成的二元复合驱油剂而采收到的原油采出液，所述设备包括：连接至生产井的加热器；超声波处理装置，所述超声波处理装置接纳加热过的复合驱原油采出液，并对其进行超声波处理；连接至超声波处理装置的沉降装置，其接纳经超声波处理后的复合驱原油采出液，并使复合驱原油采出液在其中热沉降而脱水，并分离出油；以及连接至所述沉降装置的电脱水装置，其接纳经沉降处理后的复合驱原油采出液，并对复合驱原油采出液进行电场处理而进一步地脱水。

较佳的是，还包括：破乳剂供给装置，所述破乳剂供给装置向由所述加热器加热过的复合驱原油采出液供给破乳剂。

较佳的是，所述超声波处理装置包括：超声波发生器；连接至所述超声波发生器的超声波换能器；通过连接法兰连接至所述超声波换能器的传振杆；以及脱水容器。

本发明还提供了一种用于海上油田的复合驱原油采出液的处理方法，所述复合驱原油采出液是指通过注入由聚合物和表面活性剂组成的二元复合驱油剂而采收到的原油采出液，所述方法包括如下步骤：

a）使来自生产井的复合驱原油采出液经过加热器加热到一定温度；

b）由破乳剂供给装置向加热过的复合驱原油采出液添加破乳剂；

c）使复合驱原料采出液进入到超声波处理装置内；

d）调节超声波功率，使复合驱原油采出液在超声波处理装置内经受超声波处理；

e）使经超声波处理后的复合驱原油采出液进入沉降装置，在其中进行热沉降以脱除水，进而分离出上层的油；以及

f）使来自沉降装置的复合驱原油采出液进入电脱水装置，在其中经受电场处理和沉降之后得到含水量合格的原油，并将合格的原油从电脱水装置的上部排出。

较佳的是，从所述沉降装置和电脱水装置的底部排出含油污水，这些含油污水合并后被送往污水处理装置进行处理。

较佳的是，所述破乳剂是由由四个组分共聚合成，第一组分是丙烯酸酯，第二组分选自丙稀酰胺、甲基丙稀酰胺、N-异丙基丙稀酰胺、N-羟乙基丙稀酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙稀酰胺中的一种，第三组分选自二甲基二烯丙基氯化铵、二乙基二烯丙基氯化铵中的一种，第四组分是2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。

较佳的是，所述破乳剂是由丙烯酸酯、丙烯酰胺，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和二甲基二烯丙基氯化铵组成的四元共聚物。

较佳的是，所述丙烯酸酯是在聚环氧乙烷环氧丙烷单丁基醚的基础上通过丙烯酸改性而形成的，所述丙烯酸酯的通式为：

其中，R₁：1～18个碳的烷基

R₂：O或N原子

-C₂H₄O-为环氧乙烷开环后的乙氧基单元

-C₃H₆O-为环氧丙烷开环后的甲基乙氧基单元

m＝20～80

n＝10～40

较佳的是，所述丙烯酸酯、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵按摩尔配比为1：3～10：1～7：0.5～7。

较佳的是，所述丙烯酸酯、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵按摩尔配比为1:7:3:1。

采用本发明的用于海上油田的原油采出液的处理设备和方法，超声波的作用使得复合驱原油采出液中的油水粒子振动加剧，产生气泡和空穴，并且使温度升高。超声波的这些强化作用显著降低了原油复合驱采出液的处理时间及破乳剂用量。

更有利的是，本发明在上述超声波作用的基础上还加设了“电（场）脱水”。这种超声波与电场相结合的处理设备可以大大缩短处理时间，并显著提升复合驱原油采出液的脱水率。

再者，本发明还针对海上油田复合驱原油采出液这种特殊的应用开发了全新的破乳剂。与传统的破乳剂相比，这种新型的破乳剂在应用超声波和电场处理的情况下，能在显著缩短处理时间的同时获得非常理想的脱水率。

总之，本发明的用于海上油田的复合驱原油采出液的处理设备和方法能以相对紧凑的设计方案来实现，非常适合空间狭小的海上平台的应用，而且能在短时间内对二元复合驱原油采出液进行高效、可靠地处理。

附图说明

图1是根据本发明较佳实施例的复合驱原油采出液处理设备的流程示意图；以及

图2示出了根据本发明较佳实施例的原油采出液处理设备中所采用的超声波处理装置。

具体实施方式

如图1所示，根据本发明较佳实施例的用于海上油田的复合驱原油采出液处理设备总的由标号10标示，其主要包括加热器2、超声波处理装置5、沉降装置6和电脱水装置7。另外，还包括由破乳剂罐3和破乳剂注入泵4组成的破乳剂供给装置。

加热器2接纳来自于生产井1的复合驱原油采出液，并将其加热至合适的温度。这里所谓的“复合驱原油采出液”是指通过注入由聚合物和表面活性剂组成的二元复合驱油剂而采收到的原油采出液。由破乳剂罐3和破乳剂注入泵4组成的破乳剂供给装置将破乳剂注入加热后的复合驱原油采出液。超声波处理装置5连接至加热器2和破乳剂供给装置，该超声波处理装置5接纳添加了破乳剂的加热后的复合驱原油采出液，并对复合驱原油采出液进行超声波处理。沉降装置6连接至超声波处理装置5，其接纳经超声波处理后的复合驱原油采出液，并使复合驱原油采出液在其中热沉降而脱水。电脱水装置7连接至沉降装置6，其接纳经沉降处理后的复合驱原油采出液，并对复合驱原油采出液进行电场处理而进一步地脱水。

图2示出了本发明的复合驱原油采出液的处理设备中所采用的专门设计的超声波处理装置5，其主要包括：超声波发生器51、超声波换能器52、传振杆53和脱水容器54。超声波换能器52连接至超声波发生器51，用于将超声波能量转换成机械振动。传振杆53通过连接法兰56连接至超声波换能器52并且设置在超声波脱水容器54中，用于将机械振动传递至超声波脱水容器内的复合驱原油采出液。另外，如图2中所示，在超声波换能器52上设置有冷却水循环装置55。

另外，为控制超声波反应的温度，可以为超声波脱水容器设置水循环系统（图中未示出）。再有，可以在超声波处理装置的出口设置温度和压力监控装置（图中未示出），以便监控流出的原油采出液的温度和压力。

按照本发明较佳实施例的对原油采出液的处理总的来说是将超声波和电场应用于采用了聚合物和表面活性剂二元复合驱油剂的海上油田复合驱原油采出液的处理工艺，这是一种能以紧凑的装置高效地实现原油脱水的全新的工艺。

本申请的申请人对超声波强化原油复合驱的设备和方法进行了研究，所采用的基本的实验条件例如是：油水比1：1，聚合物浓度为800mg/L，表面活性剂浓度为400mg/L，助表面活性剂浓度400mg/L，破乳剂用量80mg/L，沉降温度60℃。超声波处理的工作参数例如选用如下所述的范围，即，频率28或40KHz；功率180W；加热功率600W；温度区间0-99℃；超声时间区间1-99分钟。

总的来说，如图1所示，本发明采用超声波处理、化学药剂（破乳剂）和电场处理这三者相结合的方式来处理海上油田的原油采出液。也可以根据需要选取其中的一种或两种方式来进行处理。

超声波处理的工作原理大致如下。超声波可对介质产生机械振动作用、空化作用以及热作用。机械振动作用能使油水粒子与超声波一起振动，对于粒径大小不一样的粒子，其相对振动速度也不相同，从而促进了小油滴聚结成大油滴，在油水密度差的作用下上浮到水相上层，从而实现油水分离。同时，机械振动作用可以使原油采出液中胶质、沥青质等天然乳化剂分散均匀，增大其在乳液中的溶解度，油水界面处的粒子在机械振动的作用下，部分参与成膜的粒子离开油水界面，界面膜的强度降低，破乳进程加快。在超声波传播的过程中，液体中的某些区域会产生局部临时负压，产生气泡或空穴。当超声波的强度足够大、压力处于负半周期时，液体就会受到拉力，气泡核快速膨胀，可增大到原始尺寸数倍，继而在压力处于正半周期时，气泡被压缩而破碎崩溃，裂解为许多微小的气泡，形成新空化核。此外，超声波在介质中传播时，其振动的能量不断被介质吸收而转变为热能使其温度升高，吸收的能量可升高介质的温度。超声波在原油采出液中传递时，其能量不断被吸收转化为热能，使得原油采出液的乳液温度升高，体系的粘度降低，油滴的布朗运动加快，加大了油滴聚并的几率。因此，超声波这些作用可大大缩短破乳时间，提高破乳效果。

破乳剂的种类非常多，为应用于海上油田复合驱原油采出液，本发明的申请人选用市售的工业用破乳剂进行了多次实验，虽有一定效果，但仍觉得不够理想。因此，针对海上油田复合驱原油采出液这种特殊的应用，申请人开发研制了一种新型的破乳剂，称之为BT系列的破乳剂。

BT系列的破乳剂可以由四个组分共聚合成。第一组分是丙烯酸酯。第二组分选自丙稀酰胺、甲基丙稀酰胺、N-异丙基丙稀酰胺、N-羟乙基丙稀酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙稀酰胺中的一种。第三组分选自二甲基二烯丙基氯化铵、二乙基二烯丙基氯化铵中的一种。第四组分是2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。

在本发明的一个优选的实施例中，BT系列破乳剂是用丙烯酸酯（称之为BT-51）与丙烯酰胺(AM)，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）和二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）发生四元共聚反应而形成的。

其中丙烯酸酯BT51是在聚环氧乙烷环氧丙烷单丁基醚（称之为BH-51）的基础上通过丙烯酸改性，合成具有双键结构的酯而形成的。BH-51与丙烯酸反应生成的丙烯酸酯中含有C=C双键，在一定条件下C=C双键可以进一步反应，一方面引入具有特定功能的基团，另一方面增大分子量。

丙烯酸酯BT-51的通式为：

其中，R₁：1～18个碳（优选为1～10个碳，更优选为1～6个碳）的烷基

R₂：O或N原子

-C₂H₄O-为环氧乙烷开环后的乙氧基单元

-C₃H₆O-为环氧丙烷开环后的甲基乙氧基单元

m＝20～80

n＝10～40

在一个优选的实施例中，R₁为CH₃(CH₂)₃-，R₂为O，BH-51与丙烯酸酯化反应方程式如下：

丙烯酸酯BT-51在过氧化物作用下，能与其他含有C=C双键物质发生加成反应，利用这一特点，可将丙烯酸酯BT-51与丙烯酰胺(AM)，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）和二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）反应。

从理论上讲，在这个过程中丙烯酰胺的引入主要起到增加产物分子量的作用，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸起到在分子中引入阴离子基团（-SO₃）的作用，二甲基二烯丙基氯化铵起到在分子中引入阳离子基团（季铵盐）作用。这样，在合成的破乳剂分子中既含有阴离子基团、阳离子基团，又含有非离子的环氧乙烷－环氧丙烷链，同时具有较高的分子量，因此这种表面活性剂扩散到油水界面，会显著改变油水界面特性，从而可能具有良好的破乳脱水性能。同时丙烯酰胺，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和二甲基二烯丙基氯化铵的量可以根据需要灵活调节，从而在合成产物分子结构中引入不同的基团，可望得到具有不同阳离子、阴离子和环氧乙烷、环氧丙烷链长分布及分子量的破乳剂分子。

丙烯酸酯BT-51、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵四元共聚反应方程式如下：

四元共聚反应是自由基反应，由K₂S₂O₄在酸性条件下产生自由基，自由基与双键反应，使含有双键结构的分子变成含有自由基的分子，遇到其他含有双键结构的有机物进行自由基加成反应，达到聚合目的。由于丙烯酸酯BT-51在碱性条件下会发生水解反应，所以聚合反应应避免在碱性条件下进行；酸性过高时也不行，当pH值小于3时，溶液中的H⁺浓度过高，K₂S₂O₄在此条件下与H⁺接触机会大增，发生反应产生自由基的反应过快，对自由基加成反应的链增长不利，分子量难以增大，因此反应溶液pH值应控制在5~6之间为宜。

为了系统研究各组分对所合成BT系列破乳剂破乳脱水性能的影响，采用固定三个反应物配比，改变一个反应物配比的方法，合成一系列破乳剂，在相同的条件下，评价其破乳脱水性能。

实验表明，如果丙烯酸酯BT-51、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵的摩尔比为1:1:1，则丙烯酰胺在破乳剂中的比例达到3～10时破乳效果较佳，比例为7时破乳效果最佳。表1示出了相关的实验数据。

表1丙烯酰胺配比对破乳剂脱水效果的影响

在上述实验的基础上，如果丙烯酸酯BT-51、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的摩尔比为1:7:1不变，则二甲基二烯丙基氯化铵在共聚物中的比例为0.5～7时破乳效果较佳，比例为1时破乳效果最佳。表2示出了相关的实验数据。

表2不同二甲基二烯丙基氯化铵配比脱水结果

在上述实验的基础上，如果丙烯酸酯BT-51、丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵在共聚物中的摩尔比为1:7:1不变，则2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸在共聚物中的比例为1～7时破乳效果较佳，比例为3时破乳效果最佳。表3示出了相关的实验数据。

表3不同2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸配比脱水结果

综上，丙烯酸酯BT-51、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵按摩尔配比为1：3～10：1～7：0.5～7所合成的破乳剂具有较佳的破乳脱水效果，尤其是配比为1:7:3:1合成破乳剂（称之为的BT-73）具有最好的破乳脱水效果，脱水率可达到83.7%，污水含油量低，达到183.2mg/L，乳状液脱水后试样的上层原油水含量降低到7.5%。

反复、大量的实验结果表明BT-73破乳剂在应用于海上油田的复合驱原油采出液时，在脱水率、脱水后原油水含量及脱水后的污水含油量等指标上都很稳定，平均脱水率83.7%，平均脱水后的原油含水量为7.7%，显著优于目前已知的各种工业用破乳剂。另外，本发明的这种破乳剂的应用于海上油田的某些特殊指标，例如脱水后污水含油量（满足环保要求）和“脱水速度”（即短时间内的脱水能力）方面更是有优异的表现，如平均脱水后污水含油量可以低至185.5mg/L，两小时内的脱水率即可达到83.7％。

电场（电脱水）处理特别适用于对超声波处理之后的复合驱原油采出液进行处理，以进一步地脱除复合驱原油采出液中所含的水。将超声波和电场相结合来处理海上油田的复合驱原油采出液既能实现快速、高效的处理，又能达到理想的原油脱水率。

以下再回到图1来描述采用上述设备对复合驱原油采出液，特别是对海上油田复合驱原油采出液进行处理的方法。

该方法大致包括如下步骤：

a）使来自生产井1的复合驱原油采出液（例如，含水约60～70％，温度约30～40℃）经过加热器2加热到一定温度（例如60～70℃）；

c）使复合驱原料采出液进入到超声波处理装置5内；

d）调节超声波功率，使复合驱原油采出液在超声波处理装置5内停留一段时间（例如5－10分钟）进行超声波处理；

e）使经超声波处理后的复合驱原油采出液进入沉降装置6，在其中停留一段时间进行热沉降以脱除大部分水，使含水率降低到25％以下，进而分离出上层的油；以及

f）使来自沉降装置6的复合驱原油采出液进入电脱水装置7，在其中经受电场处理和沉降之后得到含水量小于1％的含水合格的原油，从电脱水装置7的上部排出。

其中，从沉降装置6和电脱水装置7的底部排出的含油污水合并后被送往污水处理装置进行处理。

申请人借助上述的设备和方法进行原油采出液处理的一些研究结果如下。

在一定的超声波频率（例如28KHz）的情况下，随着超声波功率的增加，复合驱原油采出液的脱水速度和脱水率明显升高，但功率再增大则没有明显的变化，能耗与脱水的较佳平衡点是大约126W。

重要的是，超声波强化可以显著缩短复合驱原油采出液的沉降时间。复合驱原油采出液在超声波作用5分钟后热沉降10分钟就可以达到不加超声波情况下热沉降90分钟的效果，因此显著提高了脱水效率。

采用超声波和电场强化处理之后，可以显著减少加入的破乳剂量。

虽然以上结合较佳实施例对本发明的原油采出液的处理设备和方法进行了详细地描述，但本领域的普通技术人员应该可以在文中所述内容的基础上作出各种等同的改动和变型。例如，破乳剂供给装置的构成是可以变化的，并不限于容器和传送泵的形式，等等。因此，本发明的保护范围应由所述权利要求书来限定。

Claims

1.一种用于海上油田的复合驱原油采出液的处理方法，所述复合驱原油采出液是指通过注入由聚合物和表面活性剂组成的二元复合驱油剂而采收到的原油采出液，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

a)使来自生产井(1)的复合驱原油采出液经过加热器(2)加热到一定温度，其中，所述复合驱原油采出液的含水量为60～70％；

b)由破乳剂供给装置(3、4)向加热过的复合驱原油采出液添加破乳剂；

c)使复合驱原油采出液进入到超声波处理装置(5)内；

d)调节超声波功率至126W，使复合驱原油采出液在超声波处理装置(5)内经受超声波处理；

e)使经超声波处理后的复合驱原油采出液进入沉降装置(6)，在其中进行热沉降以脱除大部分水，使含水量降低到25％以下，进而分离出上层的油；以及

f)使来自沉降装置(6)的复合驱原油采出液进入电脱水装置(7)，在其中经受电场处理和沉降之后得到含水量小于1％的含水合格的原油，并将合格的原油从电脱水装置(7)的上部排出，从所述沉降装置(6)和电脱水装置(7)的底部排出含油污水，这些含油污水合并后被送往污水处理装置进行处理，

其中，所述破乳剂是由四个组分共聚合成，第一组分是丙烯酸酯，第二组分选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺中的一种，第三组分选自二甲基二烯丙基氯化铵、二乙基二烯丙基氯化铵中的一种，第四组分是2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。

2.如权利要求1所述的复合驱原油采出液的处理方法，其特征在于，所述破乳剂是由丙烯酸酯、丙烯酰胺，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和二甲基二烯丙基氯化铵组成的四元共聚物。

3.如权利要求2所述的复合驱原油采出液的处理方法，其特征在于，所述丙烯酸酯是在聚环氧乙烷环氧丙烷单丁基醚的基础上通过丙烯酸改性而形成的，所述丙烯酸酯的通式为：

其中，R₁：1～18个碳的烷基

R₂：O或N原子

-C₂H₄O-为环氧乙烷开环后的乙氧基单元

-C₃H₆O-为环氧丙烷开环后的甲基乙氧基单元

m＝20～80

n＝10～40。

4.如权利要求2所述的复合驱原油采出液的处理方法，其特征在于，所述丙烯酸酯、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵按摩尔配比为1：3～10：1～7：0.5～7。

5.如权利要求4所述的复合驱原油采出液的处理方法，其特征在于，所述丙烯酸酯、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵按摩尔配比为1:7:3:1。