低剂量天然气水合物抑制剂对渤海M油气田原油破乳脱水的影响＊

程 艳 黄 泾 李支文 王 玉 郭晓男

（1.中海油能源发展股份有限公司采油技术服务公司； 2.中海石油（中国）有限公司天津分公司）

自1934年Hammersd hmidt在天然气管道中发现堵塞管道的天然气水合物以来，如何抑制水合物的形成就成为油气开采中需要解决的重要问题之一［1－4］。研究和现场应用表明，加注水合物抑制剂是一种经济有效的手段。传统的热力学抑制剂包括甲醇和乙二醇等，在国内外均广泛应用，如JZ20－2、21－1油气田自投产以来就一直采用注入乙二醇与甲醇来防治水合物的生成。然而，热力学抑制剂通常加注量较大，质量浓度约100～500 g/L［5－6］，成本较高。

近年来，随着世界石油勘探业的重点向深海转移，低剂量抑制剂的研究及应用更是发展迅速。例如，EXXON、BP、SHELL等石油公司及科研院所开发了多种抑制剂产品，且有多种工业产品在英国的北海油田与美国的墨西哥湾、德克萨斯等海上和陆上油气田进行试验和现场应用，过冷度达5～10℃，使用质量浓度一般在1～50 g/L，主要产品有聚N－乙烯基己内酰胺（PVCap）、聚N－乙烯基吡咯烷酮（PVP）、聚（N－乙烯基吡咯烷酮/N－乙烯基己内酰胺/N，N－二甲胺甲基丙烯酸乙脂）（VC－713）和聚 N－乙烯基－N－甲基乙酰胺（VIMA）/N－乙烯基己内酰胺（PVCap）等聚合物。与传统热力学抑制剂相比，低剂量抑制剂使用成本可降低50%以上，并可大大减少储存体积和注入容量以及由此产生的大量污水处理问题，使用和维护都很方便［7－8］。

对应于国外知名公司水合物抑制剂产品的应用研究，我国对此类药剂的研究起步较晚，目前的研究重点放在了抑制剂作用机理研究和药剂研发上，对其在油气勘探开发过程中的影响和危害的研究也还不深入。受中海油研究总院委托，中海油能源发展采油技术服务公司承接了低剂量水合物抑制剂的海上配注及处理工艺研究项目，在10～50 g/L的有效抑制质量浓度范围内，系统分析了动力学抑制剂和阻聚剂两大类共6种低剂量水合物抑制剂对渤海M油气田原油破乳脱水的影响，并开展了HY－3和ISP501两种产品在该油气田的应用试验，为低剂量水合物抑制剂的研发和现场应用积累了经验。

1 实验部分

1.1 实验方法

参照SY/T 5281—2000原油破乳剂使用性能检测方法（瓶试法）和Q/HS 2020－2003原油破乳剂质量检测方法。

1.2 实验原料

（1）渤海M油气田原油：取自渤海M油气田海管通球 WHPA的油水混合液，原油物性分析结果为密度848.4 kg/m3，含蜡量13.05%，沥青质含量0.32%，胶质含量4.42%，凝点22℃，粘度（50℃）为4.168 mPa·s。

（2）低剂量水合物抑制剂：ISP501（乙烯基己内酰胺－乙烯基吡烙烷酮共聚物，有效含量20%）；HY－2（乙烯基吡烙烷酮均聚物，有效含量20%）；HY－3（乙烯基吡烙烷酮均聚物，有效含量20%）；HY－4（脂肪醇聚醚，有效含量20%）；HY－5（烷基胺聚醚，有效含量20%）；HY－6（脂肪醇聚醚和烷基酚聚醚混合物，有效含量20%）。

（3）破乳剂：AP－10（脂肪醇聚醚）。

1.3 实验仪器

实验用仪器有TW－12水浴（德国JULABO），25～250μL微量移液器，1、5 mL注射器，自制混合器。

1.4 实验条件

混合方式用自制混合器，手摇50下；试验温度为50℃；破乳剂AP－10加注质量浓度为100 mg/L（以原油总量计），抑制剂加注质量浓度分别为10、30和50 g/L（以含水量计），药剂的加注均是以微量移液器原液加注。

2 结果分析

2.1 动力学抑制剂对原油破乳脱水的影响

实验中考察了3种动力学抑制剂ISP501、HY－2、HY－3对渤海M油气田原油破乳脱水的影响，重点观察一定时间下的脱水率、脱水水色及油水界面，实验结果见表1。

从表1可以看出：当加注质量浓度分别为10、30 g/L时，3种动力学水合物抑制剂对渤海M油气田原油破乳脱水基本没有影响；当动力学水合物抑制剂加注质量浓度增加到50 g/L时，乳化趋势增强，但不影响油水分离速度和水色。分析认为：由于这3种动力学抑制剂均为高分子聚合物，水溶性较强，在油水混合体系中几乎全部进入水体中，但也会有少量分布在油水界面上，且随着抑制剂加注质量浓度的增加，药剂对原油有一定的乳化作用。

2.2 阻聚剂对原油破乳脱水的影响

实验中考察了3种阻聚剂 HY－4、HY－5、HY－6对渤海M油气田原油破乳脱水的影响，实验结果见表2。

表1 动力学抑制剂对渤海M油气田原油破乳脱水的影响实验结果（含水率5%）

表2 阻聚剂对渤海M油气田原油破乳脱水的影响实验结果（含水率5%）

从表2可以看出，3种不同阻聚剂对渤海M油气田原油破乳脱水影响不同：HY－4对原油破乳脱水基本没有影响；HY－6严重影响到原油的油水分离，随着加注质量浓度的增加，油水乳化的趋势加重；HY－5则使得原油在油水分离过程中产生大量的絮状物。分析认为：这3种阻聚剂虽均为聚醚类产品，但存在分子结构差异。其中，HY－6有弱亲油性，有一定表面活性，对油水有乳化作用；HY－4为直链型结构，几乎无亲油性，表面活性较差，乳化能力弱；HY－5为支链型结构，具有中等亲油性，具有一定的破乳作用，但同时在原油和水中的分散性均不足，相当部分进入水相形成絮体。

2.3 破乳剂与水合物抑制剂的复配使用

实验将破乳剂AP－10与6种抑制剂分别配合使用，观察渤海M 油气田原油的破乳脱水效果，实验结果见表3。

表3 破乳剂与水合物抑制剂复配使用对渤海M油气田原油破乳脱水的影响实验结果（含水率5%）

从表3可以看出：破乳剂AP－10和3种动力学抑制剂具有很好的配伍性，能很好地消除动力学抑制剂对油水分离过程中油水界面的影响，但不能消除阻聚剂HY－5和HY－6对渤海 M油气田原油破乳脱水的影响。

此外，实验中还考察了6种抑制剂在2%、5%和10%含水率条件下对渤海M油气田原油破乳脱水的影响。实验结果表明：在低含水率（2%）和高含水率（10%）条件下抑制剂对原油破乳脱水的影响结果与中含水率（5%）条件下一致。

3 现场试验

2010年11月至2011年1月，在渤海M油气田φ203.2 mm 14.3 km油气水多相流海管中进行了动力学水合物抑制剂ISP501和HY－3的现场试验。试验期间，维持甲醇质量浓度700 mg/L和动力学抑制剂（ISP501或HY－3）质量浓度20 g/L（此质量浓度选取综合了本文实验、THF法测试、蓝宝石釜模拟测试及循环管路试验结果），对该油气田的油水处理系统没有产生负面影响，原油处理合格，外排污水处理达标。

4 结论

（1）动力学抑制剂对渤海M油气田原油的油水分离基本没有影响，而对油水界面有影响，且影响程度随着动力学抑制剂的增加而增加。

（2）阻聚剂对渤海M油气田原油油水分离的影响程度与阻聚剂分子结构类型有关，不同的分子结构类型对油水分离的影响不同。

（3）破乳剂AP－10与3种动力学抑制剂具有很好的配伍性，能很好地消除动力学抑制剂对渤海M油气田原油油水分离过程中油水界面的影响，但不能消除HY－5和HY－6两种阻聚剂对该油气田原油破乳脱水的影响。

（4）现场试验结果表明，ISP501和 HY－3两种动力学抑制剂对渤海M油气田的油水处理系统未产生负面影响，原油处理合格，外排污水处理达标。

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