鲁克沁泡沫稠油消泡方法研究

魏 勇，邓昌联，肖 毓，李晶晶，唐晓东

（1.吐哈油田勘探开发研究院开发项目部，新疆 吐鲁番 838202；2.西南石油大学化学化工学院，四川 成都 610500）

鲁克沁稠油油田，采用减氧空气泡沫驱技术采油，提高采收率效果显著。但在泡沫驱油过程中，由于储层的非均质性和稠油的高黏度，导致泡沫驱油时气体突破时间快、压力波动大和生产井中产气量变化大，最后泡沫和稠油互作用生成泡沫油[1-2]。泡沫油的生成能够提高采收率[2-5]。但是，生产井采出泡沫油流对后续稠油的处理、储运会带来一些不利因素。鲁克沁采油厂在生产过程中，曾出现釆出液发泡严重，产液混合到阀组却无法脱水，甚至出现三相分离器消泡不完全，泡沫冲釜，夹带釆出油进入污油池等情况，从而带来经济损失和安全隐患。因此，研究泡沫稠油消泡的方法，对稠油安全生产具有重大意义。

1 实验部分

1.1 实验仪器及药品

鲁克沁稠油，黏度50 mPa·s（50℃）；鲁克沁地层矿化水（矿化度8×104mg/L）；发泡剂（有效浓度37%）；DC 消泡剂（有机硅聚合物）；SOC 消泡剂（聚醚型）；硅油消泡剂。HH-2 型数显电子恒温水浴锅；FA25 型乳化机；NDJ-8SB型黏度计；0.01MPa/SHZ-D(III) 型真空泵；DMLB2 型显微镜；万分之一精度天平；40kHz/KH-100E 型超声仪。

1.2 实验方法

1.2.1 制备泡沫油

将矿化水加入发泡剂配置成有效浓度为0.35%的发泡液。取100mL 高型烧杯加入30g 发泡液和30g 稠油混合，并在一定温度下水浴恒温30min。保温后采用乳化机搅拌发泡2min，使稠油与空气、发泡液充分接触，形成乳化泡沫油。

1.2.2 泡沫油消泡

将制备得到的泡沫油在不同条件下进行恒温水浴，每5min 记录一次泡沫体积Vi（mL）。待气泡完全消除记下最终体积即V0（mL），计算泡沫体积膨胀率α=(Vi-V0)/V0。

2 结果与分析

2.1 加热消泡

在不同温度保温后对油样进行发泡，发泡完成后继续在对应温度进行保温，观察不同温度对鲁克沁泡沫油消泡的影响，结果如图1 所示。

图1 同温度对泡沫体积膨胀率α 的影响

从图1 看出，随着温度升高，消泡时间大大缩短，30℃消泡时间为200min，50℃消泡时间为160min，70℃消泡时间缩短至120min。这是因为：随着温度上升，气泡上浮和聚集随之加速，Ostwald 熟化速率也相应增加[6]；同时温度上升后稠油中的胶质和沥青质的黏度下降，也导致泡沫油稳定性下降[6-7]。实验证明，温度升高有利于泡沫油形成，但泡沫油的稳定性下降。目前，现场进行消泡操作时三相分离器内的油：气：水为3∶2∶1，操作温度为35℃，停留时间为1h，分离效果较差，需要做出优化。因此，综合考虑加热消泡的能耗，选择加热消泡的温度为50℃。

2.2 加热-超声波消泡与加热-负压消泡

2.2.1 加热-超声波消泡

在30℃和50℃分别制备泡沫油并计算泡沫体积膨胀率α，在不同温度下置于40kHz 的超声波中进行消泡。结果见图2 所示。

图2 加热和加热-超声波震荡（40kHz）对泡沫体积膨胀率α 的影响

由图2 可知，与30℃和50℃加热消泡比较，加热-超声波震荡消泡时间均缩短了110min，消泡速率分别提高了55 和67.5%。这是因为，超声波通过器械震动使泡沫油中胶质、沥青质等交替碰撞聚沉，降低液膜强度，空化效应会破坏液膜结构，而且超声波具有局部热效应，能降低液膜黏度和导致泡沫热膨胀，促进排液消泡[8-9]。显然，超声波辅助泡沫油加热消泡，能够明显提高消泡速率，结合前述温度选择，加热-超声波消泡选择50℃-超声波消泡条件即可。

2.2.2 加热-负压消泡

在50℃利用真空泵调节不同负压值条件下进行发泡和消泡实验，同时计算泡沫体积膨胀率α。结果如图3 所示。

图3 50℃下不同真空度对泡沫油体积膨胀率α 的影响

由图3 可知，随着真空度增大，泡沫油的消泡时间从160min 减少到50min。这是因为：随着真空度上升，泡沫油中的气体大量析出并聚集成连续相，克服稠油阻力，迅速上升到气液相界面析出；同时，系统负压降低气-液表面张力，加热则降低稠油黏度，从而使稠油消泡[10]。提高泡沫油温度，增大系统真空度，能够有效消泡。因此，选择泡沫油加热-负压消泡条件为50℃-0.04MPa 即可。

2.3 化学消泡

实验选择的消泡剂为DC 消泡剂、硅油消泡剂和SOC 消泡剂。其中SOC 是聚醚型消泡剂，DC 和硅油是有机硅聚合物消泡剂。将不同浓度的三种消泡剂与原油、水混合后进行发泡，同时进行空白组发泡。比较消泡剂对发泡后的泡沫油体积影响，并计算消泡剂的抑泡效率N。计算公式为：

N=(V-Vi)/(V-V0)×100%

式中：N 为抑泡效率，%；V 为空白试验测得的带泡原油体积，mL；Vi为加入消泡剂测得的带泡原油体积，mL；V0为气泡完全消除后的原油体积，mL。结果见图4 所示。

图4 加药量对抑泡效率的影响

从图4 看出，DC 消泡剂的抑泡效率最高，10mg/kg 浓度抑泡效率达62%，质量浓度为200mg/kg 时抑泡效率提升至79%。这是因为：在消泡剂加入泡沫体系后，其分子抑制形成弹性膜发泡，并入侵原取代泡沫液壁，从而降低泡沫表面张力，减薄液膜使其破泡，不溶于泡沫体系的消泡剂再重新进入另一个泡沫膜的表面重复这一过程，直到消泡完成[11-12]。化学消泡相较于其他物理消泡方法引入了杂质，在满足消泡能力的同时消泡剂的用量应尽可能低，因此选择化学消泡剂为DC 消泡剂即可。

DC 消泡剂不同加药量所对应的消泡时间如图5 所示。

图5 DC 消泡剂的加入量对消泡时间的影响

从图5 看出，加入DC 消泡剂后，消泡时间迅速降低，在加入量达到100mg/kg 后，消泡时间降低至55min，能够满足消泡需求。因此选择DC 消泡剂的质量浓度为100mg/kg 即可。

2.4 现场应用

实验证实三种消泡方法均能满足现场需求，但各有优缺点。根据现场调研情况，在现有气液分离器上加装负压系统较为经济合理。由此提出的改造方案为：在气液分离罐上加装真空泵抽负压进行消泡，将消泡后的油接入三相分离器进一步分离气相、水相和油相（如图6 虚框内所示）。消泡工艺流程见图6 所示。

图6 采出液处理工艺优化

3 结论

1）加热消泡：70℃消泡时间为120min，不满足三相分离器停留时间。继续升高温度能够加快消泡速率，但能耗增大，经济性较低。

2）加热-超声波消泡：在一定频率下，随着温度的升高，消泡速率加快。优选操作条件为50℃-40kHz 超声波消泡。

3）加热-负压消泡：温度一定时，真空度越大，泡沫消除速度越快。优选操作条件为50℃-0.04MPa 真空度消泡。

4）化学消泡：加入消泡剂量越大，抑泡效率和消泡速率越佳优选消泡剂为DC 消泡剂（有机硅聚合物），质量浓度为100mg/kg 时，消泡时间降低至55min。但低浓度DC 消泡剂加入泡沫稠油后难以分离，可能对稠油后续处理造成影响。

5）考虑装置改造成本和操作、能耗等因素，推荐现场装置进行负压操作改造并设计了改造工艺流程。