新疆油田SAGD循环预热采出液处理

孙森 李 龙 李 甫 陈 贤 史建英

1中国石油新疆油田分公司风城油田作业区2中国石油新疆油田分公司安全环保处3中国石油新疆油田分公司采油一厂

新疆油田SAGD循环预热采出液处理

孙森1李 龙2李 甫3陈 贤1史建英3

1中国石油新疆油田分公司风城油田作业区2中国石油新疆油田分公司安全环保处3中国石油新疆油田分公司采油一厂

SAGD循环预热采出液具有温度高、携砂量大、油水乳化严重、乳化类型复杂，循环液中含有大量的带负电的微小泥质颗粒，使得SAGD采出液产生静电排斥稳定结构的双重稳定的特性，常规处理工艺和药剂体系很难将原油和污水处理达标。采用复合净水剂除油+微混凝处理工艺对循环预热采出液进行处理，同时使用热化学沉降处理老化油，在沉降72 h后，出水含油、悬浮物均稳定在200 mg/L以内。现场试验总体效果较好，在不需要调整现有工艺的条件下，基本能够满足现阶段循环液处理要求。

风城油田；超稠油；SAGD；循环预热采出液；复合净水剂；油水处理

蒸汽辅助重力泄油技术（Steam Assisted Gravity Drainage，简称SAGD）是国际上开发超稠油的一项前沿技术，也是新疆风城油田超稠油开发使用的主体技术。到2022年，风城超稠油产量将达到291×104t/a[1]。随着油田的开发和SAGD技术的应用，SAGD循环预热采出液已占处理站来液量10%。由于循环预热采出液物性复杂，常规油水处理工艺难度较大，成本较高。因此，针对SAGD循环预热采出液的处理技术研究显得迫在眉睫。

表1 SAGD循环液基本物性

1 基本物性

1.1 采出液温度高、黏度大

将SAGD循环液分为循环前期、循环中后期和正常采油期三个阶段，各阶段采出液的原油物性见表1。由表1可以看出，在室温条件下，SAGD试验区50℃原油黏度为67 840～91 600 mPa·s，平均79 370 mPa·s；原油黏温反应敏感，温度每升高10℃，黏度降低50%～70%，90℃时原油黏度在2 000 mPa·s以上，密度在0.93 g/cm3左右。

1.2 泥砂含量高

风城油田SAGD井区油藏为辫状河沉积，明显区别于加拿大的海相沉积或较厚层的三角洲沉积，油藏泥砂含量高。SAGD在整个循环期采出液井口温度为160～180℃，最高可达到220℃，同时伴随着大量蒸汽。采出液携砂粒径小，尤其是循环预热前期，取样纸杯壁上均有非常明显的泥砂沉积。此外，大量带负电的黏土颗粒成分充当乳化剂作用，增加循环液处理难度。

1.3 稳定性极强

SAGD循环液以水为连续相，流动性好、含砂多、含油少，外观为不透明黑棕色液体（加拿大俗称咖啡奶）。采出液稳定性极强，样品室温静置7天无明显变化。各个阶段的采出液常温下依然具有良好的流动性。少量的原油以几乎完全乳化的形式高度分散于水相中，高度分散的原油在高温下具有极大的表面张力，使得粘在纸杯壁上的原油呈现分散的球形。

1.4 乳状液复杂

SAGD采出液经水稀释法和滤纸润湿法观察后，粗略判断SAGD采出液三个阶段均是以水为连续相的体系。通过光学显微镜证实SAGD采出液是以O/W型为主的乳液，分散相分布均匀，部分分散相相互聚结液滴中含有水相，形成W/O/W型复合乳液，见图1。

图1SAGD采出液循环前期光学显微镜示意

SAGD循环预热采出液油珠粒径主要分布在0.4～1 μm及30～40 μm，其中直径小于1 μm的达50%。循环液前期粒度分布见图2所示。Zeta电位显示，循环液中含有大量的带负电的微小砂质颗粒，使得SAGD采出乳液形成“Stern模型”的扩散双电层，产生静电排斥稳定结构。这种结构使SAGD循环采出液具有胶体稳定和乳液稳定的双重特性，并且胶体稳定是主要因素。不同循环周期采出液Zeta电位见表2。

图2 循环液前期粒度分布

表2 不同循环周期采出液的Zeta电位

由于采出液的双重稳定特性，常规的正相、反相破乳剂及预脱水药剂均不能达到预期的处理目的，油水分离难度很大。把SAGD循环采出液作为污水处理，含油量、悬浮物含量过高，而采用常规正相破乳剂原油脱水处理基本无效果。

2 室内试验

由于SAGD循环预热采出液泥砂含量高、胶质沥青质含量高、温度高、乳化类型复杂、稳定性极强等特点，采用常规的大罐热化学沉降工艺无法正常脱水，脱出污水含油量增大，室内试验正相破乳剂、反相破乳剂加药量达到800 mg/L。现场造成净化油沉降时间延长，药剂加药量大，污水处理成本升高，老化油处理困难、热能利用率低等问题[2-3]。

针对上述问题，拟采用复合净水剂除油+微混凝处理工艺对循环预热采出液进行处理，同时使用热化学沉降处理老化油，即对SAGD循环预热采出液换热后，将SAGD循环预热采出液中投加复合净水剂，除去污水中含油和黏土物质，将浮油当作老化油，采用热化学沉降方法处理，再进行微混凝反应净化污水，从而实现高效处理SAGD循环预热采出液。

2.1 复合净水剂筛选

针对SAGD循环预热采出液的特性，开展了复合净水剂的研究。室内合成一种高效复合净水剂[4-5]，并在不同工况下对SAGD循环预热采出液进行脱水试验，结果见表3。

表3 不同工况下SAGD采出液脱水试验结果

由表3可以看出，SAGD循环预热采出液直接加正、反相破乳剂、预处理剂脱水时，污水含油量较高。但当采用复合净水剂后，除油效果较好，可大幅降低污水处理难度。

复合净水剂加药浓度与反应时间确定见图3。由图3可以看出，复合净水剂反应时间较快，SAGD循环预热采出液在加药量为500 mg/L时，在15 min内循环液就可达到污水含油量小于200 mg/L的指标要求。考虑到工业化试验的因素，初步确定复合净水剂在SAGD循环预热采出液中反应时间要大于30 min。

2.2 脱水试验

将SAGD循环液浮油当作老化油处理，采用热化学沉降方法，使用特一联老化油破乳剂为实验药剂，加药量为2 000 mg/L，试验温度为95℃。SAGD循环液脱水试验结果见表4。

表4的试验结果表明，虽然SAGD循环液老化油脱出水含油、悬浮物较高，但在加入老化油破乳剂后，SAGD循环预热采出液老化油在72 h内脱水效果可以达到净化原油交油指标。

图3 复合净水剂加药浓度与反应时间确定

表4 SAGD循环液老化油脱水试验

3 循环液现场处理

现场利用沉降池作为SAGD循环预热采出液的冷却装置、沉降装置，实际处理循环液温度为70～90℃，处理量约1 500～2 500 m3/d，循环液现场处理试验工艺流程见图4。现场取样结果表明，复合净水剂除油效果明显，出水含油、悬浮物均稳定在200 mg/L以内，达到循环液处理指标要求，采出液处理效果见图5。因此，采用复合净水剂除油+微混凝处理工艺进行循环液处理基本能够满足现阶段循环液处理要求。

图4 循环液现场处理试验工艺流程

图5 采出液处理效果

4 结论

（1）SAGD循环预热采出液具有温度高、携砂量大、油水乳化严重、乳化类型复杂，循环液中含有大量的带负电的微小泥质颗粒，使得SAGD采出液产生静电排斥稳定结构的双重稳定的特性，常规处理工艺和药剂体系很难将原油和污水处理达标。

（2）室内合成的高效复合净水剂在加药浓度500mg/L、作用30min后，污水除油率可达92%以上。

（3）采用复合净水剂除油+微混凝处理工艺对循环预热采出液进行处理，同时使用热化学沉降处理老化油，在沉降72 h后，出水含油、悬浮物均稳定在200 mg/L以内。现场试验总体效果较好，在不需要调整现有工艺的条件下，基本能够满足现阶段循环液处理要求。

[1]赵武生，罗东坤，张俊．克拉玛依油田风城超稠油资源规模开发构想[J]．新疆石油地质，2009，30（6）：778-780.

[2]骆伟，孙国成，达吾力，等．新疆风城油田超稠油SAGD开发地面配套技术探讨[J]．新疆石油天然气，2010，6（4）：76-80.

[3]李刚，张春凡．辽河油田稠油蒸汽驱和SAGD集输与处理工艺技术[J]．石油规划设计，2013，24（1）：16-18.

[4]王明宪．阳离子表面活性剂对含油污水的破乳试验[J]．油气田地面工程，1994，13（2）：33-35.

[5]W.Sanyi，A.Eric，C.Robert，et al．Application of a Reverse-Emulsion-Breaker at a SAGD Pilot Plant in Northern Alberta[C]．SPE 86932，2004．

（栏目主持张秀丽）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.015