聚合物管道在线溶解试验装置设计及研发

吕晓华，刘 正，王中奇，杨力生，李二晓

（河南正佳能源环保股份有限公司，河南 新郑451100）

聚合物驱油技术是提高原油采收率的重要措施。针对海上油田高盐、高矿化度油藏与海洋环境的双重影响，河南正佳能源环保股份有限公司研制出海水速溶聚合物ZJ-SR。通过对普通HPAM 分子改性，赋予微嵌段结构，改善其耐盐及溶解性能，在5×104mg·L-1的模拟海水中30min 内完全溶解，粘度保留率达到85%以上。为验证海水速溶聚合物ZJ-SR适用于海上平台直接配注，专门设计建造了1000m DN70 不锈钢管道在线流动溶解试验装置。

1 设计研制聚合物管道在线溶解试验装置

1.1 聚合物管道在线溶解试验装置设计思路

参考陆上油田和海上油田聚合物混配装置及注聚工艺流程，设计建造了1000m 聚合物管道在线溶解试验装置。选用氮气密封水力喷射式聚合物干粉分散装置，最大幅度降低溶解氧含量对聚合物性能的影响；结合海上油田配注条件，提出省略聚合物熟化罐设想；采用1000m 长距离循环管道系统，模拟研究和验证海水速溶聚合物在注聚管道流动过程中的在线溶解性能；实现海上平台注聚管道在线快速溶解聚合物的目标。

1.2 聚合物管道在线溶解试验装置组成

聚合物管道在线溶解试验装置主要由：氮封密闭聚合物干粉分散及母液配制系统、聚合物母液稀释系统、1000m DN70 不锈钢循环管道模拟在线流动溶解系统组成（流程装置见图1）。

图1 1000m 循环管道在线溶解装置示意图Fig.1 Schematic diagram of online dissolving device for 1000m circulating pipeline

1.2.1 氮封密闭水力喷射式聚合物干粉分散及母液配制系统 氮封密闭水力喷射式聚合物干粉分散系统是根据油田三次采油注聚合物需要设计[1]。在配制聚合物母液过程中，采用氮气密封式超高负压水射流式分散装置，通过N2密封完全隔离O2，并应用超高负压水力喷射原理，使得配制过程中水流速度与干粉流速精确匹配，达到在射流器中高速水流与粉流完全打碎溶解，形成均匀的聚合物母液，不会产生“鱼眼”及“粘团”现象。经水射流器喷射与聚合物干粉分散的反复实验，控制聚合物配液速度在（1.0～5.0）m3·h-1能保证配制聚合物母液浓度（4000～15000）mg·L-1均匀分散。聚合物母液配制系统包括：5m3储水罐、11kW 变频离心水泵（Qw=30m3·h-1+电磁流量计）、氮封密闭的聚合物干粉仓0.4m3、震动器和0.37kW 螺旋喂料器、文丘里氮气密闭漏斗、旋风分离器及射流器、DN40 进水管线、1m3母液溶解罐（配4kW 螺杆泵）、DN65 出液口管线、PLC 自动控制系统[2]。

1.2.2 聚合物母液稀释系统 聚合物母液稀释系统构成：由聚合物母液注聚泵，排量30m3·h-1，泵入口管线直径DN65，泵出口管线直径DN40，母液电磁流量计，供水管线DN50、离心供水泵排量（Qw=30m3·h-1+电磁流量计）、智能混配控制器、电磁调节阀、静混器组成。通过聚合物母液稀释自动控制系统，可将浓度（4000～15000）mg·L-1的聚合物母液，精确稀释到设计目标注入浓度。

1.2.3 循环管道聚合物在线溶解系统 聚合物在线溶解循环管道设计总长度1000m，为DN70 316L 不锈钢圆管（外径7.6cm，内径7.0cm），分3 层排布，连接一台低剪切螺杆泵，设计排量30m3·h-1，入口管线DN40，出口管线DN70 和一个0.5m3的缓冲罐、电磁流量计、四通阀等组成闭合循环回路，其出口直接排入废液罐。循环管道均匀分布4 个取样口及压力监测点，通过远程PLC 自动控制器，自动监测和定时录取不同测压点的压力。

2 研发海水速溶聚合物ZJ-SR 性能评价

2.1 ZJ-SR 海水速溶聚合物基本质量性能评价

海水速溶聚合物基本质量性能依据国家标准GB/T12005-89[3]、行业标准SY/T5862-2008 进行评价。ZJ-SR 基本质量性能见表1，其中溶解速度≤30min，比普通聚合物溶解速度≤120min 的技术要求大幅提高，可以省略聚合物熟化过程，满足海上油田在平台注聚管线配注要求。同时在工业化生产过程中，通过控制聚合单体比例、反应过程及水解剂用量等，可以生产水解度10%～30%，分子量（1500～3200）×104的海水速溶聚合物系列产品，满足不同油藏需要。

表1 海水速溶聚合物ZJ-SR 基本质量性能评价Tab.1 Evaluation of basic quality and performance of seawater instant polymer ZJ-SR

2.2 ZJ-SR 海水速溶聚合物抗盐及溶解性评价

实验采用矿化度362mg·L-1的清水和5×104mg·L-1的模拟海水分别配制1500mg·L-1的ZJ-SR 聚合物溶液进行粘度及不溶物检测。表2 评价结果表明，24min 后清水及模拟盐水配制聚合物溶液粘度及不溶物趋于稳定，30min 内完全溶解。矿化度5×104mg·L-1模拟盐水配制的1500mg·L-1聚合物粘度27.1mPa·s，粘度保留率达到85%以上。说明ZJ-SR 聚合物具有快速溶解和较好的抗盐性能。

表2 聚合物ZJ-SR 溶解性评价Tab.2 Evaluation of the solubility of polymer ZJ-SR

2.3 ZJ-SR 海水速溶聚合物岩心驱油效率评价

实验针对海上油田目标区块渗透率0.516μm2，总矿化度39230mg·L-1，65℃油藏，开展岩心驱油效率评价。表3 评价结果表明，1500mg·L-1速溶聚合物ZJ-SR 岩心驱油效率提高采收率17.26%，表现出好的驱油能力。

表3 岩心驱油效率评价结果Tab.3 Evaluation results of core flooding efficiency

3 管道在线溶解试验装置测试实验

采用自主建造的1000m 管道在线溶解试验装置开展海水速溶聚合物ZJ-SR 在线溶解实验，每6min 在4 个取样口同时取样，进行粘度、不溶物检测。管道实验1：管道流速1.5m·s-1，采用5×104mg·L-1模拟盐水在线配制8000mg·L-1聚合物母液，稀释至1500mg·L-1；管道实验2：管道流速3.0m·s-1，采用5×104mg·L-1模拟盐水在线配制15000mg·L-1的聚合物母液，稀释至2500mg·L-1。

表4 聚合物ZJ-SR 管道在线溶解实验Tab.4 Online dissolution experiment of polymer ZJ-SR pipeline

表4 两组实验表明，注聚管道中聚合物在线流动状态和溶液稳定性较好，稀释的1500、2500mg·L-1聚合物溶液溶解均匀，无“胶团、鱼眼”。相同条件下管道试验聚合物溶液粘度、不溶物与表2 室内实验评价结果一致。说明研制的聚合物管道在线溶解试验装置稳定可靠，ZJ-SR 在循环管道中能够实现30min 内快速溶解。

4 结论

自主设计建造的1000m 管道模拟聚合物在线溶解试验装置聚合物干粉分散均匀，可配制无氧聚合物母液，母液稀释系统浓度配比精准，自动化程度高，能够有效模拟油田矿场配注聚合物过程。为研究和验证海水速溶聚合物ZJ-SR 在注聚管道中快速溶解特性提供了技术支撑，为海上油田实现海上平台直接配注聚合物提供了一种好的驱油产品。