大慶油田有限責任公司

為了便于聚合物溶解，油田驅油采用干粉態(tài)聚丙烯酰胺，但從聚合物膠體加工成為干粉需要干燥蒸發(fā)近60%的水分，這一過程會產生巨大能耗，增加生產成本[1-6]，并限制了產能。為降低生產聚丙烯酰胺干粉的能耗及采購成本，提高生產線的產能，有必要進行油田現場直接應用膠體態(tài)聚合物驅油的可行性研究[7-9]。

1 現場直接應用需要解決的問題

膠體態(tài)聚合物的直接應用在國內外油田聚合物驅油技術中尚無先例，本文通過室內實驗證明膠體經過再造粒后能夠溶解，但要實現現場直接應用需要解決以下四方面難題。

1.1 粒徑的合理尺寸

研磨造粒是膠體態(tài)聚合物現場應用的核心工藝。造粒工藝采取篩網式研磨，刀頭將膠體態(tài)聚合物擠壓至篩網，通過控制篩網孔的尺寸，調節(jié)生產出的膠粒大小。

膠粒的大小決定造粒設備的產能，膠粒越大，產能越高。另一方面，溶解速度決定了膠粒不能過大，膠粒越大，溶解速度越慢，會造成后端建設溶解罐的容積和數量過大。

1.2 揮發(fā)氨氣的處理

生產聚合物時，聚丙烯酰胺與氫氧化鈉發(fā)生水解反應產生氨氣，干粉經過干燥后，大部分氨氣快速釋放，而膠體中的氨氣則需要緩慢釋放，因此，膠體在裝卸、造粒和溶解過程中均釋放出NH3，刺激性氣味較大。氨氣產生的化學方程式見圖1。

圖1 氨氣產生的化學方程式Fig.1 Chemical equation for ammonia production

1.3 膠體的計量方式

現有的配制站干粉是粉末狀，配制時采用的計量方式為瞬時配比法，即：采用螺旋下料器控制下料速度，用水泵控制水量，只要二者的瞬時配比滿足配制方案的要求濃度，即可達到方案要求。膠體研磨成膠粒后有較大黏性，容易粘連成塊，導致與水的瞬時混合不均勻，因此，現有的計量方式無法滿足瞬時配比要求。

1.4 現有工藝導致膠粒再次粘結成塊

膠體態(tài)聚合物呈膠團狀，含有油狀物和較多的水分。由于漏斗坡度及風機吸入能力等問題，研磨成粒后下落至漏斗倉的膠粒堆積在漏斗倉內及風機前部管內，再次形成大塊膠團，導致風機進口管堵塞無法風送，且風送后膠團在溶解罐內無法溶解，形成較大粘團，堵塞在后端粗精過濾器內。如果粘團沖破過濾器濾袋，到下游注入站被注進地層，就會造成地層堵塞，影響開發(fā)效果。

2 現場試驗

2.1 合理粒徑的選擇

造粒系統(tǒng)是實現膠體現場應用的核心系統(tǒng)，它既要滿足粒徑要求，還要保證能夠連續(xù)運行?，F場安裝測試了5種造粒設備，最終采用旋刀切削篩板擠壓式造粒工藝設備，實現了現場連續(xù)造粒。通過室內模擬以及現場試驗，用篩網篩取1～5 mm 粒徑膠粒，采用現場污水配制5 000 mg/L聚合物膠體溶液，檢測不同粒徑所需的溶解時間及水中不溶物。

從實驗結果（圖2）可知，粒徑大小影響溶解速度和效果。當粒徑在3 mm 以下時，其溶解效果和所需時間與干粉相近[10]。

圖2 粒徑對溶解時間的影響Fig.2 Influence of particle size on dissolution time

2.2 采取噴淋系統(tǒng)解決氨氣吸收問題

利用氨氣溶于污水的特點，采用白鋼水槽氨氣吸收塔，使膠粒與塔內噴淋裝置落下的水接觸，吸收溶解過程中產生的氨氣。針對上料傳輸過程中的氨氣釋放，全程采用密閉控制。同時在各節(jié)點設置氨氣報警裝置，全程監(jiān)測氨氣泄漏。采用大料箱和氨氣吸收塔強制排風系統(tǒng)，增設墻壁軸流風機，排出因吸收入不充分而釋放出的氨氣。

2.3 采取稱重計量方式實現濃度精度可控

控制水料配比是母液配制精度的關鍵，在大料箱和造粒機之間增加具有稱重功能的小料箱，編寫進料計算公式并寫入控制系統(tǒng)，精確控制膠體進料量，通過自控系統(tǒng)及時調整配比參數以控制膠體母液配制精度。進料公式為

式中：L為罐底液量，L；A為進膠體量，kg；S為固含量，%；C為罐底濃度，mg/L。

通過現場檢測熟化罐、外輸泵、儲罐母液濃度誤差控制在±5%之內，熟化罐母液黏度650 mg/L左右（表1），與干粉母液黏度基本相當。

表1 母液濃黏度化驗檢測值Tab.1 Test value of mother liquor concentration and viscosity

2.4 優(yōu)化工藝，減少膠粒二次粘連

因場地對初期設備的限制，無法進行大幅度工藝改造，在造粒后風送至溶解罐過程中，當造粒速度與風送速度不匹配時，會導致膠粒二次膠結，影響溶解質量。通過室內實驗，對工藝進行了優(yōu)化，在研磨裝置下端設置溶解罐，研磨造粒后的顆粒直接進入溶解罐攪拌溶解，避免堆積后再次形成大的膠塊，這樣可避免風送環(huán)節(jié)中膠粒二次結團，提高溶解質量。

3 經濟效益

現場試驗連續(xù)進行196天，系統(tǒng)運行時率達到99.7%。試驗共配制聚合物膠體1 764.93 t，外輸母液10.8×104km3，實現了聚合物膠體連續(xù)注入。

此項技術的應用節(jié)約了聚丙烯酰胺生產企業(yè)的成本，下游應用企業(yè)的配制成本略有增加。其中：節(jié)約了煉化公司在生產環(huán)節(jié)的各項費用共計755元/t，應用單位的配制成本增加了約200 元/t，綜合評價，使用膠體態(tài)聚合物比聚合物干粉每噸可節(jié)省費用555元。

4 結論

膠體態(tài)聚合物在現場直接配制溶解可行，配制過程中影響溶液均一性的關鍵環(huán)節(jié)主要是膠體粒徑大小和如何避免造粒后再堆積；對膠體態(tài)聚合物在現場直接配制進行綜合評價，其經濟效益優(yōu)于使用聚合物干粉。