孟凡 王楠 劉瑞 付森

摘要：本文針對(duì)含水稠油的物性、組成特點(diǎn)，將破乳、乳化降粘機(jī)理與改性化學(xué)降粘機(jī)理結(jié)合，將合成的聚異丁烯改性共聚物與聚醚改性表面活性劑進(jìn)行優(yōu)化，得到適用于開采中期的含水稠油的復(fù)合型降粘劑。避免了單純?nèi)榛嫡硶r(shí)采出液脫水、脫后污水處理難度大的問(wèn)題并減少了乳化降粘必需的配藥、摻水、乳化工藝；效果明顯優(yōu)于單純的破乳降粘率，基本達(dá)到了乳化降粘時(shí)的效果,具有效果明顯，使用工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞含水稠油 降粘劑

Abstract in this paper the properties of aqueous oil, composition characteristics, the demulsification, emulsifying and viscosity reducing mechanism and modification of chemical viscosity reduction mechanism of binding, will of polyisobutylene copolymers modified with polyether modified surface active agent optimization, has been applied in the exploitation of medium moisture composite viscosity reducer for heavy oil. To avoid simple emulsification viscosity reduction when the produced liquid dehydration, dehydration after sewage treatment problems and reduce the emulsification viscosity reduction required dispensing, water, emulsification technology; effect is obviously superior to the single emulsification viscosity reduction rate, reached the emulsification viscosity reduction when the effect, has obvious effect, the use of simple process characteristics.

Key words: water viscosity reducer for heavy oil

中圖分類號(hào)：TQ436文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 前言

隨著世界能源需求量不斷增加以及原油開采技術(shù)的不斷提高，稠油等劣質(zhì)原油產(chǎn)量呈穩(wěn)步上升趨勢(shì)。據(jù)權(quán)威統(tǒng)計(jì)，目前世界范圍內(nèi)，剩余可采儲(chǔ)量中約70%為稠油（含超稠油），在我國(guó)稠油的產(chǎn)量占原油總產(chǎn)量的15%左右。

稠油在開采、集輸過(guò)程中需要解決的主要問(wèn)題是原油粘度大的問(wèn)題。原油粘度大會(huì)造成原油在地層中流動(dòng)困難，油井供液不足，直接影響了原油產(chǎn)量；在井筒和集輸過(guò)程中，造成管線回壓高，能耗高。

目前，比較成熟的稠油降粘方法包括以下幾種[1]：

加熱降粘：利用稠油粘溫特性，通過(guò)高稠油溫度，降低粘度，適用于任何稠油。

乳化降粘：對(duì)于不含水稠油，可采用添加乳化劑水溶液的方法，使稠油變成W/O乳狀液，達(dá)到降粘的目的。優(yōu)點(diǎn)是降粘效果明顯，降粘率可達(dá)到99%以上；缺點(diǎn)是使用工藝比較復(fù)雜，采出液處理難度增加。

破乳降粘：適用于含水油。通過(guò)將W/O乳狀液破乳轉(zhuǎn)相，達(dá)到降低粘度的目的，而且隨著含水率的上升，降粘效果提高。雖然使用工藝簡(jiǎn)單，但由于無(wú)法形成O/W型的乳狀液形式，因此，在集輸管線中會(huì)形成不含水稠油的段塞，使管線回壓升高，操作安全性降低，無(wú)法滿足某些稠油的集輸要求，仍需以提高溫度作為輔助手段使用。

其它方法：熱裂解降粘、催化降粘、超聲波降粘等，由于使用工藝復(fù)雜或效果不穩(wěn)定等因素，使用受到了限制。

本文針對(duì)中高含水期稠油的特點(diǎn)，綜合利用破乳、乳化、改性機(jī)理，研制出新型的稠油降粘劑。具有使用工藝簡(jiǎn)單、降粘效果顯著、不對(duì)后續(xù)處理產(chǎn)生不良影響的特點(diǎn)。

2 室內(nèi)研究

2.1 含水稠油高粘原油分析

含水稠油粘度高的主要原因有以下兩個(gè)方面[3]：

膠質(zhì)、瀝肯質(zhì)含量高：稠油中膠質(zhì)瀝青含量較高，一般在30%以上。膠質(zhì)、瀝青質(zhì)是一些具有一定極性和表面活性的大分子物質(zhì)，其本身粘度很高，而且分子間有很強(qiáng)的內(nèi)聚力，使分子間形成締合，進(jìn)一步提高了整體的粘度。部分稠油特性見表1。

表1 部分稠油物性

稠油含水形成W/O乳狀液：膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的存在會(huì)使含水稠油形成W/O型乳狀液，其粘度與不含水稠油的粘度符合以下公式[2]：

μ=μ0ekФ

其中 ：μ--含水后粘度，mPa?s；

μ0--不含水油粘度，mPa?s；

e--自然對(duì)數(shù)的底；

k—與含水率有關(guān)的常數(shù)；

Ф—含水體積百分?jǐn)?shù)。

因此，含水稠油的粘度與含水率呈指數(shù)上升的關(guān)系，含水會(huì)導(dǎo)致粘度急劇提高。

2.2復(fù)合型含水稠油降粘劑作用原理

根據(jù)造成含水稠油粘度的主要原因，進(jìn)行降粘劑的組成與分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。復(fù)合型含水降粘劑主要有兩種大類具有不同作用機(jī)理的物質(zhì)組成，分述如下：

具有破乳、乳化作用的表面活性劑：其主要是對(duì)已經(jīng)形成的W/O型乳狀液破乳，降低由于含水提高的介質(zhì)粘度。同時(shí)，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)和HLB值的優(yōu)化，使其具有一定的O/W乳化功能，將破乳脫出的水與稠油形成不穩(wěn)定的O/W乳狀液，進(jìn)一步降低粘度值。但該乳狀液只能在流動(dòng)狀態(tài)下以及地靜置較短時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，延長(zhǎng)靜置時(shí)間或者添加破乳劑，該乳狀液極易破乳分離。既保證了集輸過(guò)程中降低粘度的要求，又不會(huì)對(duì)采出液的后續(xù)處理產(chǎn)生不利影響。

對(duì)膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的改性劑：主要是一些大分子的物質(zhì)，能夠迅速在原油中擴(kuò)散，并與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)結(jié)合，嵌入膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的分子中，降低其內(nèi)聚力，破壞膠質(zhì)、瀝青質(zhì)間的締合結(jié)構(gòu)，使膠質(zhì)、瀝青質(zhì)在上述表面活性劑的作用下更容易分散到水相中，為破乳、形成O/W乳狀液創(chuàng)造有利條件；同時(shí)，也為水分子嵌入膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的分子中創(chuàng)造了有利條件。

總之，兩種降粘機(jī)理的藥劑，相互促進(jìn)，具有顯著的協(xié)同效應(yīng)。

2.3復(fù)合型含水稠油降粘劑主劑的選擇

以國(guó)外某稠油為對(duì)象，進(jìn)行降粘劑的研究。其物性見表2。

表2稠油物性

2.3.1 表面活性劑的選擇

選用油溶性的陰離子型表面活性劑、陽(yáng)離子型表面活性劑、兩性表面活性劑及非離子型表面活性劑進(jìn)行含水稠油的降粘試驗(yàn)。

經(jīng)過(guò)前期大量脫水試驗(yàn)，最終確定考察溫度為50℃，加藥量為0.01%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)藥劑對(duì)試驗(yàn)原油的降粘效果，不同種表面活性劑的降粘率如圖1所示。

圖1 不同種類表面活性劑對(duì)試驗(yàn)原油的降粘率

由試驗(yàn)結(jié)果可知，50℃時(shí)降粘率最高的非離子型表面活性劑，降粘率為48.6%，且對(duì)于試驗(yàn)用含水稠油脫水效果最佳，1h脫水率為30%，最終脫水率可達(dá)75%，且油水界面清晰，水質(zhì)清。選擇此類型表面活性劑用于乳化降粘有利于降低后續(xù)集輸過(guò)程的脫水處理的難度，甚至可減少脫水處理環(huán)節(jié)藥劑的消耗。

脫水效果最佳的非離子型表面活性劑為聚醚改性型降粘劑DCP，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件考察藥劑降粘效果。在70℃條件下，加劑量為0.01%（質(zhì)量比），對(duì)試驗(yàn)原油進(jìn)行乳化降粘，測(cè)試聚醚改性型降粘劑降粘效果，結(jié)果見表3。

表3DCP降粘劑的降粘效果

由試驗(yàn)結(jié)果得知，單純使用乳化降粘方法，試驗(yàn)原油的降粘效果遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到生產(chǎn)需求，50℃時(shí)的粘度仍高達(dá)1767.0 mPa?s，降粘率僅為48.6%，降粘率隨著原油溫度的降低而增加，但降粘效果提高幅度不大。說(shuō)明單一使用乳化降粘方法，僅靠將稠油由W/O型轉(zhuǎn)變?yōu)镺/W型乳狀液，以水的摩阻取代油的摩阻，不足以有效降低試驗(yàn)原油的粘度，必需要考慮試驗(yàn)原油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量對(duì)原油粘度的影響。

2.3.2 聚異丁烯改性共聚物的制備

考慮到試驗(yàn)原油物性特點(diǎn)，選擇具有改善原油粘彈性的減阻用聚異丁烯作為改性對(duì)象，利用順丁烯二酸酐的結(jié)構(gòu)與之形成易于滲透、擴(kuò)散到原油中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)片狀分子層的共聚物。分子中含有極性側(cè)鏈和線性主鏈，二者在稠油降粘過(guò)程中作用不同，只有它們共同作用才能有效地降低原油粘度。主鏈需要有一定長(zhǎng)度，才能具有良好的空間伸展作用和屏蔽效應(yīng)。共聚物分子中的極性基團(tuán)與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)中極性基團(tuán)形成更強(qiáng)的氫鍵，以破壞膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子的平面堆砌，使其結(jié)構(gòu)變得松散，有序化降低。因此，有油溶性降粘劑分子參加的聚集體，可以達(dá)到降粘效果。

本文合成的聚異丁烯改性共聚物是一種油溶性高分子降粘劑，改性過(guò)程必須在嚴(yán)格除水、除氧條件下進(jìn)行，以二甲苯為溶劑，過(guò)氧化二苯甲酰為引發(fā)劑，氮?dú)鉃楸Ｗo(hù)氣氛下，聚異丁烯與順丁烯二酸酐按照一定比例于90℃下反應(yīng)3小時(shí)，所得產(chǎn)物用無(wú)水乙醇純化后用于配制復(fù)合型含水稠油降粘劑。

2.4 復(fù)合型含水稠油降粘劑的配制

將合成的聚異丁烯改性共聚物與脫水效果最佳的DCP聚醚改性表面活性劑進(jìn)行復(fù)配組合，以芳烴為溶劑，直接配制成復(fù)合型含水稠油降粘劑，改變以往復(fù)合型降粘劑配制時(shí)需要將水溶性表面活性劑與油溶性降粘劑配制成穩(wěn)定的乳液再加注使用的方法。本文設(shè)計(jì)的復(fù)合型含水稠油降粘劑可以直接加注到含水稠油中，充分混合后，藥劑中的聚醚改性表面活性劑組分發(fā)揮破乳降粘的效果，聚異丁烯改性共聚物進(jìn)入原油內(nèi)相，在膠質(zhì)與瀝青質(zhì)之間相互作用，在降低原油油相粘度的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行外向乳化降粘，使藥劑發(fā)揮最大降粘效果。

2.5 復(fù)合型含水稠油降粘劑的配方優(yōu)化

2.5.1 復(fù)合型含水稠油降粘劑組分配比的優(yōu)化

為使藥劑中兩組分發(fā)揮最佳降粘效果，對(duì)兩種組分復(fù)配比例進(jìn)行優(yōu)化，選出降粘效果最好的最佳藥劑配比制成復(fù)合型含水稠油降粘劑。以A代表DCP聚醚改性表面活性劑，B代表聚異丁烯改性共聚物，藥劑組分優(yōu)化結(jié)果如圖2所示。

圖2不同藥劑組分配比對(duì)試驗(yàn)原油降粘率的影響

從圖上可以明顯看出，DCP聚醚改性表面活性劑含量高于聚異丁烯改性共聚物含量時(shí)，以乳化降粘作用為主，隨著聚異丁烯改性共聚物含量的增加，50℃時(shí)降粘率也隨之增加，降粘效果逐漸提高，說(shuō)明聚異丁烯改性共聚物的添加，有助于藥劑降粘效果的提高；聚醚改性表面活性劑含量低于聚異丁烯改性共聚物含量時(shí)，以化學(xué)降粘為主，隨著；聚醚改性表面活性劑含量的增加，50℃時(shí)降粘效果也有提高，但降粘效果始終低前者的降粘效果。50℃時(shí)降粘率最高的最佳藥劑配比是聚醚改性表面活性劑與聚異丁烯改性共聚物配比為5:5，降粘率達(dá)到88.0%，50℃時(shí)原油粘度由3437.8 mPa?s降至412.5mPa?s。

2.5.2 復(fù)合型含水稠油降粘劑加藥量的優(yōu)化

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)原油添加復(fù)合型含水稠油降粘劑不同加藥量對(duì)降粘效果的考察，確定出最佳加藥量，確保復(fù)合型含水稠油降粘劑在使用中發(fā)揮最大降粘效果，結(jié)果見圖3。

圖3 不同加藥量對(duì)試驗(yàn)原油降粘率的影響

從圖3可以明顯看出，試驗(yàn)原油的降粘率并不是隨著復(fù)合型含水稠油降粘劑添加量的增加而增加，當(dāng)添加量達(dá)到0.1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，各溫度下的降粘率最高，均已達(dá)到88%，且粘度低于500mPa?s。因此，確定復(fù)合型含水稠油降粘劑的最佳添加量為0.1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

2.6 復(fù)合型含水稠油降粘劑優(yōu)化結(jié)果

根據(jù)對(duì)復(fù)合型含水稠油降粘劑組分配比、加藥量的優(yōu)化結(jié)果，將配制出的復(fù)合型含水稠油降粘劑在生產(chǎn)條件下測(cè)試降粘效果的評(píng)價(jià)。由于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件所限，試驗(yàn)原油熱處理溫度定為70℃，加藥量為0.1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），分別對(duì)添加聚醚改性表面活性劑、聚異丁烯改性共聚物及復(fù)合型含水稠油降粘劑的試驗(yàn)原油進(jìn)行粘度測(cè)定，通過(guò)考察降粘率，評(píng)價(jià)降粘效果，結(jié)果見表4及圖4、圖5。

表4復(fù)合型含水稠油降粘劑的降粘效果

圖4 不同藥劑的降粘效果 圖5 添加不同藥劑后試驗(yàn)原油的粘度

從圖4及圖5中可以明顯看到復(fù)合型含水稠油降粘劑對(duì)試驗(yàn)原油粘度起到顯著改進(jìn)作用，并且可以得出結(jié)論，單純添加聚醚改性表面活性劑使用乳化降粘方法降粘，試驗(yàn)溫度55-45℃區(qū)間的降粘率不穩(wěn)定，以50℃時(shí)降粘效果最大；單純添加聚異丁烯改性共聚物使用化學(xué)降粘方法降粘，試驗(yàn)溫度55-45℃區(qū)間內(nèi)，45℃低溫時(shí)降粘效果較好；按照本文設(shè)計(jì)方案配制的復(fù)合型含水稠油降粘劑在試驗(yàn)溫度55-45℃區(qū)間的降粘率最高，且溫度區(qū)間內(nèi)降粘效果穩(wěn)定，均已達(dá)到88%，且粘度低于500mPa?s，說(shuō)明配比及加藥量經(jīng)優(yōu)化后的復(fù)合型含水稠油降粘劑的兩個(gè)組分分別進(jìn)入試驗(yàn)原油的內(nèi)向，與之相互作用，增強(qiáng)了降粘效果。

3 結(jié)論

3.1 復(fù)合型含水稠油降粘劑通過(guò)破乳、乳化、改性等多種作用機(jī)理對(duì)含水稠油進(jìn)行降粘，效果優(yōu)良，降粘率可達(dá)88%以上，粘度由3437.8 mPa?s 降到500 mPa?s以下，從而可以降低含水稠油的集輸處理溫度，降低能耗、提高運(yùn)行安全。

3.2 復(fù)合型含水稠油降粘劑的使用工藝簡(jiǎn)單，可以通過(guò)井筒加藥直接注入地層，達(dá)到降低井筒提升阻力提高油井產(chǎn)量的目的，也可直接注入含水稠油的集輸管線降低井口回壓，減小集輸過(guò)程的壓力損失。

3.3 最佳使用條件為處理溫度70℃，投藥量0.1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

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