李德儒中石化河南油田分公司采油二廠

GCS-YR油溶性降黏劑的研制與應用

李德儒
中石化河南油田分公司采油二廠

河南油田稠油屬于特、超稠油，采用蒸汽吞吐輔助注降黏劑技術可實現(xiàn)經(jīng)濟有效開采，但在開采初期，地層中含水較少，水溶性降黏劑對油包水型乳狀原油難以起到降黏效果，為此，研制了耐高溫油溶性降黏劑。利用正交實驗方法進行了GCSYR油溶性降黏劑的配方實驗，確定了基本配方為：3%乙酸乙烯酯共聚物ZJ-3+2%脂肪胺聚氧乙烯聚氧丙烯醚ZJ-4+1%酯化改性聚醚ZJ-5+20%四氫萘ZZJ-6+74%溶劑油RJ-5，通過室內實驗確定了最佳加藥質量分數(shù)為3%。室內實驗表明，該配方耐溫350 ℃，對低含水原油降黏率可達80%以上，并且與油田用AR型集輸破乳劑具有良好的配伍性。該降黏劑在井樓油田進行6井次現(xiàn)場試驗，平均單井產(chǎn)量提高41 t，平均油氣比提高0.03。GCS-YR型油溶性降黏劑適用于河南油田蒸汽吞吐后的稠油開采，可提高河南油田稠油油藏采收率。

河南油田；稠油開發(fā)；油溶性降黏劑；正交實驗；耐溫性；配伍性

國家專利：一種耐高溫油溶性降黏劑及其制備方法（201510375068.2）。

河南油田稠油儲量豐富，主要以特稠油、超稠油為主（動用地質儲量3 396×104t），占總動用地質儲量的66.2%，平均原油黏度在20 000 mPa·s以上。而河南油田采油二廠井樓油田區(qū)塊的稠油黏度更是高達30 000～50 000 mPa·s，利用蒸汽吞吐技術進行開采時，需要輔助注入降黏劑以提高蒸汽吞吐效率。但是對于蒸汽吞吐開采初期的油井，由于地層水含量較少，此時在高溫蒸汽作業(yè)下極易形成油包水乳狀液，使稠油黏度大大增加，此時，水溶性降黏劑使用效果較差，所以需要研究一種油溶性降黏劑，油溶性降黏劑可以在蒸汽注入過程中迅速接觸并分散于油包水乳狀液的外層稠油，達到對油包水乳狀液快速降黏的效果。

從降黏工藝角度看，要求稠油降黏劑具有物化性能穩(wěn)定、易破乳性、較高的降黏率等特點；從化學角度看，要求降黏劑的主要成分表面活性劑的親油基結構與稠油組分的結構有一定的相似性。根據(jù)以上原則，確定出油溶性降黏劑的組成如下［1-2］：主劑+溶劑+助溶劑，其中，主劑是利用其分子中的離子段與膠質、瀝青質中的極性基團反應，使瀝青質分子解離后無法形成網(wǎng)架，改變了大分子化學鍵之間的結合力，從而降低原油黏度；溶劑主要作用是溶解主劑；助溶劑作用是加快藥劑溶解。油溶性化學降黏劑可以改善原油流動性、降低原油黏度，尤其是對含水低的乳化稠油，可以有效降低蒸汽吞吐初期地層中乳化稠油的黏度，提高蒸汽吞吐效率［3-7］；并且與集輸用破乳劑配伍良好，可提高破乳脫水速率。

1 GCS-YR油溶性降黏劑配方的研制Formula of the GCS-YR oil-soluble viscosity reducer

1.1實驗材料與實驗儀器

Test materials and instruments

油溶性降黏劑主劑：乙酸乙烯酯共聚物ZJ-3（無色透明溶液）、由脂肪胺為起始劑的聚氧乙烯聚氧丙烯醚ZJ-4（黃色黏稠膏狀物）、酯化改性聚醚ZJ-5（無色至淡黃色有一定黏度的液體），以上降黏劑主劑均為實驗室自制；助溶劑為四氫萘ZZJ-6，分析純；溶劑為溶劑油RJ-5（餾程140～200 ℃）；原油為樓8-平5采出稠油（黏度33 687 mPa·s、含水量7.5%）。

ND J-99型旋轉黏度計（四川成都儀器廠）；DZF-6050型真空干燥箱（上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠）； Diamond TG/DTG熱失重/差熱分析儀（美國Perkin Elmer公司）。

1.2正交試驗

文中總結歸納了國外的一些關于開洞板柱結構節(jié)點的抗沖切試驗，結合各國的抗沖切承載力的設計公式，將得到的抗沖切承載力的設計值和試驗中的實際值進行對比分析，為我國規(guī)范的修訂提供參考。

Orthogonal tests

正交試驗設計是研究多因素多水平的設計方法，它是根據(jù)正交性從試驗中挑選出部分有代表性的點進行試驗，這些有代表性的點具備了“均勻分散，齊整可比”的特點。本次通過反復進行正交試驗，找出復配后最佳配比，形成最后的降黏劑配方，達到高降黏率、低成本的目的。

列出正交實驗設計表，其中ZJ-3、ZJ-4、ZJ-5根據(jù)單劑篩選時2%降黏率較高，選擇質量分數(shù)在1%～3%之間，助溶劑最高使用質量分數(shù)為50%，最低使用質量分數(shù)為10%。本實驗考察指標是降黏率。

實驗步驟為：用燒杯裝入一定數(shù)量的脫游離水特稠油，在50℃恒溫水浴鍋中靜置60 min后，用旋轉黏度計測得50℃下的稠油黏度。然后將50℃恒溫水浴鍋中的特稠油分成質量相同的9份，在這9份特稠油中分別加入按照表1（L9（34））設計的配方配制的油溶性降黏劑并攪拌均勻，用旋轉黏度計測定乳狀液黏度，計算降黏劑的降黏率。見表1、表2。

表1　油溶性降黏劑實驗因素水平表Table 1 Factors in tests for oil-soluble viscosity reducer

表2　油溶性降黏劑正交實驗結果Table 2 Results of orthogonal tests for oil-soluble viscosity reducer

本方案中，為四因素三水平，通過分析正交實驗結果，確定出ZJ-3、ZJ-4、ZJ-5、 ZZJ-6這4種單劑對降黏效果的影響和各自的藥劑加入量范圍。同時為了進一步確定出這4種單劑的加入量，又縮小加入質量分數(shù)范圍，繼續(xù)進行正交試驗。最終得出了降黏率最高的正交實驗結果：3%ZJ-3+2%ZJ-4+1%ZJ-5+20%ZZJ-6+74%RJ-5。

2 GCS-YR油溶性降黏劑性能評價Assessment on performance of the GCSYR oil-soluble viscosity reducer

2.1降黏劑質量分數(shù)對降黏效果的影響

Impacts of mass fraction of the viscosity reducer on viscosity reduction performance

評價降黏劑加入量對降黏效果的影響主要是測原油中加入不同質量分數(shù)的油溶性降黏劑然后測定其降黏率，根據(jù)降黏率大小來評價降黏效果。取10份裝有相同質量的脫游離水特稠油，分別加入質量分數(shù)為1%～10%的油溶性降黏劑并攪拌均勻，然后測定乳狀液黏度，按照黏度下降的比例計算降黏率。從圖1可以看出，GCS-YR油溶性降黏劑對特稠油具有較好的降黏效果，當藥劑加入質量分數(shù)達到3%后，降黏率在83%以上，但隨著油溶性降黏劑質量分數(shù)增加，降黏率增加較少，綜合考慮成本及降黏效果，降黏劑最適質量分數(shù)為3%。

圖1　降黏劑質量分數(shù)對降黏效果影響Fig.1 Impacts of mass fraction of the viscosity reducer on viscosity-reducing performance

2.2降黏劑對不同含水率原油降黏效果的影響

Performance of the viscosity reducer in viscosityreducing of crude oil with different water contents

蒸汽吞吐中添加油溶性降黏劑提高原油采收率的一個主要作用是使原油形成水外相乳狀液，降低稠油黏度。實驗用完全脫水的稠油與原油采出游離水按照不同體積比例配制了不同含水量的乳化原油，然后測定質量分數(shù)為3%油溶性降黏劑在50℃時對純油、10%含水、30%含水、50%含水、70%含水、90%含水原油的降黏率。由表3可以看出：純油中加入該配方的油溶性降黏劑的降黏率為84.1%，降黏劑的降黏率基本不受含水影響，當原油含水小于70%時，降黏率在80%以上；而當原油含水大于90%時，由于受儀器限制，原油黏度無法準確測定。

表3　降黏劑對不同含水原油的降黏效果Table 3 Viscosity-reducing performances of the viscosity reducer for crude oil with different water contents

2.3降黏劑耐溫性能評價

Assessment on heat resistance of the viscosity reducer

為保證降黏劑在熱采油藏溫度條件下能有效發(fā)揮作用，需要對降黏劑進行耐溫性能評價，本文通過差熱分析法［8］與熱滾法［9］測定了油溶性降黏劑GCS-YR的熱穩(wěn)定性及耐溫性能。

2.3.1降黏劑的熱穩(wěn)定性 利用差熱分析法（熱重分析儀）測定油溶性降黏劑在高溫下的熱穩(wěn)定性。在惰性氣體氛圍中30～370 ℃范圍內測量，得到差熱分析譜圖，為了進一步研究損失部分的形式，在30～370 ℃范圍內測量降黏劑的熱重分析譜圖（圖2）。

圖2　降黏劑的熱重曲線和差熱分析曲線Fig.2 Thermogravimetric curve and differential thermal analysis curve of the viscosity reducer

從圖2可以看出，隨著溫度升高，降黏劑質量在30～160 ℃之間損失嚴重，質量損失率達32.18%，表明該溫度范圍內，降黏劑中存在或生成了易揮發(fā)小分子；在160～350 ℃之間曲線趨于平緩，即質量不再損失，說明降黏劑處于穩(wěn)定狀態(tài)，不再有分子逸出；超過350 ℃，質量再次大幅度降低，說明降黏劑又開始熔融吸熱。因此，在160～350 ℃溫度范圍內，GCS-YR體系的TG和DSC曲線都趨于平緩，表明無質量變化和新相生成，即體系處于穩(wěn)定狀態(tài)。2.3.2 降黏劑的耐溫性 將GCS-YR油溶性降黏劑置于350 ℃條件下的高溫熱滾爐中熱滾48 h。然后按照2.1中測定降黏率的方法測定熱滾后的降黏劑在不同加藥量下對稠油的降黏效果，并與熱滾前數(shù)據(jù)進行了對比。如圖3所示，可以看出不同質量分數(shù)的降黏劑經(jīng)過高溫熱滾處理之后降黏率變化不大，表明該降黏劑具有很好的耐溫性能。

圖3　降黏劑耐溫性能評價Fig.3 Assessment on heat resistance of the viscosity reducer

2.4油溶性降黏劑與集輸破乳劑配伍性

Compatibility of the oil-soluble viscosity reducer with the de-emulsifier for oil gathering and transmission

根據(jù)原油破乳劑使用性能檢驗方法（瓶試法）SY/T 5281-2000［10］，對破乳劑脫水進行了實驗，選用目前河南油田采油二廠聯(lián)合站用AR型集輸破乳劑進行了破乳脫水實驗（表4），破乳劑加量為0.05%。實驗時降黏劑加量從3%遞增至20%，實驗溫度為50 ℃。

表4　油溶性降黏劑對破乳劑脫水的影響Table 4 Impacts of the oil-soluble viscosity reducer on dewatering of the de-emulsifier

實驗結果表明： 隨著加入的降黏劑質量分數(shù)的增加，油水界面越來越清晰［11-12］，脫出的水質也越來越好，脫水率也逐漸增加，說明該油溶性降黏劑與該破乳劑具有很好的配伍性，同時GCS-YR油溶性降黏劑又能對原油脫水起到促進作用。

3 應用實例Applications

GCS-YR油溶性降黏劑于2014年2月份投入現(xiàn)場，取得了較好的效果。其中井樓油田七區(qū)南部的樓71000井是一口采油井，據(jù)原油全分析資料，該井生產(chǎn)的Ⅱ61層油層溫度下屬于超稠油，瀝青質、膠質含量34.14%，含蠟量21.66%，凝固點10.0 ℃。樓71000井上返到Ⅱ61層后，蒸汽吞吐第1周期平均日產(chǎn)油2.0 t，但有效生產(chǎn)時間較短。為降低原油黏度繼續(xù)保持油井產(chǎn)能，延長生產(chǎn)時間，在第2周期配套實施水溶性降黏措施，生產(chǎn)時間有所延長，但平均周期日產(chǎn)油1.1 t。分析認為該井原油黏度高，且處于低周期生產(chǎn)，因此在第3周期配套使用GCS-YR油溶性降黏劑，通過室內實驗，該井現(xiàn)場取回的原油中加入質量分數(shù)為3%的GCS-YR油溶性降黏劑后，旋轉黏度劑測得原油表觀黏度由61 589 mPa·s降至9 563 mPa·s。見表5。

表5　樓71000井各吞吐周期生產(chǎn)情況Table 5 Huff-and-puff cycles of Well Lou-71000

現(xiàn)場應用表明，低周期采用GCS-YR油溶性降黏措施效果好于單純蒸汽吞吐及水溶性降黏措施，生產(chǎn)天數(shù)有所增加并且日產(chǎn)油提高明顯，油汽比提高0.07，適用于河南油田稠油蒸汽吞吐的配套措施。

截至目前，GCS-YR油溶性降黏劑現(xiàn)場應用6井次，取得了較好的效果，油井生產(chǎn)周期延長33 d、平均單井產(chǎn)油量提高41 t，油汽比由工藝實施前的0.18提高至0.21。如表6所示。

表6　GCS-YR油溶性降黏劑的現(xiàn)場應用效果Table 6 Field application results of the GCS-YR oil-soluble viscosity reducer

4 結論Conclusions

（1）室內實驗表明：GCS-YR油溶性降黏劑對河南油田采油二廠超稠油降黏效果明顯，純油中加入該配方的油溶性降黏劑后降黏率達到80%以上，降黏劑降黏率基本不受含水影響；高達350 ℃的耐溫能力尤其適用于熱采井原油的降黏。

（2）GCS-YR油溶性降黏劑在現(xiàn)場應用6井次均取得良好效果，其中樓71000井注入降黏劑后產(chǎn)油量提高37 t，油汽比提高0.07，說明該油溶性降黏劑在河南油田有廣闊的應用前景。

（3）GCS-YR油溶性降黏劑對原油黏度為50 000 mPa·s以上的超稠油降黏后，黏度仍在10 000 mPa·s左右，此時原油流動性仍較差，下一步需進一步優(yōu)化改進配方，提高對超稠油的降黏效果。

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（修改稿收到日期 2016-01-25）

〔編輯 景 暖〕

Development and application of GCS-YR oil-soluble viscosity reducer

LI Deru
No.2 Oil Production Plant of Sinopec Henan Oilfield Company， Nanyang， Henan 473400， China

Heavy oil produced in the Henan Oilfield can be classified as extremely or super heavy oil， which can be developed economically and efficiently by using viscosity reducer with assistance of steam huff-and-puff. In earlier stage of development，formation contains less water， and water-soluble viscosity reducer can hardly reduce viscosity of water-in-oil emulsion. Accordingly， a temperature-resistant oil-soluble viscosity reducer was developed. Orthogonal test was conducted to determine formula of the GCS-YR oil-soluble viscosity reducer， namely， 3% vinyl acetate copolymer ZJ-3+2% fatty amine polyoxyethylene polyoxy propylene ether ZJ-4+1% esterified modified polyether ZJ-5+20% tetralin ZZJ-6+74% solvent naphtha RJ-5. Through laboratory tests， optimal mass fraction of agent was determined to be 3%. Test results show that the formula system can endure temperatures up to 350 ℃ with capacities to reduce viscosity of low-water crude oil over 80%. In addition， the system displayed satisfactory compatibility with de-emulsifier of AR type for oil gathering and transmission in oilfields. Field tests of the viscosity reducer were performed in 6 wells in the Jinglou Oilfield with single-well productivity enhanced by 47 t and OGR enhanced by 0.03 on average. The GCS-YR oil-soluble viscosity reducer can be used for development of heavy oil after steam huff-and-puff to enhance recovery of heavy-oil reservoirs in the Henan Oilfield.

Henan Oilfield； heavy oil development； oil-soluble viscosity reducer； orthogonal test； heat resistance； compatibility

LI Deru. Development and application of GCS-YR oil-soluble viscosity reducer［J］.Oil Drilling & Production Technology， 2016， 38（2）： 267-271.

TE357.4

B

1000 -7393（ 2016 ） 02 -0267-05

10.13639/j.odpt.2016.02.026

李德儒（1974-）。1997年畢業(yè)于大慶石油大學石油地質專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣田開發(fā)工作。通訊地址：（473400）河南省唐河縣采油二廠。電話：0377-63840418。E-mail：ldr7441@sohu.com

引用格式：李德儒. GCS-YR油溶性降黏劑的研制與應用［J］.石油鉆采工藝，2016，38（2）：267-271.