李成龍， 周尚龍， 榮家浚， 曹秦智， 蔡 勇， 葛思佳， 熊青山

(1長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院 2長(zhǎng)慶油田分公司第八采油廠 3新疆油田公司新港公司 4長(zhǎng)慶油田分公司第一采油廠 5青海油田分公司采油五廠 6玉門(mén)油田分公司老君廟采油廠)

0 引言

隨著我國(guó)常規(guī)油氣資源的不斷開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，其儲(chǔ)量和產(chǎn)量均出現(xiàn)了一定程度的下降，稠油資源的高效開(kāi)發(fā)和利用成為補(bǔ)充我國(guó)油氣資源的一項(xiàng)重要舉措。稠油黏度高、密度大以及凝固點(diǎn)高等原因，導(dǎo)致其流動(dòng)性較差，嚴(yán)重影響了稠油資源的高效開(kāi)發(fā)和運(yùn)輸[1- 5]。目前，針對(duì)稠油開(kāi)采和輸送主要采用降黏的方式來(lái)進(jìn)行，常用的稠油降黏方法主要有傳統(tǒng)的加熱降黏、摻稀油降黏以及水溶性降黏劑乳化降黏等。加熱降黏和摻稀油降黏存在著成本較高的問(wèn)題，而乳化降黏又會(huì)帶來(lái)原油后期處理困難等問(wèn)題[6- 9]。因此，在稠油中直接添加油溶性降黏劑來(lái)降低稠油黏度可以有效避免以上問(wèn)題，油溶性降黏劑的研究及開(kāi)發(fā)具有較大的應(yīng)用前景[10- 17]。

本文以陸上某稠油油田的稠油樣品為研究對(duì)象，在室內(nèi)使用甲基丙烯酸十八酯、丙烯酰胺衍生物和苯乙烯作為原料，以偶氮二異丁腈作為引發(fā)劑，通過(guò)溶液聚合法合成了一種新型油溶性稠油降黏劑SER- 1，考察了單體配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間以及引發(fā)劑加量對(duì)降黏劑效果的影響，在此基礎(chǔ)上優(yōu)選出最佳的合成實(shí)驗(yàn)條件，評(píng)價(jià)了降黏劑濃度對(duì)降黏率效果的影響，研究了降黏劑加入對(duì)稠油四組分的影響，最后在陸上某稠油油田成功進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)稠油的高效合理開(kāi)采提供一定的技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

實(shí)驗(yàn)材料：甲基丙烯酸十八酯、丙烯酰胺衍生物、苯乙烯、甲苯、甲醇、偶氮二異丁腈，均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；實(shí)驗(yàn)用稠油取自陸上某稠油油田(50℃時(shí)黏度為21 450 mPa·s，密度為0.942 g/cm3)。

實(shí)驗(yàn)儀器：NDJ型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，上海右一儀器有限公司；S- 6A型電熱恒溫水浴鍋，上海舍巖儀器有限公司；DZF- 60型電熱真空干燥箱，上海皓莊儀器有限公司；SYD- 0509Z石油重油族四組分自動(dòng)試驗(yàn)器，上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司。

1.2 油溶性稠油降黏劑SER- 1的制備

在裝有攪拌裝置和回流冷凝裝置的三口燒瓶中按比例加入甲基丙烯酸十八酯、丙烯酰胺衍生物和苯乙烯，然后加入甲苯作為溶劑，加熱攪拌使其完全溶解，通入氮?dú)?0 min以除去空氣，然后繼續(xù)加熱至指定溫度時(shí)，緩慢加入引發(fā)劑偶氮二異丁腈，恒溫反應(yīng)一定時(shí)間后，減壓蒸餾以除去多余的溶劑，冷卻后使用甲醇提純產(chǎn)品，在一定溫度下真空干燥即得新型油溶性稠油降黏劑SER- 1。

1.3 降黏劑性能評(píng)價(jià)方法

首先將降黏劑按一定比例溶解于甲苯中，然后取100 mL的稠油，加入2 mL的甲苯攪拌均勻后在50℃下恒溫1 h，使用布氏黏度計(jì)測(cè)定其黏度值μ0；再取100 mL稠油加入2 mL溶有降黏劑的甲苯溶液，攪拌均勻后在50℃下恒溫1 h，使用布氏黏度計(jì)測(cè)定其黏度值μ1。降黏率計(jì)算公式如式(1)：

(1)

式中：η—凈降黏率，%；μ0—加入甲苯后稠油初始黏度，mPa·s；μ1—加入降黏劑后稠油黏度，mPa·s。

2 結(jié)果與討論

2.1 單體配比對(duì)降黏性能的影響

在溫度為70℃，反應(yīng)時(shí)間為5 h，引發(fā)劑加量為單體總質(zhì)量的1.5%的實(shí)驗(yàn)條件下，評(píng)價(jià)了甲基丙烯酸十八酯、丙烯酰胺衍生物和苯乙烯不同摩爾比時(shí)對(duì)降黏劑降黏性能的影響，降黏劑的加量為1 000 mg/L，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 單體配比對(duì)降黏率的影響

由表1結(jié)果可以看出，三種單體按以上配比均能合成出外觀形態(tài)較好的降黏劑產(chǎn)品，其中當(dāng)甲基丙烯酸十八酯、丙烯酰胺衍生物和苯乙烯的摩爾比為9∶2∶3時(shí)降黏劑的降黏效果最好，因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)均按三種單體摩爾比為9∶2∶3進(jìn)行。

2.2 反應(yīng)溫度對(duì)降黏性能的影響

在甲基丙烯酸十八酯、丙烯酰胺衍生物和苯乙烯的摩爾比為9∶2∶3，反應(yīng)時(shí)間為5 h，引發(fā)劑加量為單體總質(zhì)量的1.5%的實(shí)驗(yàn)條件下，評(píng)價(jià)了不同反應(yīng)溫度時(shí)合成的降黏劑產(chǎn)品的降黏效果，降黏劑的加量為1 000 mg/L，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1結(jié)果可以看出，隨著實(shí)驗(yàn)反應(yīng)溫度的不斷升高，降黏劑產(chǎn)品的降黏率呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)反應(yīng)溫度控制在70℃時(shí)，降黏劑的降黏率達(dá)到最大值。

圖1 反應(yīng)溫度對(duì)降黏性能的影響

2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)降黏性能的影響

在甲基丙烯酸十八酯、丙烯酰胺衍生物和苯乙烯的摩爾比為9∶2∶3，反應(yīng)溫度為70℃，引發(fā)劑加量為單體總質(zhì)量的1.5%的實(shí)驗(yàn)條件下，評(píng)價(jià)了不同反應(yīng)時(shí)間時(shí)合成的降黏劑產(chǎn)品的降黏效果，降黏劑的加量為1 000 mg/L，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)降黏性能的影響

由圖2結(jié)果可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，降黏劑產(chǎn)品的降黏率呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間控制在5 h時(shí)，降黏劑的降黏率達(dá)到最大值。

2.4 引發(fā)劑加量對(duì)降黏性能影響

在甲基丙烯酸十八酯、丙烯酰胺衍生物和苯乙烯的摩爾比為9∶2∶3，反應(yīng)溫度為70℃，反應(yīng)時(shí)間為5 h的實(shí)驗(yàn)條件下，評(píng)價(jià)了不同引發(fā)劑加量時(shí)合成的降黏劑產(chǎn)品的降黏效果，降黏劑的加量為1 000 mg/L，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3結(jié)果可以看出，隨著引發(fā)劑加量的不斷增大，降黏劑產(chǎn)品的降黏率呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)引發(fā)劑加量為單體總質(zhì)量的1.5%時(shí)，降黏劑的降黏率達(dá)到最大值。

2.5 降黏劑加量對(duì)降黏性能的影響

綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，降黏劑SER- 1的最佳合成條件為甲基丙烯酸十八酯、丙烯酰胺衍生物和苯乙烯的摩爾比為9∶2∶3，反應(yīng)溫度為70℃，反應(yīng)時(shí)間為5 h，引發(fā)劑加量為單體總質(zhì)量的1.5%。在上述最佳合成條件下進(jìn)行降黏劑合成實(shí)驗(yàn)，然后按照1.3中的實(shí)驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)降黏劑加量對(duì)稠油降黏性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖3 引發(fā)劑加量對(duì)降黏性能的影響

圖4 降黏劑加量對(duì)降黏性能的影響

由圖4結(jié)果看出，隨著降黏劑SER- 1加量的不斷增大，降黏率先增大后減小，當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 500 mg/L時(shí)，降黏效果最好，對(duì)目標(biāo)區(qū)塊稠油的降黏率達(dá)到64.38%，再繼續(xù)增大降黏劑的加量，降黏率有所下降。這是由于當(dāng)降黏劑加量過(guò)大時(shí)，降黏劑聚合物分子本身會(huì)發(fā)生作用，通過(guò)相互聚集纏繞，使稠油體系的黏度反而增大，影響降黏效果。

2.6 降黏劑對(duì)稠油四組分的影響

稠油黏度大小與其組分有著密切關(guān)系，因此，通過(guò)考察稠油中加入降黏劑前后的四組分含量，就能夠評(píng)價(jià)降黏劑對(duì)稠油降黏效果的影響。室內(nèi)使用石油重油族四組分自動(dòng)試驗(yàn)儀器測(cè)定了稠油加入降黏劑SER- 1前后的組分含量，降黏劑加量為1 500 mg/L，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

由圖5結(jié)果可以看出，稠油中加入降黏后，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的含量由初始的38.62%和1.67%分別降低至29.57%和0.81%，而飽和烴和芳香烴的含量由初始的39.61%和20.10%分別增加至45.32%和24.30%。膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量的降低，飽和烴和芳香烴含量的增大，充分說(shuō)明新型油溶性稠油降黏劑SER- 1對(duì)稠油起到了良好的降黏效果。

圖5 降黏劑對(duì)稠油四組分的影響

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

新型油溶性稠油降黏劑SER- 1在陸上某稠油油田進(jìn)行了5井次的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)，均取得了良好的應(yīng)用效果。其中Y- 3井為一口采用蒸汽吞吐開(kāi)采的超稠油井，其原油中瀝青質(zhì)和膠質(zhì)的含量達(dá)到了40%以上，凝固點(diǎn)在8℃左右。前期采用單純蒸汽吞吐開(kāi)采時(shí)，平均日產(chǎn)油量較少，且有效期較短，為提高產(chǎn)能并延長(zhǎng)有效生產(chǎn)時(shí)間，蒸汽吞吐第二周期時(shí)采用了水溶性降黏措施，措施后有效生產(chǎn)時(shí)間有所延長(zhǎng)，平均日產(chǎn)油量也有所升高，但增幅較小。為此，決定對(duì)該井使用新型油溶性降黏劑SER- 1降黏措施，該井措施后的生產(chǎn)情況見(jiàn)表2。

表2 Y- 3井各吞吐周期的生產(chǎn)情況

由表2結(jié)果可以看出，Y- 3井使用油溶性降黏劑SER- 1措施后，有效生產(chǎn)時(shí)間和日產(chǎn)油量相比較于單純蒸汽吞吐和水溶性降黏措施均有明顯提升，取得了良好的增產(chǎn)效果。說(shuō)明研制的新型油溶性稠油降黏劑SER- 1能夠應(yīng)用于稠油油田的蒸汽吞吐開(kāi)采中。

4 結(jié)論

(1)新型油溶性稠油降黏劑SER- 1的最佳合成反應(yīng)條件為：甲基丙烯酸十八酯、丙烯酰胺衍生物和苯乙烯的摩爾比為9∶2∶3，反應(yīng)溫度為70℃，反應(yīng)時(shí)間為5 h，引發(fā)劑加量為單體總質(zhì)量的1.5%。

(2)當(dāng)降黏劑SER- 1的加量為1 500 mg/L時(shí)，對(duì)稠油的凈降黏率可以達(dá)到64.38%，起到了良好的降黏效果。通過(guò)對(duì)比加入降黏劑前后稠油四組分變化結(jié)果，可以看出降黏劑SER- 1加入后，稠油的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量明顯下降，飽和烴和芳香烴含量明顯增大，說(shuō)明降黏劑SER- 1對(duì)稠油起到了較好的降黏作用。

(3)新型油溶性稠油降黏劑SER- 1在陸上某稠油油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用5井次，均取得了良好的降黏增產(chǎn)效果，其中Y- 3井注入油溶性降黏劑SER- 1后的有效生產(chǎn)時(shí)間和日產(chǎn)油量均明顯高于單純蒸汽吞吐和水溶性降黏措施，具有較好的推廣應(yīng)用前景。