复合型含水稠油降粘剂室内研究

孟凡 王楠 刘瑞 付森

摘要：本文针对含水稠油的物性、组成特点，将破乳、乳化降粘机理与改性化学降粘机理结合，将合成的聚异丁烯改性共聚物与聚醚改性表面活性剂进行优化，得到适用于开采中期的含水稠油的复合型降粘剂。避免了单纯乳化降粘时采出液脱水、脱后污水处理难度大的问题并减少了乳化降粘必需的配药、掺水、乳化工艺；效果明显优于单纯的破乳降粘率，基本达到了乳化降粘时的效果,具有效果明显，使用工艺简单的特点。

关键词含水稠油 降粘剂

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

中图分类号：TQ436文献标识码：A

1 前言

随着世界能源需求量不断增加以及原油开采技术的不断提高，稠油等劣质原油产量呈稳步上升趋势。据权威统计，目前世界范围内，剩余可采储量中约70%为稠油（含超稠油），在我国稠油的产量占原油总产量的15%左右。

稠油在开采、集输过程中需要解决的主要问题是原油粘度大的问题。原油粘度大会造成原油在地层中流动困难，油井供液不足，直接影响了原油产量；在井筒和集输过程中，造成管线回压高，能耗高。

目前，比较成熟的稠油降粘方法包括以下几种[1]：

加热降粘：利用稠油粘温特性，通过高稠油温度，降低粘度，适用于任何稠油。

乳化降粘：对于不含水稠油，可采用添加乳化剂水溶液的方法，使稠油变成W/O乳状液，达到降粘的目的。优点是降粘效果明显，降粘率可达到99%以上；缺点是使用工艺比较复杂，采出液处理难度增加。

破乳降粘：适用于含水油。通过将W/O乳状液破乳转相，达到降低粘度的目的，而且随着含水率的上升，降粘效果提高。虽然使用工艺简单，但由于无法形成O/W型的乳状液形式，因此，在集输管线中会形成不含水稠油的段塞，使管线回压升高，操作安全性降低，无法满足某些稠油的集输要求，仍需以提高温度作为辅助手段使用。

其它方法：热裂解降粘、催化降粘、超声波降粘等，由于使用工艺复杂或效果不稳定等因素，使用受到了限制。

本文针对中高含水期稠油的特点，综合利用破乳、乳化、改性机理，研制出新型的稠油降粘剂。具有使用工艺简单、降粘效果显著、不对后续处理产生不良影响的特点。

2 室内研究

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两个方面[3]：

胶质、沥肯质含量高：稠油中胶质沥青含量较高，一般在30%以上。胶质、沥青质是一些具有一定极性和表面活性的大分子物质，其本身粘度很高，而且分子间有很强的内聚力，使分子间形成缔合，进一步提高了整体的粘度。部分稠油特性见表1。

表1 部分稠油物性

稠油含水形成W/O乳状液：胶质、沥青质的存在会使含水稠油形成W/O型乳状液，其粘度与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--自然对数的底；

k—与含水率有关的常数；

Ф—含水体积百分数。

因此，含水稠油的粘度与含水率呈指数上升的关系，含水会导致粘度急剧提高。

2.2复合型含水稠油降粘剂作用原理

根据造成含水稠油粘度的主要原因，进行降粘剂的组成与分子结构设计。复合型含水降粘剂主要有两种大类具有不同作用机理的物质组成，分述如下：

具有破乳、乳化作用的表面活性剂：其主要是对已经形成的W/O型乳状液破乳，降低由于含水提高的介质粘度。同时，通过对结构和HLB值的优化，使其具有一定的O/W乳化功能，将破乳脱出的水与稠油形成不稳定的O/W乳状液，进一步降低粘度值。但该乳状液只能在流动状态下以及地静置较短时间内保持稳定，延长静置时间或者添加破乳剂，该乳状液极易破乳分离。既保证了集输过程中降低粘度的要求，又不会对采出液的后续处理产生不利影响。

对胶质、沥青质的改性剂：主要是一些大分子的物质，能够迅速在原油中扩散，并与胶质、沥青质结合，嵌入胶质、沥青质的分子中，降低其内聚力，破坏胶质、沥青质间的缔合结构，使胶质、沥青质在上述表面活性剂的作用下更容易分散到水相中，为破乳、形成O/W乳状液创造有利条件；同时，也为水分子嵌入胶质、沥青质的分子中创造了有利条件。

总之，两种降粘机理的药剂，相互促进，具有显著的协同效应。

2.3复合型含水稠油降粘剂主剂的选择

以国外某稠油为对象，进行降粘剂的研究。其物性见表2。

表2稠油物性

2.3.1 表面活性剂的选择

选用油溶性的阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、两性表面活性剂及非离子型表面活性剂进行含水稠油的降粘试验。

经过前期大量脱水试验，最终确定考察温度为50℃，加药量为0.01%（质量分数）时药剂对试验原油的降粘效果，不同种表面活性剂的降粘率如图1所示。

图1 不同种类表面活性剂对试验原油的降粘率

由试验结果可知，50℃时降粘率最高的非离子型表面活性剂，降粘率为48.6%，且对于试验用含水稠油脱水效果最佳，1h脱水率为30%，最终脱水率可达75%，且油水界面清晰，水质清。选择此类型表面活性剂用于乳化降粘有利于降低后续集输过程的脱水处理的难度，甚至可减少脱水处理环节药剂的消耗。

脱水效果最佳的非离子型表面活性剂为聚醚改性型降粘剂DCP，根据现场生产条件考察药剂降粘效果。在70℃条件下，加剂量为0.01%（质量比），对试验原油进行乳化降粘，测试聚醚改性型降粘剂降粘效果，结果见表3。

表3DCP降粘剂的降粘效果

由试验结果得知，单纯使用乳化降粘方法，试验原油的降粘效果远没有达到生产需求，50℃时的粘度仍高达1767.0 mPa•s，降粘率仅为48.6%，降粘率随着原油温度的降低而增加，但降粘效果提高幅度不大。说明单一使用乳化降粘方法，仅靠将稠油由W/O型转变为O/W型乳状液，以水的摩阻取代油的摩阻，不足以有效降低试验原油的粘度，必需要考虑试验原油中胶质、沥青质含量对原油粘度的影响。

2.3.2 聚异丁烯改性共聚物的制备

考虑到试验原油物性特点，选择具有改善原油粘弹性的减阻用聚异丁烯作为改性对象，利用顺丁烯二酸酐的结构与之形成易于渗透、扩散到原油中胶质和沥青质片状分子层的共聚物。分子中含有极性侧链和线性主链，二者在稠油降粘过程中作用不同，只有它们共同作用才能有效地降低原油粘度。主链需要有一定长度，才能具有良好的空间伸展作用和屏蔽效应。共聚物分子中的极性基团与胶质、沥青质中极性基团形成更强的氢键，以破坏胶质、沥青质分子的平面堆砌，使其结构变得松散，有序化降低。因此，有油溶性降粘剂分子参加的聚集体，可以达到降粘效果。

本文合成的聚异丁烯改性共聚物是一种油溶性高分子降粘剂，改性过程必须在严格除水、除氧条件下进行，以二甲苯为溶剂，过氧化二苯甲酰为引发剂，氮气为保护气氛下，聚异丁烯与顺丁烯二酸酐按照一定比例于90℃下反应3小时，所得产物用无水乙醇纯化后用于配制复合型含水稠油降粘剂。

2.4 复合型含水稠油降粘剂的配制

将合成的聚异丁烯改性共聚物与脱水效果最佳的DCP聚醚改性表面活性剂进行复配组合，以芳烃为溶剂，直接配制成复合型含水稠油降粘剂，改变以往复合型降粘剂配制时需要将水溶性表面活性剂与油溶性降粘剂配制成稳定的乳液再加注使用的方法。本文设计的复合型含水稠油降粘剂可以直接加注到含水稠油中，充分混合后，药剂中的聚醚改性表面活性剂组分发挥破乳降粘的效果，聚异丁烯改性共聚物进入原油内相，在胶质与沥青质之间相互作用，在降低原油油相粘度的基础上，再进行外向乳化降粘，使药剂发挥最大降粘效果。

2.5 复合型含水稠油降粘剂的配方优化

2.5.1 复合型含水稠油降粘剂组分配比的优化

为使药剂中两组分发挥最佳降粘效果，对两种组分复配比例进行优化，选出降粘效果最好的最佳药剂配比制成复合型含水稠油降粘剂。以A代表DCP聚醚改性表面活性剂，B代表聚异丁烯改性共聚物，药剂组分优化结果如图2所示。

图2不同药剂组分配比对试验原油降粘率的影响

从图上可以明显看出，DCP聚醚改性表面活性剂含量高于聚异丁烯改性共聚物含量时，以乳化降粘作用为主，随着聚异丁烯改性共聚物含量的增加，50℃时降粘率也随之增加，降粘效果逐渐提高，说明聚异丁烯改性共聚物的添加，有助于药剂降粘效果的提高；聚醚改性表面活性剂含量低于聚异丁烯改性共聚物含量时，以化学降粘为主，随着；聚醚改性表面活性剂含量的增加，50℃时降粘效果也有提高，但降粘效果始终低前者的降粘效果。50℃时降粘率最高的最佳药剂配比是聚醚改性表面活性剂与聚异丁烯改性共聚物配比为5:5，降粘率达到88.0%，50℃时原油粘度由3437.8 mPa•s降至412.5mPa•s。

2.5.2 复合型含水稠油降粘剂加药量的优化

通过对试验原油添加复合型含水稠油降粘剂不同加药量对降粘效果的考察，确定出最佳加药量，确保复合型含水稠油降粘剂在使用中发挥最大降粘效果，结果见图3。

图3 不同加药量对试验原油降粘率的影响

从图3可以明显看出，试验原油的降粘率并不是随着复合型含水稠油降粘剂添加量的增加而增加，当添加量达到0.1%（质量分数）时，各温度下的降粘率最高，均已达到88%，且粘度低于500mPa•s。因此，确定复合型含水稠油降粘剂的最佳添加量为0.1%（质量分数）。

2.6 复合型含水稠油降粘剂优化结果

根据对复合型含水稠油降粘剂组分配比、加药量的优化结果，将配制出的复合型含水稠油降粘剂在生产条件下测试降粘效果的评价。由于现场生产条件所限，试验原油热处理温度定为70℃，加药量为0.1%（质量分数），分别对添加聚醚改性表面活性剂、聚异丁烯改性共聚物及复合型含水稠油降粘剂的试验原油进行粘度测定，通过考察降粘率，评价降粘效果，结果见表4及图4、图5。

表4复合型含水稠油降粘剂的降粘效果

图4 不同药剂的降粘效果 图5 添加不同药剂后试验原油的粘度

从图4及图5中可以明显看到复合型含水稠油降粘剂对试验原油粘度起到显著改进作用，并且可以得出结论，单纯添加聚醚改性表面活性剂使用乳化降粘方法降粘，试验温度55-45℃区间的降粘率不稳定，以50℃时降粘效果最大；单纯添加聚异丁烯改性共聚物使用化学降粘方法降粘，试验温度55-45℃区间内，45℃低温时降粘效果较好；按照本文设计方案配制的复合型含水稠油降粘剂在试验温度55-45℃区间的降粘率最高，且温度区间内降粘效果稳定，均已达到88%，且粘度低于500mPa•s，说明配比及加药量经优化后的复合型含水稠油降粘剂的两个组分分别进入试验原油的内向，与之相互作用，增强了降粘效果。

3 结论

3.1 复合型含水稠油降粘剂通过破乳、乳化、改性等多种作用机理对含水稠油进行降粘，效果优良，降粘率可达88%以上，粘度由3437.8 mPa•s 降到500 mPa•s以下，从而可以降低含水稠油的集输处理温度，降低能耗、提高运行安全。

3.2 复合型含水稠油降粘剂的使用工艺简单，可以通过井筒加药直接注入地层，达到降低井筒提升阻力提高油井产量的目的，也可直接注入含水稠油的集输管线降低井口回压，减小集输过程的压力损失。

3.3 最佳使用条件为处理温度70℃，投药量0.1%（质量分数）。

4参考文献

[1]姚海军, 司马义• 努尔拉. 高稠原油流动改性剂(降凝、降粘剂)的研究进展[J]. 化学工程与装备,2008,9（4）：10～14。

[2]周风山,吴瑾光.稠油的类乳化复合降粘作用机理[J].油田化学,2001,9（4）：12～18。

[3]赵秉臣,闫峰等.复配型高粘原油降粘降凝剂[J].精细石油化工,1999,6：31～35。

[4]吴本芳,张敏涛等.复配型特稠原油降粘剂研究[J].洛阳师范学院学报,2003,1：45～49。