委内瑞拉超稠油降黏体系静态稳定性研究

丁 彬，杨宇尧，穆龙新，王平美，罗健辉

（1. 中国石油 勘探开发研究院，北京 100083；

2. 中国石油 新疆油田公司风城作业区，新疆 克拉玛依 834000）

委内瑞拉超稠油降黏体系静态稳定性研究

丁 彬1，杨宇尧2，穆龙新1，王平美1，罗健辉1

（1. 中国石油 勘探开发研究院，北京 100083；

2. 中国石油 新疆油田公司风城作业区，新疆 克拉玛依 834000）

以委内瑞拉超稠油降黏体系静态稳定性为研究目标，采用不同类型降黏剂制备了委内瑞拉超稠油水包油（O/W）降黏体系。以超稠油O/W降黏体系的表观黏度为主要评价手段，考察了降黏剂的类型及用量、油与水体积比（简称油水比）、温度及搅拌转速对超稠油O/W降黏体系静态稳定性的影响。室内实验结果表明，采用自制活性大分子涂层降黏剂得到的委内瑞拉超稠油O/W降黏体系的静态稳定性更为优越，在涂层降黏剂用量0.15%（w）、油水比10∶3、温度25 ℃和搅拌转速1 500 r/min的条件下，得到的超稠油O/W降黏体系在静置60 d后表观黏度仍小于1 000 MPa·s，具有很好的静态稳定性。

委内瑞拉超稠油；涂层降黏剂；水包油型降黏体系；表观黏度；静态稳定性

在世界油气资源中常规原油只占大约30%，其余都是稠油、超稠油和沥青。委内瑞拉奥里诺科稠油带是目前世界上储量最大、开发程度最低的惟一一块石油富集带，稠油地质储量约12 000亿桶［1-2］。目前，中国石油与委内瑞拉PDVSA合资经营的MPE3超稠油项目已建成了6 Mt的产能规模。委内瑞拉超稠油的表观黏度在50 ℃时超过5 000 MPa·s，25 ℃时在20 000～40 000 MPa·s之间，不利于开采及集输。为了实现超稠油船运到中国，在船运过程中超稠油降黏体系不能发生破乳反相，达到港口后降黏后的体系仍应具有较好的流动性能，超稠油体系应具有较低的表观黏度和良好的稳定性，即要求超稠油降黏后体系最终表观黏度应在1 000 MPa·s左右。因此，需研究经济高效的降黏新技术有效地降低委内瑞拉超稠油表观黏度，改善超稠油流动性和稳定性以满足现场应用的实际要求。

化学降黏技术由于具有经济成本低、工艺简单和适用范围广等优点，一直是稠油降黏领域研究的重点［3-6］。但目前常见的几种降黏方法均存在一定的问题：催化降黏方法要求在油藏中先除去稠油中的重金属成分，在实际操作中难以实施［7］；水溶性乳化降黏方法由于水包油（O/W）乳液稳定性难以控制，一旦发生乳液反相，原油黏度急剧上升，若降黏后O/W乳液体系稳定，后期的破乳脱水则十分困难［8-11］；油溶性降黏方法要求设计的油溶性降黏剂分子的结构与稠油的重质组分（沥青、胶质和重芳烃等）相匹配，但稠油的组成与结构的分析属世界性难题，目前国内外文献报道的油溶性降黏剂普遍降黏效率低，尚未见单一使用油溶性降黏剂进行稠油降黏的报道［12］。

本工作以委内瑞拉超稠油为研究对象，采用动态造粒降黏技术［13］制备了委内瑞拉超稠油O/W降黏体系，并考察了降黏剂的种类及用量、温度、油与水的体积比（简称油水比）和搅拌转速对超稠油O/W降黏体系静态稳定性的影响。

1 实验部分

1.1 原料

委内瑞拉超稠油：中国石油南美公司提供，基本物性见表1。

表1 委内瑞拉超稠油的基本物性Table 1 Physicochemical properties of Venezuela ultra heavy oil

活性大分子涂层降黏剂（简称涂层降黏剂）：含苯环结构的大分子非/阴离子型试样（CVR-V），实验室自制；小分子阳离子型降黏剂：十二烷基三甲基氯化铵（DTAC），纯度99%（w），北京化学试剂公司；小分子阴离子型降黏剂：十二烷基苯磺酸盐（LAS），纯度不小于90%（w），北京化学试剂公司；小分子非离子型降黏剂：十二烷基聚氧乙烯醚（AEO-10），纯度不小于90%（w），工业品；小分子非离子型降黏剂：壬基酚聚氧乙烯醚（OP-10），纯度不小于90%（w），工业品。

1.2 实验方法

1.2.1 降黏体系的制备

将委内瑞拉超稠油、降黏剂和水按一定比例加入到不锈钢容器中，在50 ℃下恒温30 min后以一定的转速搅拌1 min，即得黑色的委内瑞拉超稠油O/W降黏体系。

1.2.2 静态稳定性评价

将制得的150 mL委内瑞拉超稠油O/W降黏体系移至250 mL量筒中，将量筒置于指定温度的水浴内进行稳定性考察，测定不同稳定时间试样中分离出来的油和水的量，若在一定的稳定时间内，游离水的体积读数超过5 mL（游离水含量大于10%（φ）），则视超稠油O/W降黏体系不稳定；若在一定稳定时间内，游离水含量小于10%（φ），则视超稠油O/W降黏体系稳定。

1.2.3 表观黏度的测定

按照1.2.2所述方法首先评价超稠油O/W降黏体系在不同条件下的静态稳定性，如超稠油O/W降黏体系较为稳定，则使用Brookfi eld公司LVDV-Ⅲ-ULTRA型旋转黏度计在25 ℃、40 r/min条件下测定其初始表观黏度。

2 结果与讨论

2.1 降黏剂类型的影响

不同类型的降黏剂对超稠油O/W降黏体系静态稳定性的影响见表2。从表2可看出，DTAC降黏剂对委内瑞拉超稠油无降黏效果；而LAS，OP-10，AEO-10，CVR-V降黏剂对委内瑞拉超稠油均具有较好的初始降黏效果。实验结果表明，降黏剂亲油分子链中含有的苯环结构可增加单个活性分子与油、水界面作用的能力，通过降黏剂中亲水链节可有效阻止稠油液滴之间的瞬间聚并，从而大幅降低超稠油体系的表观黏度，改善体系的流动性能。

从表2还可看出，LAS，OP-10，AEO-10降黏剂对委内瑞拉超稠油虽具有良好的初始降黏效果，但降黏后的超稠油O/W降黏体系稳定性较差，在25 ℃下静置1 d后即出现油水分相的破乳现象。而采用CVR-V降黏剂制得的委内瑞拉超稠油O/W降黏体系静置60 d后的表观黏度仍在1 000 MPa·s左右，其静态稳定时间下的流动性可基本满足45 d船运的需要。这主要是因为CVR-V降黏剂具有大分子的特点：一方面，亲油链节上引入了含苯的功能团，亲油部分可更有效地吸附在超稠油表面，使每个稠油液滴表面都覆盖带有离子基团的活性大分子物质，由于静电排斥的作用，这些具有相同电性的稠油液滴之间不易发生聚集；另一方面，CVR-V降黏剂中的活性大分子物质在稠油液滴周围所形成的亲水膜比小分子降黏剂所能形成的亲水膜厚得多，故在静态稳定的长时间内聚集的液滴数量更少，所以超稠油O/W降黏体系的静态稳定性更优越。实验结果表明，对比单一的阴离子或非离子降黏剂，涂层降黏剂CVR-V在一定条件下可使超稠油O/W降黏体系长时间保持较低的表观黏度，能满足实际应用的需要。

表2 不同类型的降黏剂对超稠油O/W降黏体系静态稳定性的影响Table 2 Effect of the types of viscosity reducers on the static stability of the oil-in-water(O/W) viscosity reduction system

2.2 降黏剂用量的影响

CVR-V降黏剂用量对超稠油O/W降黏体系静态稳定性的影响见表3。由表3可看出，当降黏剂用量较少时（小于0.08%（w）），体系中稠油液滴的自发聚并不能被有效阻止，体系静态稳定性很差，静态稳定时间小于7 d；随降黏剂用量的增加，体系的静态稳定性增加，当降黏剂用量为0.15%（w）时，体系具有最佳的静态稳定性效果，说明在此条件下，降黏剂用量足以维持整个体系的静态稳定性，超稠油液滴之间的聚并几率最低，超稠油液滴数目和粒径在一定时间内不再发生变化。若继续增加降黏剂用量，整个体系静态稳定时间反而缩短，这可能是由于随降黏剂分子数目的不断增加，体系中易形成尺寸更小、数目更多的超稠油液滴，则体系中超稠油液滴的总比表面积增大，形成亲水膜所需的水量增多，当体系含水量不充足时，部分超稠油液滴会通过发生聚并黏连的方式来减少超稠油液滴的总比表面积，以得到需水量平衡，导致表观黏度增大。因此，综合考虑，选择涂层降黏剂用量为0.15%（w）较适宜。

表3 CVR-V降黏剂用量对超稠油O/W降黏体系静态稳定性的影响Table 3 Effect of the CVR-V viscosity reducer amount on the static stability of the O/W viscosity reduction system

2.3 油水比的影响

油水比对超稠油O/W降黏体系静态稳定性的影响见表4。由表4可看出，当油水比等于10∶2时，体系静态稳定较差，静态稳定时间较短。这主要是由于体系中水含量较低，涂层降黏剂与水形成的亲水膜数目相应也少，虽然具有较好的初始降黏效果，但随时间的延长，亲水膜的数量无法有效阻隔超稠油颗粒的聚并。增大体系中水含量可明显改善体系的静态稳定性，当油水比小于10∶3时，CVR-V降黏剂在水中与稠油形成的O/W液滴数量与粒径较为稳定，体系的静态稳定性基本趋于稳定。结合破乳后期脱水工艺及水含量对整体经济效益的影响，油水比应控制在10∶3左右较 适宜。

表4 油水比对超稠油O/W降黏体系静态稳定性的影响Table 4 Effect of oil-water ratio on the static stability of the O/W viscosity reduction system

2.4 温度的影响

委内瑞拉超稠油在集输过程中，特别是船运集输过程中经常伴随着温度的变化，所以需考察温度的影响。温度对超稠油O/W降黏体系静态稳定性的影响见表5。

由表5可看出，在温度较低（低于5 ℃）和温度较高（高于50 ℃）的条件下，超稠油O/W降黏体系超过13 d后均出现稠油结块等破乳脱水现象，这主要是因为：温度过低时，体系中超稠油黏度急剧增加，加速了超稠油液滴的聚并，使体系的静态稳定性受到破坏；温度过高时，则会加剧体系中分子间的热运动，增加油水分子间的碰撞几率，从而导致CVR-V降黏剂与水形成的亲水膜被破裂，使体系的静态稳定性降低。实验结果表明，当CVR-V降黏剂用量为0.15%（w）、温度在15～25℃时，降黏剂与水形成的亲水膜较为牢固，体系的静态稳定性较好，稳定45 d后体系的表观黏度仍小于1 000 MPa·s。

表5 温度对超稠油O/W降黏体系静态稳定性的影响Table 5 Effect of temperature on the static stability of the O/W viscosity reduction system

2.5 搅拌转速的影响

不同的搅拌转速制备的超稠油O/W降黏体系具有不同的静态稳定性。超稠油O/W降黏体系静态稳定性与搅拌转速的关系见图1。从图1可看出，当搅拌转速较低时，体系的表观黏度随时间的延长变化不大，体系的静态稳定性较好，这与文献［14］报道的结果一致；随搅拌转速的提高，体系的表观黏度随时间的延长有所增大；当搅拌转速提高至19 000 r/min时，35 d后体系的表观黏度会突然急剧增大，体系的静态稳定性下降。这是因为搅拌转速越快，体系中形成的超稠油O/W液滴尺寸越小，数目越多，体系中液滴的总比表面积越大。当体系中含水量不足以与CVR-V降黏剂形成更多的亲水膜时，随时间的延长，体系中部分超稠油液滴会发生聚并黏连，导致表观黏度不断增大。因此，在一定的油水比条件下，应选择合适的搅拌转速。综合考虑超稠油O/W降黏体系的性能和经济成本等因素，搅拌转速选择500～1 500 r/min较适宜。

图1 超稠油O/W降黏体系静态稳定性与搅拌转速的关系Fig.1 Effect of stirring speed on the static stability of the O/Wviscosity reduction system.

3 结论

（1） 涂层降黏剂CVR-V兼有非离子和阴离子的特性，相比单一的小分子阴离子或非离子降黏剂，所制备的委内瑞拉超稠油O/W降黏体系具有较好的静态稳定性。

（2） 在CVR-V降黏剂用量0.15%（w）、油水比10∶3、温度25 ℃、搅拌转速1 500 r/min的条件下，得到的委内瑞拉超稠油O/W降黏体系初始表观黏度小于100 MPa·s，在稳定60 d后体系的表观黏度仍小于1 000 MPa·s。

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Static Stability of Venezuela Ultra Heavy Oil Viscosity Reduction System

Ding Bin1，Yang Yuyao2，Mu Longxin1，Wang Pingmei1，Luo Jianhui1
（1. CNPC Research Institute of Petroleum Exploration & Development，Beijing 100083，China；
2. CNPC Fengcheng Oilfield Operation District，Xinjiang Oilfield Company，Karamay Xinjiang 834000，China）

An oil-in-water(O/W) system for Venezuela ultra heavy oil viscosity reduction was prepared using an active macromolecule coating viscosity reducer for the static stability of the system. The effects of different types of viscosity reducers，oil-water ratio，temperature and stirring speed on the static stability of the viscosity reduction system were investigated by the apparent viscosity. Under the conditions of 0.15%(mass fraction) coating viscosity reducer，10∶3 oil-water volume ratio，25℃ and 1 500 r/min stirring speed， the apparent viscosity of the heavy oil keeps less than 1 000 MPa·s after 60 days. The experimental results indicate that the O/W ultra heavy oil viscosity reduction system prepared by coating viscosity reducer has good static stability.

Venezuela ultra heavy oil；coating viscosity reducer；oil-in-water viscosity reduction system；apparent viscosity；static stability

1000 - 8144（2012）08 - 0933 - 05

TQ 314.255

A

2012 - 02 - 08；［修改稿日期］2012 - 05 - 11。

丁彬（1980—），男，湖南省桃江县人，博士，工程师，电话 010 - 83597979，电邮 dingb@petrochina.com.cn。

国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”资助项目（2011ZX05032-003）。

（编辑 邓晓音）