内蒙锡-14区块稠油热采乳化降黏技术研究

2015-01-10罗咏涛

化工管理 2015年1期

关键词：黏剂稠油乳液

罗咏涛

(中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，北京 100083)

内蒙锡-14区块稠油热采乳化降黏技术研究

罗咏涛

(中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，北京 100083)

针对内蒙锡-14区块稠油热采工艺效率低、经济性差的问题，分析了该区块稠油组成、物性和水质特点，研制了一种耐高温复合乳化降黏剂，并考察了乳液体系的微观形态、流变性质和黏温性质。研究结果表明，锡-14区块稠油中胶质含量超过50%，是造成其高黏度的主要原因，由HLB值在12～14范围内的非离子表面活性剂组成的复合降黏剂对该区块稠油具有良好的乳化效果，在加剂质量浓度为2000 mg/L时即可形成均匀的水包油乳液，该剂耐温性能超过280℃；采用该乳化剂所配制的稠油乳液体系液滴粒径约2～8μm，分布均匀、稳定，乳液体系黏度约20～30 mPa·s，且基本不受剪切速率和温度变化的影响，呈现牛顿流体特性，满足蒸汽热采工艺要求。

稠油；热采；乳化；乳液；降黏

随着常规石油资源的日益枯竭，稠油产量不断上升，已经成为我国重要的石油资源。内蒙古探区是中原油田近年来新开发的稠油区块，勘探面积约30000km2，接近东濮老区的6倍，具有良好的开发前景。其中，锡-14区块属于内蒙古探区白音查干油田，含油面积约30km2，已探明地质储量4×107t，并呈现快速增长的势头。该区块油藏埋深约400～500m，地层温度仅20～30℃，稠油黏度高达104～106mPa・s以上，流动性较差，地层孔隙度约30%，渗透率约882mD，属高孔高渗油藏。目前，该区块采用蒸汽热采工艺生产稠油，已有6口热采井形成工业油流，但由于油层浅、壳层薄、保温性差，蒸汽热损失严重、效率低下，油汽比平均不足0.05，显著低于0.1的经济可行性指标。乳化降黏技术是提高稠油采收率的有效手段，已在国内外各油田得到广泛应用[1～3]。该技术通过乳化降黏剂的乳化作用使稠油形成黏度极低的水包油乳状液[4～6]，大幅提高地层流动性，从而实现较高的采收率。目前油田应用较多的乳化降黏剂主要是烷基磺酸盐类化合物，这类降黏剂耐温、耐盐性较好，但对高黏、高胶质稠油乳化效果差，应用效果不理想。

针对锡-14稠油区块蒸汽吞吐热采工艺，研究耐高温稠油乳化降黏剂及应用技术，是提高开采效率的有效方法。

1 实验部分

1.1 实验仪器与药品

实验仪器：赛默飞世尔科技(中国)有限公司Haake VT550型旋转黏度计，上海光学仪器六厂显微成像仪；

表面活性剂：十四烷基三甲基溴化铵，十二烷基苯磺酸，十四烷基甜菜碱，吐温80，购自国药集团化学试剂公司。

1.2 实验步骤

（1）稠油乳液的制备。称取70mL稠油样品于烧杯中，置于30℃水浴中恒温1h，加入30mL乳化降黏剂地层水溶液，用玻璃棒搅拌5min，观察乳化情况，并测定乳液体系黏度和流变性质。

（2）黏温和流变性质的测量。采用Haake VT550型旋转黏度计测定稠油及乳液黏温、流变性质。

2 结果与讨论

2.1 稠油组成、物性及水质分析

乳化降黏剂对稠油的乳化效果主要受稠油组成和乳化用水水质的影响。对锡-14区块的典型稠油样品进行了组成及物性分析，结果见表1。该区块稠油中胶质含量超过50%，是造成其黏度高的主要原因，沥青质、蜡含量较低，对黏度影响很小。这种类型的稠油通常选择亲油端具有较长碳链的乳化降黏剂。

表1 锡-14稠油样品组成物性分析

对X14-P1稠油的黏温性质进行考察，结果见图1。该稠油黏度随温度变化显著，30℃黏度高达271200mPa・s，而80℃黏度仅2970mPa・s，具有较强温敏性。锡-14区块由于地层保温性差，注蒸汽后只有近井地带能在短时间内达到80℃以上温度，大部分区域只有30～40℃，黏度非常高，常规技术开采效率低，而乳化降黏技术是一种更有效的手段。

图1 X14-P1稠油黏温曲线

对锡-14区块地层水进行金属离子含量分析，结果见表2。地层水中金属离子总质量浓度约2500mg/L，钙含量仅为118mg/L，属于低盐水质，大多数类型的乳化降黏剂都适用于这种水质。

表2 锡-14地层水金属含量分析

2.2 乳化降黏剂研制

乳化降黏剂对稠油的乳化作用效果主要受其所含表面活性剂分子的亲水端类型和亲水亲油平衡值（HLB值）的影响。不同的亲水端类型所产生的空间斥力和静电斥力不同，乳化效果也不同。

试验考察了不同亲水端类型的表面活性剂对X14-P1稠油的乳化效果，加剂质量浓度为5000mg/L，结果见表3。非离子型表面活性剂吐温80对锡-14稠油具有较好的乳化效果，可形成均匀乳液。在乳液形成的过程中，非离子型表面活性剂分子由于具有较长的亲水链，吸附在乳化油滴表面后产生较强的空间障碍，从而阻止乳化液滴之间聚并，使稳定的水包油乳液体系更易于形成。其它类型的表面活性剂由于亲水基团较短，所产生的斥力不足，导致乳液体系无法形成。

表3 不同亲水端类型对锡-14稠油的乳化效果

表面活性剂的HLB值也是影响乳化效果的重要因素。采用几种不同类型非离子型表面活性剂进行复配，制备具有不同HLB值的复合乳化降黏剂，考察在加剂质量浓度仅为2000mg/L时对X14-P1稠油的乳化效果，结果见表4。乳化降黏剂的HLB值在12～14时，对锡14稠油的乳化效果较好，可形成均匀乳液。HLB值体现了处于油水界面上的表面活性剂分子在油相和水相中的伸展程度。HLB值越低，表面活性剂分子伸展在油相中的部分越多、占据的空间越大，在水相中的部分越少、占据的空间越小，因而易于形成油包水乳液；反之，则易于形成水包油乳液。但是，过高的表面活性剂HLB值也会造成油水界面曲率过大，无法形成球体，反而不利于乳化。

表4 HLB值对复合剂乳化性能的影响

2.3 乳化降黏剂耐温性能考察

根据锡-14区块现有蒸汽吞吐工艺，注入乳化降黏剂水溶液段塞后再注蒸汽是比较可行的实施方案，降黏剂与热蒸汽存在一定接触面，接触温度超过250℃，要求降黏剂具有较好耐温性能。

根据乳化降黏技术实施工艺，将乳化降黏剂C、D分别配制成2%水溶液，在高压反应釜中280℃恒温静置24h，然后考察其乳化性能。试验结果表明，降黏剂水溶液经高温处理后乳化性能无显著变化，仍可使锡-14稠油形成均匀乳液。

2.4 乳液体系微观形态测量

采用显微成像仪观察乳液体系中的液滴形态并测量液滴粒径，见图2。所制备乳液体系中，油滴呈圆球状，粒径约2～8μm，分布较均匀，具有较高的稳定性。通常，在乳液体系中，分散相液滴粒径越小、分布越均匀，体系稳定性越高。这是由于液滴粒径较小时，受布朗运动的影响越大、受重力作用的影响越小，不容易发生聚集和沉降，见图2。

2.5 乳液体系流体性质考察

稠油乳液体系的流体性质是决定开采效率的关键指标。乳液体系在油藏中流动时，其黏度越低、流动速度越快，则越易于采出，开采效率越高。

(1)乳液体系的流变性质.试验考察了X14-P1稠油乳化前后的50℃流变曲线，结果见图3。

图2 乳液体系显微成像照片

X14-P1稠油的流体特性分为两个部分。在较低剪切速率下，黏度随剪切速率增加而下降，在剪切速率从20s-1增大至50s-1过程中，黏度从18870mPa・s下降至3102mPa・s，呈现剪切变稀的非牛顿流体特性；在剪切速率大于50s-1时，黏度随着剪切速率的增加基本保持不变，呈现牛顿流体特性。在锡14稠油开采过程中，由于稠油在地层流速很低，剪切速率相当于实验条件的20s-1以下，因而实际黏度大于18870mPa・s。

相对而言，X14-P1稠油乳液体系黏度大幅降低，仅为20～30mPa・s，降黏率超过99%，且不受剪切速率变化影响，呈现牛顿流体性质。这是由于稠油乳液体系黏度主要由外相黏度决定，而外相为水相，其黏度仅为1mPa・s左右，使得乳液体系整体黏度较低。

图3 X14-P1稠油乳化前后的流变曲线

试验还考察了X14-1408稠油乳化前后50℃流变曲线，结果见图4。该稠油虽然初始黏度高达500～1600mPa・s，但乳化后黏度仅为20mPa・s左右，与X14-P1稠油乳液体系接近。试验结果表明，当油相为内相时，其黏度对乳液体系黏度影响不大。

图4 X14-1408稠油乳化前后的流变曲线

(2)乳液体系的黏温性质.在锡-14稠油热采过程中，由于蒸汽热能损耗，离注汽部位较近处的地层温度较高，较远处的地层温度较低，温度变化范围约30～80℃。如果乳液体系黏度受温度影响较大，则会在黏度较高区域形成阻力，导致整体驱油效率下降。试验考察了X14-P1稠油乳液体系的黏温曲线，结果见图5。试验结果表明，乳液体系黏度在20～30mPa・s范围内波动，基本不受温度变化的影响。