GCS-YR油溶性降黏剂的研制与应用

李德儒中石化河南油田分公司采油二厂

GCS-YR油溶性降黏剂的研制与应用

李德儒
中石化河南油田分公司采油二厂

河南油田稠油属于特、超稠油，采用蒸汽吞吐辅助注降黏剂技术可实现经济有效开采，但在开采初期，地层中含水较少，水溶性降黏剂对油包水型乳状原油难以起到降黏效果，为此，研制了耐高温油溶性降黏剂。利用正交实验方法进行了GCSYR油溶性降黏剂的配方实验，确定了基本配方为：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%四氢萘ZZJ-6+74%溶剂油RJ-5，通过室内实验确定了最佳加药质量分数为3%。室内实验表明，该配方耐温350 ℃，对低含水原油降黏率可达80%以上，并且与油田用AR型集输破乳剂具有良好的配伍性。该降黏剂在井楼油田进行6井次现场试验，平均单井产量提高41 t，平均油气比提高0.03。GCS-YR型油溶性降黏剂适用于河南油田蒸汽吞吐后的稠油开采，可提高河南油田稠油油藏采收率。

河南油田；稠油开发；油溶性降黏剂；正交实验；耐温性；配伍性

国家专利：一种耐高温油溶性降黏剂及其制备方法（201510375068.2）。

河南油田稠油储量丰富，主要以特稠油、超稠油为主（动用地质储量3 396×104t），占总动用地质储量的66.2%，平均原油黏度在20 000 mPa·s以上。而河南油田采油二厂井楼油田区块的稠油黏度更是高达30 000～50 000 mPa·s，利用蒸汽吞吐技术进行开采时，需要辅助注入降黏剂以提高蒸汽吞吐效率。但是对于蒸汽吞吐开采初期的油井，由于地层水含量较少，此时在高温蒸汽作业下极易形成油包水乳状液，使稠油黏度大大增加，此时，水溶性降黏剂使用效果较差，所以需要研究一种油溶性降黏剂，油溶性降黏剂可以在蒸汽注入过程中迅速接触并分散于油包水乳状液的外层稠油，达到对油包水乳状液快速降黏的效果。

从降黏工艺角度看，要求稠油降黏剂具有物化性能稳定、易破乳性、较高的降黏率等特点；从化学角度看，要求降黏剂的主要成分表面活性剂的亲油基结构与稠油组分的结构有一定的相似性。根据以上原则，确定出油溶性降黏剂的组成如下［1-2］：主剂+溶剂+助溶剂，其中，主剂是利用其分子中的离子段与胶质、沥青质中的极性基团反应，使沥青质分子解离后无法形成网架，改变了大分子化学键之间的结合力，从而降低原油黏度；溶剂主要作用是溶解主剂；助溶剂作用是加快药剂溶解。油溶性化学降黏剂可以改善原油流动性、降低原油黏度，尤其是对含水低的乳化稠油，可以有效降低蒸汽吞吐初期地层中乳化稠油的黏度，提高蒸汽吞吐效率［3-7］；并且与集输用破乳剂配伍良好，可提高破乳脱水速率。

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

1.1实验材料与实验仪器

Test materials and instruments

油溶性降黏剂主剂：乙酸乙烯酯共聚物ZJ-3（无色透明溶液）、由脂肪胺为起始剂的聚氧乙烯聚氧丙烯醚ZJ-4（黄色黏稠膏状物）、酯化改性聚醚ZJ-5（无色至淡黄色有一定黏度的液体），以上降黏剂主剂均为实验室自制；助溶剂为四氢萘ZZJ-6，分析纯；溶剂为溶剂油RJ-5（馏程140～200 ℃）；原油为楼8-平5采出稠油（黏度33 687 mPa·s、含水量7.5%）。

ND J-99型旋转黏度计（四川成都仪器厂）；DZF-6050型真空干燥箱（上海博迅实业有限公司医疗设备厂）； Diamond TG/DTG热失重/差热分析仪（美国Perkin Elmer公司）。

1.2正交试验

文中总结归纳了国外的一些关于开洞板柱结构节点的抗冲切试验，结合各国的抗冲切承载力的设计公式，将得到的抗冲切承载力的设计值和试验中的实际值进行对比分析，为我国规范的修订提供参考。

Orthogonal tests

正交试验设计是研究多因素多水平的设计方法，它是根据正交性从试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点。本次通过反复进行正交试验，找出复配后最佳配比，形成最后的降黏剂配方，达到高降黏率、低成本的目的。

列出正交实验设计表，其中ZJ-3、ZJ-4、ZJ-5根据单剂筛选时2%降黏率较高，选择质量分数在1%～3%之间，助溶剂最高使用质量分数为50%，最低使用质量分数为10%。本实验考察指标是降黏率。

实验步骤为：用烧杯装入一定数量的脱游离水特稠油，在50℃恒温水浴锅中静置60 min后，用旋转黏度计测得50℃下的稠油黏度。然后将50℃恒温水浴锅中的特稠油分成质量相同的9份，在这9份特稠油中分别加入按照表1（L9（34））设计的配方配制的油溶性降黏剂并搅拌均匀，用旋转黏度计测定乳状液黏度，计算降黏剂的降黏率。见表1、表2。

表1　油溶性降黏剂实验因素水平表Table 1 Factors in tests for oil-soluble viscosity reducer

表2　油溶性降黏剂正交实验结果Table 2 Results of orthogonal tests for oil-soluble viscosity reducer

本方案中，为四因素三水平，通过分析正交实验结果，确定出ZJ-3、ZJ-4、ZJ-5、 ZZJ-6这4种单剂对降黏效果的影响和各自的药剂加入量范围。同时为了进一步确定出这4种单剂的加入量，又缩小加入质量分数范围，继续进行正交试验。最终得出了降黏率最高的正交实验结果：3%ZJ-3+2%ZJ-4+1%ZJ-5+20%ZZJ-6+74%RJ-5。

2 GCS-YR油溶性降黏剂性能评价Assessment on performance of the GCSYR oil-soluble viscosity reducer

2.1降黏剂质量分数对降黏效果的影响

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

评价降黏剂加入量对降黏效果的影响主要是测原油中加入不同质量分数的油溶性降黏剂然后测定其降黏率，根据降黏率大小来评价降黏效果。取10份装有相同质量的脱游离水特稠油，分别加入质量分数为1%～10%的油溶性降黏剂并搅拌均匀，然后测定乳状液黏度，按照黏度下降的比例计算降黏率。从图1可以看出，GCS-YR油溶性降黏剂对特稠油具有较好的降黏效果，当药剂加入质量分数达到3%后，降黏率在83%以上，但随着油溶性降黏剂质量分数增加，降黏率增加较少，综合考虑成本及降黏效果，降黏剂最适质量分数为3%。

图1　降黏剂质量分数对降黏效果影响Fig.1 Impacts of mass fraction of the viscosity reducer on viscosity-reducing performance

2.2降黏剂对不同含水率原油降黏效果的影响

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剂提高原油采收率的一个主要作用是使原油形成水外相乳状液，降低稠油黏度。实验用完全脱水的稠油与原油采出游离水按照不同体积比例配制了不同含水量的乳化原油，然后测定质量分数为3%油溶性降黏剂在50℃时对纯油、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：纯油中加入该配方的油溶性降黏剂的降黏率为84.1%，降黏剂的降黏率基本不受含水影响，当原油含水小于70%时，降黏率在80%以上；而当原油含水大于90%时，由于受仪器限制，原油黏度无法准确测定。

表3　降黏剂对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降黏剂耐温性能评价

Assessment on heat resistance of the viscosity reducer

为保证降黏剂在热采油藏温度条件下能有效发挥作用，需要对降黏剂进行耐温性能评价，本文通过差热分析法［8］与热滚法［9］测定了油溶性降黏剂GCS-YR的热稳定性及耐温性能。

2.3.1降黏剂的热稳定性 利用差热分析法（热重分析仪）测定油溶性降黏剂在高温下的热稳定性。在惰性气体氛围中30～370 ℃范围内测量，得到差热分析谱图，为了进一步研究损失部分的形式，在30～370 ℃范围内测量降黏剂的热重分析谱图（图2）。

图2　降黏剂的热重曲线和差热分析曲线Fig.2 Thermogravimetric curve and differential thermal analysis curve of the viscosity reducer

从图2可以看出，随着温度升高，降黏剂质量在30～160 ℃之间损失严重，质量损失率达32.18%，表明该温度范围内，降黏剂中存在或生成了易挥发小分子；在160～350 ℃之间曲线趋于平缓，即质量不再损失，说明降黏剂处于稳定状态，不再有分子逸出；超过350 ℃，质量再次大幅度降低，说明降黏剂又开始熔融吸热。因此，在160～350 ℃温度范围内，GCS-YR体系的TG和DSC曲线都趋于平缓，表明无质量变化和新相生成，即体系处于稳定状态。2.3.2 降黏剂的耐温性 将GCS-YR油溶性降黏剂置于350 ℃条件下的高温热滚炉中热滚48 h。然后按照2.1中测定降黏率的方法测定热滚后的降黏剂在不同加药量下对稠油的降黏效果，并与热滚前数据进行了对比。如图3所示，可以看出不同质量分数的降黏剂经过高温热滚处理之后降黏率变化不大，表明该降黏剂具有很好的耐温性能。

图3　降黏剂耐温性能评价Fig.3 Assessment on heat resistance of the viscosity reducer

2.4油溶性降黏剂与集输破乳剂配伍性

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

根据原油破乳剂使用性能检验方法（瓶试法）SY/T 5281-2000［10］，对破乳剂脱水进行了实验，选用目前河南油田采油二厂联合站用AR型集输破乳剂进行了破乳脱水实验（表4），破乳剂加量为0.05%。实验时降黏剂加量从3%递增至20%，实验温度为50 ℃。

表4　油溶性降黏剂对破乳剂脱水的影响Table 4 Impacts of the oil-soluble viscosity reducer on dewatering of the de-emulsifier

实验结果表明： 随着加入的降黏剂质量分数的增加，油水界面越来越清晰［11-12］，脱出的水质也越来越好，脱水率也逐渐增加，说明该油溶性降黏剂与该破乳剂具有很好的配伍性，同时GCS-YR油溶性降黏剂又能对原油脱水起到促进作用。

3 应用实例Applications

GCS-YR油溶性降黏剂于2014年2月份投入现场，取得了较好的效果。其中井楼油田七区南部的楼71000井是一口采油井，据原油全分析资料，该井生产的Ⅱ61层油层温度下属于超稠油，沥青质、胶质含量34.14%，含蜡量21.66%，凝固点10.0 ℃。楼71000井上返到Ⅱ61层后，蒸汽吞吐第1周期平均日产油2.0 t，但有效生产时间较短。为降低原油黏度继续保持油井产能，延长生产时间，在第2周期配套实施水溶性降黏措施，生产时间有所延长，但平均周期日产油1.1 t。分析认为该井原油黏度高，且处于低周期生产，因此在第3周期配套使用GCS-YR油溶性降黏剂，通过室内实验，该井现场取回的原油中加入质量分数为3%的GCS-YR油溶性降黏剂后，旋转黏度剂测得原油表观黏度由61 589 mPa·s降至9 563 mPa·s。见表5。

表5　楼71000井各吞吐周期生产情况Table 5 Huff-and-puff cycles of Well Lou-71000

现场应用表明，低周期采用GCS-YR油溶性降黏措施效果好于单纯蒸汽吞吐及水溶性降黏措施，生产天数有所增加并且日产油提高明显，油汽比提高0.07，适用于河南油田稠油蒸汽吞吐的配套措施。

截至目前，GCS-YR油溶性降黏剂现场应用6井次，取得了较好的效果，油井生产周期延长33 d、平均单井产油量提高41 t，油汽比由工艺实施前的0.18提高至0.21。如表6所示。

表6　GCS-YR油溶性降黏剂的现场应用效果Table 6 Field application results of the GCS-YR oil-soluble viscosity reducer

4 结论Conclusions

（1）室内实验表明：GCS-YR油溶性降黏剂对河南油田采油二厂超稠油降黏效果明显，纯油中加入该配方的油溶性降黏剂后降黏率达到80%以上，降黏剂降黏率基本不受含水影响；高达350 ℃的耐温能力尤其适用于热采井原油的降黏。

（2）GCS-YR油溶性降黏剂在现场应用6井次均取得良好效果，其中楼71000井注入降黏剂后产油量提高37 t，油汽比提高0.07，说明该油溶性降黏剂在河南油田有广阔的应用前景。

（3）GCS-YR油溶性降黏剂对原油黏度为50 000 mPa·s以上的超稠油降黏后，黏度仍在10 000 mPa·s左右，此时原油流动性仍较差，下一步需进一步优化改进配方，提高对超稠油的降黏效果。

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（修改稿收到日期 2016-01-25）

〔编辑 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年毕业于大庆石油大学石油地质专业，现主要从事油气田开发工作。通讯地址：（473400）河南省唐河县采油二厂。电话：0377-63840418。E-mail：ldr7441@sohu.com

引用格式：李德儒. GCS-YR油溶性降黏剂的研制与应用［J］.石油钻采工艺，2016，38（2）：267-271.