用于重油管输的SDY-3型油溶性降黏剂的合成与评价

张世岭，张秀玲，吴 浩，马华伟，郭继香，吴梁红

1.中国石油大学（北京），北京 102249

2.中国石油规划总院，北京 100083

用于重油管输的SDY-3型油溶性降黏剂的合成与评价

张世岭1，张秀玲2，吴 浩2，马华伟2，郭继香1，吴梁红2

1.中国石油大学（北京），北京 102249

2.中国石油规划总院，北京 100083

重油由于胶质、沥青质含量高，导致黏度较高，造成长距离管输困难。油溶性降黏剂分子可渗入胶质或沥青质分子层之间，起到降低重油黏度的作用。以丙烯酸十八酯、醋酸乙烯酯、马来酸酐、引发剂AIBN为原料，甲苯为溶剂，采用原位合成的方法合成SDY-3型油溶性降黏剂。采用委内瑞拉Merey16重油对油溶性降黏剂的性能进行评价，研究了反应单体、反应温度、反应时间、引发剂加剂量对SDY-3型油溶性降黏剂降黏效果的影响。结果表明，在10～50℃温度区间内，当添加降黏剂的质量分数为5%时，降黏率在41.19% ～59.47%之间；变剪切速率和定剪切速率实验表明，加入SDY-3型油溶性降黏剂的委内瑞拉重油稳定性较好，降黏剂可用于复杂多变的管输环境。

Merey16重油；降黏率；油溶性降黏剂；合成

重油由于胶质、沥青质含量高，导致黏度较高，造成长距离管输困难。传统的输送方法常采用加热降黏技术，但当管道温度降至环境温度时，常发生凝管事故，且其能耗高，占输送量1%以上的重油被烧掉，经济损失较大。掺稀降黏技术由于稀油成本较高，稀油资源有限，且掺稀易造成沥青质沉淀，所以掺稀降黏技术具有一定局限性[1]。化学降黏技术主要分为乳化降黏技术和油溶性降黏技术。乳化降黏技术降黏率高，但是其采出液后期难破乳，且其配方较多，对重油选择性强，在复杂多变的管输环境下稳定性较差[2]。油溶性降黏剂通过溶剂化作用及降黏剂分子的极性基团与胶质、沥青质间的相互作用，可以克服乳化降黏技术的诸多缺陷，同时又能满足重油降黏的要求。

油溶性降黏剂主要是基于原油降凝剂的开发技术。针对胶质、沥青质分子呈堆积状态，利用在高温状态或溶剂作用下堆积层隙疏松的特点，降黏剂分子可渗入胶质或沥青质分子层之间，起到降低重油黏度的作用[3]。相比于降凝剂，降黏剂的结构中含有极性较大和具有表面活性的官能团[4]，增强了降黏剂分子在重油中的分散性、增溶性和渗透性，使降黏剂分子在重油中更好地溶解和分散[5]。

1 实验部分

（1）实验药品。丙烯酸十八酯、醋酸乙烯酯、马来酸酐、引发剂AIBN、甲苯（分析纯）、甲醇（分析纯）、委内瑞拉Merey16重油（用于测试降黏效果）等。

（2） 实验仪器。HAAKE MARSIII型流变仪、DZKW-4电子恒温水浴锅、JJ-1精密定时电动搅拌器、85-2A恒温磁力搅拌器、FA2004电子天平、贝克曼温度计、冷凝管、分液漏斗、氮气瓶等。

2 SDY-3油溶性降黏剂的合成

2.1 降黏剂的合成方法

将装有回流冷凝管、搅拌器和通氮气装置的500mL三口烧瓶放置在恒温水浴槽中，以4∶3∶2的单体质量配比加入一定量的丙烯酸十八酯、醋酸乙烯酯、马来酸酐，并加入质量分数0.7%的引发剂AIBN以及适量的溶剂甲苯，通入氮气后加热至60℃，进行3h共聚反应，冷却后得到具有一定黏度的淡黄色SDY-3型油溶性降黏剂。

2.2 单体降黏效果评价

油溶性降黏剂的不同单体，其极性不同，对破坏重油中胶质、沥青质的层状结构以及石蜡低温析出时空间网络结构的能力也不同，因此油溶性降黏剂降黏效果受单体性质的影响较大。通过考察不同单体的降黏效果，可有效指导油溶性降黏剂的合成和优化。不同单体降黏效果如图1所示。

图1 单体降黏率随着加剂量的变化

由图1中可以看出，随着丙烯酸十八酯加剂量的增加，降黏率不断升高，而醋酸乙烯酯对于降黏率的影响相对较小。马来酸酐在低加剂量时降黏效果较好，加剂量在质量分数1%时降黏率最高，之后随着加剂量的增加降黏率不断下降。由此可知，丙烯酸十八酯加剂量对于油溶性降黏剂降黏效果影响较大，醋酸乙烯酯加剂量影响相对较小，而马来酸酐的加剂量需要控制在合理范围内，才能发挥更好的降黏效果。

2.3 反应温度对SDY-3油溶性降黏剂的影响

聚合反应温度对油溶性降黏剂的合成及降黏效果具有较大的影响，反应温度的确定需综合考虑降黏剂的产率和降黏率。反应温度对于SDY-3油溶性降黏剂性能的影响如图2所示。

图2 反应温度对油溶性降黏剂性能的影响（降黏剂质量分数为5%）

从图2中可以看出，随着反应温度的上升，SDY-3油溶性降黏剂产率逐渐下降，基本维持在80%左右。反应温度对聚合物聚合度及重油的降黏效果均具有较大的影响，反应温度过低，单体聚合不充分，降黏效率低；反应温度过高，单体聚合度过高，导致部分降黏剂分子长链烷基断裂，降黏效率低。综合考虑降黏剂的产率和降黏率，认为反应温度为60℃时最为适宜。

2.4 反应时间对于SDY-3油溶性降黏剂的影响

反应时间的长短直接影响油溶性降黏剂分子的转化率，对降黏效果影响较大。改变合成反应时间考察SDY-3油溶性降黏剂降黏效率的结果见图3。

图3 反应时间对降黏剂性能的影响（降黏剂质量分数为5%）

从图3中可以看出，随着反应时间的增加，SDY-3油溶性降黏剂的降黏率逐渐增高，当反应时间为3 h时，达到最高55.2%，继续增加反应时间，反应产物降黏率开始下降，当反应时间为5 h时，产品降黏率仅为24.7%。由此可以看出，当反应时间不足时，共聚反应不充分，产物多表现为单体的降黏性质，导致降黏率低。当反应时间为3 h时，共聚反应较充分，产物降黏性质较优。继续增加反应时间，导致反应产物进一步聚合，分子量过高，不利于降黏。控制聚合反应时间，可以提高反应产物的降黏效果，提升SDY-3油溶性降黏剂的降黏率。

2.5 引发剂加剂量对SDY-3油溶性降黏剂的影响

引发剂加剂量是影响油溶性降黏剂分子结构的重要因素之一，控制合理的油溶性降黏剂分子量可以有效提高降黏效果。引发剂加剂量对SDY-3油溶性降黏剂性能的影响如图4所示。

图4 引发剂加剂量对降黏剂性能的影响（降黏剂质量分数为5%）

从图4中可以看出，当引发剂用量过低时，反应产物的降黏率低；随着引发剂加剂量的增加，反应产物的降黏率逐渐升高，当引发剂加剂量为质量分数0.7%时，降黏效果最佳；继续提高加剂量，降黏率持续降低。这是因为当引发剂加剂量较少时，聚合反应速率慢，聚合不充分，导致反应产物降黏效果差。当引发剂加剂量过高时，引发剂分子间笼蔽效应作用明显，降低了引发效率，导致反应产物降黏效果差。通过控制引发剂加剂量，可以有效控制SDY-3油溶性降黏剂的分子量，提高降黏效率。

3 SDY-3型油溶性降黏剂性能评价

3.1 加剂量对降黏效果的影响

考察SDY-3型油溶性降黏剂质量分数分别为0.5%、1%、2%、5%时的降黏效果，结果如图5所示。

图5 降黏剂不同加剂量时的黏温曲线

从图5中可以看出，随着温度的升高，重油黏度逐渐降低；随着降黏剂加剂量的增大，重油黏度逐渐降低，降黏率不断升高，说明SDY-3型油溶性降黏剂对于委内瑞拉重油有较好的降黏效果。试剂加剂量质量分数为5%时效果明显；当加剂量质量分数为5%，温度在10～50℃区间内时，降黏率在41.19% ～59.47%之间。

3.2 加剂温度对降黏效果的影响

在室温（约27℃）和50℃下，分别在油样中加入5%降黏剂后测试各温度下的黏度，实验结果见表1。

从表1可以看出，在不同的加剂温度下，黏度及降黏率变化均不大，这表明加剂温度对降黏效果几乎无影响，说明SDY-3型油溶性降黏剂可以适应管输过程中不同的加剂温度。

3.3 降黏剂变剪切速率稳定性

对在不同温度下加入质量分数5%SDY-3型油溶性降黏剂的委内瑞拉重油，做变剪切速率稳定性测试，剪切速率范围为0.1～200 s-1，实验结果如图6所示。

表1 不同加剂温度下SDY-3的降黏效果

图6 在不同温度、变剪切速率下黏度的变化

从图6中可知，加入SDY-3型油溶性降黏剂的委内瑞拉重油在不同温度、不同剪切速率下均保持了较稳定的降黏效果。

3.4 降黏剂定剪切速率稳定性

对在不同温度下加入质量分数5%SDY-3型油溶性降黏剂的委内瑞拉重油，进行定剪切速率稳定性测试，剪切速率为10s-1，剪切时间为1h，实验结果如图7所示。

由图7可知，加入SDY-3型油溶性降黏剂的委内瑞拉重油，经过1h定剪切后其黏度均比较平稳，表明在定剪切速率下，SDY-3型降黏剂稳定性较好。

4 结论

（1）在10～50℃温度区间内，当加剂的质量分数为5%时，降黏率在41.19%～59.47%之间，这表明在海拔落差较大，温度变化幅度较大的复杂多变的管输环境下，SDY-3型油溶性降黏剂仍可以保持较好的降黏效果。

图7 在不同温度、定剪切速度下黏度的变化

（2）经过变剪切速率和定剪切速率实验，加入SDY-3型油溶性降黏剂的委内瑞拉重油稳定性较好，这表明即使经过泵高速剪切或长距离管输，该降黏剂性能仍然稳定，说明SDY-3型油溶性降黏剂能够适应复杂多变的管输环境。

[1]郭继香，张江伟.重油掺稀降黏技术研究进展[J].科学技术与工程，2014，14（36）：124-132.

[2]任玉洁，谷俐，吴玉国，等.重油乳化降黏减阻输送技术进展[J].当代化工，2015（9）：2 215-2 218.

[3]张凤英，李建波，诸林，等.重油油溶性降黏剂研究进展[J].特种油气藏，2006，13（2）：1-4.

[4]姚海军，司马义·努尔拉.高稠原油流动改性剂（降凝、降黏剂）的研究进展[J].化学工程与装备，2008（9）：112-115.

[5]陈秋芬，王大喜，刘然冰.油溶性重油降黏剂研究进展[J].石油钻采工艺，2004，26（2）：45-49.

Synthesis and evaluation of SDY-3 oil-soluble viscosity reducer for heavy-oil pipeline transportation

ZHANG Shiling1，ZHANG Xiuling2，WU Hao2，MAHuawei2，GUO Jixiang1，WU Lianghong2
1.China University of Petroleum（Beijing），Beijing 102249，China
2.China Petroleum Planning and Engineering Institute，Beijing100083，China

The molecules of oil-soluble viscosity reducer can seep into molecular layers of colloid or asphalt to reduce viscosity of heavy oil.SDY-3 oil-soluble viscosity reducer was synthesized by in-situ synthesis method using vinylacetate，maleic anhydride and initiator AIBN as raw materials and toluene as solvent.The effects of reaction conditions on the viscosity reduction of SDY-3 oil-soluble viscosity reducer were studied by investigating the reaction monomer，reaction temperature，reaction time and initiator dosage.The SDY-3 oil-soluble viscosity reducer was evaluated by applying Venezuelan Merey16 heavy-oil.The results showed that viscosity reduction rate of SDY-3 was 59.47%in the temperature range of 10～50℃，and the stability was good in complex and variable pipeline transportation conditions.

Merey16 heavy-oil；viscosity reduction rate；oil-soluble viscosity reducer；synthesis

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.03.007

张世岭（1990-），男，新疆乌鲁木齐人，中国石油大学（北京）化学工程与技术专业2016级在读博士，研究方向油田化学。

2017-01-10

Email：zsljames@163.com