一剂双效稠油降黏剂的制备与性能评价*

于世虎

（中国石油川庆井下作业公司四川川庆井下科技有限公司，四川广汉618300）

稠油黏度大，流变性能差，采收率低，严重影响其开发利用［1-2］。常用的稠油降黏方法主要有：加热降黏法、掺稀油降黏法、化学降黏法、微生物降黏法和超声波降黏法等［2-5］。其中，化学降黏法工艺成熟，应用范围广泛。研究发现［6-9］，在降黏剂分子上引入极性基团和表面活性基团能破坏胶质沥青质聚集结构，大幅提高降黏效果。甜菜碱类表面活性剂分子中同时含有极性基团和表面活性基团，具有高抗盐耐温性能及良好的界面性能，对人体和环境伤害小，并能大副降低非离子和阴离子复配时的色谱分离效应，在提高油藏采收率方面潜力巨大［10-12］，是未来抗高温高盐驱油剂重点研究的方向。张晓云等［2］用脂肪酸酯乙基磺基甜菜碱、混合芳烃、互溶剂、表面活性剂复配制备了一种油溶性稠油降黏剂，加量不超过5%，降黏效果显著。吕文怡等［13］将十二烷基二甲基甜菜碱（BS-12）与非离子表面活性剂曲拉通（Triton X-100）复配使用可使稠油降黏率达到92.63%。栗原君等［14］通过模拟实验发现低矿化度水驱加后续低矿化度表面活性剂（十六烷基羟丙基磺基甜菜碱）驱的组合方式可使采收率最高达41.1%。燕玉峰［15］制得的油酸酰胺羟丙基磺基甜菜碱（OASB）对于滨南稠油具有较好的乳化降黏效果，加量为1000 mg/kg时的降黏率达99.3%。

笔者设计并合成出了一种磺基甜菜碱表面活性剂［16-17］，既能作为油溶性降黏剂又能作为乳化降黏剂，具有一剂双效的功能。该降黏剂分子中的酰胺基等具有较强的极性，能破坏胶质沥青质层状堆积结构的稳定性；疏水长链能增强在稠油中的溶解性能和层状堆积结构中的渗透效果；双键能增强分子强度，维持“疏松”和“分散”的效果，避免沥青质似晶结构（1.5数3 nm）再聚集；分子的磺基季铵盐结构能提高耐温抗盐性能；分子具有表面活性，对于含水稠油可以形成水包油型（O/W）乳液，起到乳液降黏的效果。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

油酸、N，N-二甲基-1，3-丙二胺、甲苯、氯仿（三氯甲烷）、丙酮，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；丙磺酸内酯，分析纯，上海化学试剂总厂；酯化聚合物降黏剂XB-80、复合降黏剂SHNJ-3，滨州滨化化工有限公司；稠油，胜利油田滨南采油厂和新疆油田；自来水；模拟地层水，离子组成见表1。

表1 不同矿化度模拟地层水的离子组成

AL104 型电子天平，上海梅特勒利托有限公司；DHT 型搅拌调温电热套，上海帅登仪器有限公司；SHB-B95 型循环水式多用真空泵，郑州长城科贸有限公司；RE-52A 型旋转蒸发器，上海亚荣生化仪器厂；GZX 型真空干燥箱，上海精密仪器仪表有限公司；MAGNA 750型红外光谱仪，美国Nicolet公司；HH-S1 型恒温水浴槽，金坛市医疗仪器厂；NDJ-1B 型旋转黏度计，上海昌吉地质仪器有限公司；4520B型原子吸收光谱仪，南京科捷分析仪器有限公司。

1.2 实验方法

（1）稠油降黏剂 YJN-1 的制备。YJN-1 的合成分为两步［18］：①酰胺化反应。以油酸和N，N-二甲基-1，3-丙二胺为原料，采用甲苯作为带水剂，反应温度为140℃，反应时间5 h，反应结束后减压蒸馏出甲苯和过量的N，N-二甲基-1，3-丙二胺，得到黄色油状物。②季铵化反应［18］。将丙磺酸内脂溶于丙酮中，然后与①中制得的叔胺中间体反应，50℃下回流6 h，产物及时析出，促使反应平衡向正反应方向移动，产率和纯度高，反应结束后，产物用丙酮洗涤2数3次，洗去过量的1，3-丙磺酸内酯，最后在真空干燥箱中低温干燥，得到淡黄色的黏稠膏状物。合成步骤如图1所示。

图1 油酸酰胺丙基磺基甜菜碱合成步骤

（2）稠油黏度和组分的测定。稠油脱水后在50℃下恒温30 min，用旋转黏度计测定稠油黏度，根据稠油的黏度选择合适的转子或调整转速，测量值在相应量程的30%数80%范围内时较为准确。根据石油天然气行业标准SY/T 5119—2008《岩石中可溶有机物及原油族组分分析》进行四组分分离，然后测量稠油中的胶质、沥青质、芳香分、饱和分的含量；用原子吸收光谱仪测定稠油中Ni、V的含量。

（3）降黏率的测定。将稠油脱水后在50℃下恒温0.5 h，测定稠油降黏前的黏度；然后将YJN-1 与稠油混合并搅拌均匀，在50℃下恒温0.5 h，测定稠油降黏后的黏度。根据稠油降黏前后的黏度差与降黏前的黏度比值计算降黏率。

（4）乳化降黏效果。按照油水体积比70∶30，将稠油与YJN-1 水溶液混合（YJN-1 按稠油质量计），在50℃下恒温1 h，以200数500 r/min速率搅拌乳化5 min，迅速用旋转黏度计测定乳液黏度。用同样的方法制备油水乳状液，迅速倒入透明塑料杯中，在50℃下恒温静置1 h后，刺穿塑料杯底部，放出下层水到量筒中（油层中的水量忽略不计），测量水的体积并计算脱水率。

2 结果与讨论

2.1 降黏剂YJN-1的结构

YJN-1 的红外吸收光谱图（图2）中，2924 cm-1处为—CH2的不对称伸缩振动吸收峰；2854 cm-1处为—CH2—的对称伸缩振动吸收峰；1651 cm-1处为C=O 的伸缩振动吸收峰；1466 cm-1处为—CH3的弯曲振动吸收峰；1039 cm-1处为S=O的伸缩振动吸收峰；1190 cm-1处为—SO2的不对称伸缩振动吸收峰；3292 cm-1附近为N—H 的伸缩振动吸收峰；1545 cm-1处为N—H弯曲振动吸收峰；729 cm-1处为—CH2面内摇摆振动吸收峰；在甲基振动吸收峰的左侧3006 cm-1处有一个较弱的吸收峰，为=C—H的振动吸收峰。由此可知，合成产物与所设计的油酰胺丙基磺基甜菜碱分子结构一致。

图2 油酸酰胺丙基磺基甜菜碱红外吸收光谱图

2.2 油溶性降黏剂的性能评价

通过降黏后稠油的黏度和降黏率来评价降黏剂的降黏效果。根据稠油黏度能直接判断出降黏处理后的黏度是否达到开采或输送的要求；降黏率可反映降黏剂对不同稠油的降黏幅度及在不同温度下的降黏效果。

2.2.1 与市售降黏剂的对比

新疆油田（1#）和胜利油田（2#）稠油的物性参数如表2所示。

表2 两种稠油样品的物性参数

在50℃下，0.5%YJN-1、XB-80、SHNJ-3 降黏剂对1#和2#两种稠油的降黏效果如表3所示。YJN-1降黏剂对两种稠油的降黏率约为91.5%，好于XB-80；YJN-1 对 1#稠油的降黏率略低于SHNJ-3，对2#稠油的降黏率高于SHNJ-3。综上，YJN-1的降黏效果与市售降黏剂的相当，并优于部分商品降黏剂的效果。

2.2.2 加量优化

加量和温度是影响降黏效果的两个主要因素，适宜的加量和温度能充分利用化学降黏和加热降黏的优势形成协同效应，发挥出最佳的降黏效果。50℃下，YJN-1加量对1#和2#稠油降黏效果的影响见图3。随YJN-1 加量的增大，1#和2#稠油的降黏率增加并逐渐稳定。YJN-1 加量为0.5%时的降黏率约为85%，继续增大YJN-1的用量，降黏率无明显的增大。因此，作为油溶性降黏剂的最佳加量为0.5%。

表3 降黏剂对1#和2#稠油的降黏效果

图3 YJN-1加量对稠油降黏率的影响

2.2.3 温度的影响

YJN-1 加量为0.5%时，温度对YJN-1 降黏效果的影响见图4。当温度低于40℃或高于60℃时，YJN-1对两种稠油的降黏效果受温度影响较大。在45数55℃时，受温度影响较小，对两种稠油的降黏率均达到最大值，在此温度区间，化学降黏和加热降黏协同效应最好。因此，最佳的降黏温度为50℃。

图4 温度对稠油降黏效果的影响

2.3 乳化降黏剂性能评价

稠油开采过程中会含有一定的水，在乳化剂作用下，可以形成水包油型（O/W）乳状液。该乳状液黏度较低，可以大幅提高稠油的采收率［19］。本文制备的稠油降黏剂具有表面活性基团，对于含水稠油具有一定的乳化作用。

2.3.1 乳化降黏效果及加量优化

YJN-1 加量对1#和2#稠油的乳化降黏效果及乳液沉降脱水情况的影响见表4。加量为0.05%时，YJN-1 对两种稠油的乳化降黏率约为96%，脱水率高于99%；随着YJN-1 加量的增大，降黏率增大，脱水率减小；当YJN-1加量大于0.15%时，降黏率趋于平稳，脱水率下降速度加快。乳液越稳定，破乳脱水越难［20］。在50℃、YJN-1加量为0.15%的条件下，两种稠油的沉降脱水率大于96%，具有良好的乳化降黏剂自动破乳脱水效果。YJN-1作为乳化降黏剂的最佳加量为0.15%（按稠油质量计）。

表4 YJN-1对1#和2#稠油的乳化降黏效果

2.3.2 抗盐性能

在50℃下，0.15%YJN-1 在不同矿化度下的乳化降黏效果见图5（其他各节实验中所用水均为自来水）。随着矿化度的增大，乳化降黏率减小，脱水率增大，说明溶液中的盐有利于破乳脱水。当矿化度低于85 g/L 时，乳化降黏率几乎不受影响，仍在99%以上，说明YJN-1具有较好的抗盐性能。

2.3.3 耐温性能

将YJN-1分别在80数200℃下静置恒温加热处理24 h 后，按照油水体积比70∶30 和0.15%的加量与稠油混合，乳化降黏效果如图6 所示。YJN-1 具有较好的耐温性能，160℃下高温处理24 h 后仍然具有良好的乳化降黏能力，降黏率为97.1%，乳液依然保持较好的稳定性。

图5 矿化度对降黏率和脱水率的影响

图6 温度对降黏率和脱水率的影响

3 结论

以油酸、N，N-二甲基-1，3-丙二胺、丙磺酸内脂为原料合成了一种含有极性基团、疏水长链结构的具有表面活性功能的稠油降黏剂YJN-1，既能作为油溶性降黏剂又能作为乳化降黏剂，达到一剂双效的目的。作为油溶性降黏剂时，YJN-1 的最优加量为0.5%，在50℃下，对胜利稠油和新疆稠油的降黏率约为91.5%，降黏效果优于部分商品降黏剂。YNJ-1 作为乳化降黏剂时，在50℃、0.15%加量的条件下对两种稠油的乳化降黏率约为99%，沉降脱水率大于96%，具有良好的乳化降黏剂自动破乳脱水效果。YJN-1 的抗盐能力高达85 g/L，耐温可达160℃。