稠油降粘剂降粘技术研究

发布时间：2022-06-18

　　摘 要： 针对稠油中的胶质、沥青质含量高、粘度大、开采过程困难等问题，为了提高泵效和油井的动液面，选用合适的降粘剂降粘。目前国内外稠油降粘的方法主要是物理法降粘和化学法降粘。物理法降粘中包括超声波降粘、磁降粘、微波降粘、升温降粘等;化学法降粘中包括乳化降粘剂降粘、油溶性降粘剂降粘、水溶性降粘剂降粘等。本文主要研究的是化学法降粘中降粘剂降粘技术的使用。主要从稠油降粘剂的种类、性质、降粘机理、影响因素、性能评价等多方面进行研究。最终找出最佳的降粘剂降粘技术，提高原油采收率，具有较好的实际应用价值。

　　关 键 词：稠油; 稠油降粘剂; 乳化降粘剂; 油溶性降粘剂

　　降低稠油的粘度是一个复杂而长久的过程，所以要充分考虑到各种降粘剂降粘技术成本、效果等各方面的因素。随着稠油产量的增加，高粘稠油在集输上有很大的难度。经过国内外 30 多年的发展和研究，国外在使用乳化降粘开采、输送稠油方面取得很大成果，产生了良好的社会经济效益[1]。管输高粘原油的试验，积累了许多经验，取得了初步成果。本文主要研究稠油、稠油降粘剂技术的各方面，大体从以下五点着手：

　　①稠油降粘剂的种类;

　　②各种降粘剂的降粘机理;

　　③影响因素及各因素的作用机理;

　　④降粘剂的性能评价;

　　⑤降粘效果的评定与测定。通过比较各种降粘剂的降粘效果，找出经济有效的最佳实施方案[2]。

　　1 稠油降粘剂的概述

　　1.1 稠油概述及降粘剂分类

　　稠油是粘稠高、密度大的石油。国外称之为重油，我国称之为稠油。重油是指在原始油藏温度下脱气原油粘度或在极大气压下的原油。由于稠油流动阻力大, 因而用常规技术难以经济有效地开发[3] 。

　　在解决稠油的降粘问题中，不仅要加表面活性剂降粘乳化剂和大量的水，而且要求形成的乳状液稳定性较好，增加了稠油破乳脱水难度、也加大了处理量度。选择优质、价廉、高效的乳化降粘剂是乳化降粘的关键[4]。具有以下两个特征的降粘剂才有可能是好的：一是稠油的乳化性较好，能形成比较稳定的油包水型乳状液，具有较高的降粘效率。二是形成的油包水型乳状液稳定性不能太好，否则下一步的原油脱水会受到影响。本文采用的是利用稠油降粘剂降粘。稠油降粘剂主要是乳化降粘剂、油溶性降粘剂、水溶性降粘剂、分散降粘剂等[5] 。

　　1.1.1 乳化降粘剂

　　稠油乳化降粘技术是通过将活性水(表面活性剂、助剂的稀水溶液)注人井底稠油中，使稠油在井底乳化，形成低粘度的 O/W 型稠油乳状液，从而大大降低了集输管线上的摩阻,有利于稠油的开采与集输[6] 。

　　原油乳化降粘剂的主要成份是表面活性剂，即乳化剂。表面活性剂分子结构由亲水、亲油基两部分组成，亲水基易溶于水，亲油基易溶于油。按亲水基分类可以把表面活性剂分成阴离子型、阳离子型、非离子型、两性型、非离子—阴离子复合型[7] 。

　　表面活性剂的降粘机理通常归结为三种：乳化降粘，即在表面活性剂的作用下使 W/O 型乳状液转化成 O/W 型乳状液而降粘;破乳降粘，即活性剂使 W/O 型乳状液破乳生成游离水，不同的游离水量和流速形成水套油心，悬浮油或水漂油而达到降粘的目的;吸附降粘，就是活性剂分子吸附于管壁或油层间使摩擦阻力减少。这几种降粘机理一般同时存在，但表面活性剂的条件不同时，起主导作用的降粘机理也不同[8] 。

　　1.1.2 油溶性降粘剂

　　油溶性降粘剂分子中含极性基团侧链和高碳烷基主链[4]。其主碳链使降粘剂分子能溶于油中，侧链的极性基团与胶质、沥青质中的极性基形成更强的氢键，渗透分散进入胶质和沥青质片状分子之间，拆散平面重叠堆砌而成的聚集体，形成片状分子无规则堆砌，使结构变松散，并减少聚集体中包含的胶质、沥青质分子数目，降低原油的内聚力，起到降粘作用。降粘剂分子吸附在分散开的胶质和沥青质表面，阻止这些分散开的颗粒再次聚集，并且提高了体系的流动性，进一步降低了体系的粘度。

　　1.1.3 水溶性降粘剂

　　水溶性乳化降粘技术，即在稠油中掺入一定量的降粘剂水溶液，通过搅拌形成细小的 O/W 型乳状液，把原油流动时油膜与油膜之间的摩擦变为水膜与水膜之间的摩擦，从而使稠油的流动阻力大大减小，粘度大幅度降低，达到降粘目的。这种方法降粘幅度大，可以降低油水的流度比，改变地层岩石的表面润湿性，并且具有近井地带油层的解堵效果。化学降粘法既可单独使用也可与“热采”配合使用，经济可行[9] 。

　　1.1.4 分散降粘剂

　　分散降粘剂的降粘技术是在降凝剂技术基础之上逐渐发展起来的一种新技术。降粘剂分子形成很强的氢键，渗透并扩散到树脂和沥青质片状分子原油之间，能够拆除聚集体，这些聚集体是由平面重叠堆砌而成的，使原来规则的聚集体转变成片状分子无规则堆砌。松散的结构性能，较低的有序度，较低的空间延伸度，使稠油的粘度得到降低，从而很好的达到降粘功效。

　　2 降粘剂的制备

　　2.1 降粘影响因素分析

　　研制降粘剂应从以下三方面入手。首先，必须对所要降粘的稠油进行深入、全面的分析研究，找出影响稠油粘度的因素。其次，根据稠油的特性、降粘机理及实际需要选择合理的降粘剂和降粘方法。再次，应对所研制的降粘剂进行降粘试验研究, 确定最佳降粘条件。其中选择了具有较好降粘效果的油溶性降粘剂来阐述。

　　油溶性降粘剂主要归为两类：一类是缩合物型，如 Paraflow 等;另一类是不饱和单体的均聚物或共聚物，典型聚合物有乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 (EVA)、(甲基)丙烯酸高碳醇酯衍生物的聚合物、马来酸酯的聚合物或不饱和酸酯与其它不饱和单体的共聚物。由此看来，随着聚合物分子的极性增大，渗透拆散沥青质、胶质的能力增强。

　　根据某稠油的特点(沥青质、胶质含量高)，使用丙烯酸十八酯、苯乙烯、丙烯酰胺，使其在甲苯溶液中共同聚集，以 BPO 作为引发剂，控制反应单体的配比、反应时间、引发剂的加入量达到降粘的效果。

　　2.1.1 反应时间

　　反应单体丙烯酸十八酯与苯乙烯以及丙烯酰胺的比例为 5∶1∶1，聚合反应的时间对共聚反应的净降粘率影响如图 1 所示。

　　由图可知，净降粘率随反应时间的增加而增加，当反应时间达到 5 h 以后，降粘效果几乎不再变化，聚合反应完成。所以，该共聚反应的时间为 5 h。

　　2.1.2 引发剂加入

　　量聚合反应中，用过氧化苯甲酰作为引发剂，反应单体比为 5∶1∶1，在聚合反应温度为 80 ℃，反应时间为 6 h 时，考察引发剂用量对降粘剂和收率的影响，结果如图 2 所示。

　　由图 2 可看出，当引发剂用量加大时，降粘率也在增加。当其它条件不变时，用量少，反应速度慢，反应程度低，采收率少，降粘效果不佳。当引发剂的加入量达到 0.8%时，降粘率最高，降粘效果最好。由此可知：引发剂加入量增加，反应程度加大，降粘效果好，产品采收率提高。但当引发剂用量增加到一定程度后，辽河的稠油降粘性反而下降。结合聚合反应收率和降粘效果两方面来看，降粘效果和收率都好，因此确定引发剂的最佳用量为 0.8%。

　　2.1.3 聚合反应时间

　　当反应单体比值为 5∶1∶1，反应时间选择 5 h，引发剂用量是 0.8%时，研究反应温度对产品降粘率的影响，如图 3 所示。

　　从图 3 中可看出：温度升高，降粘剂的降粘效果明显增强，当达到 70 ℃时，降粘效果最好，之后再提高温度，反而会降低降粘效果，所以在 70℃ 时最佳。因为随着温度的降低，引发剂分解速度较慢，仅能生成很少的初始自由基以及少量的聚合物，而这种且产品的分子量不适用于降低辽河稠油的粘度。随着反应温度的增加，引发剂分解速度加快，生成的聚合物的量增加，降粘效果也增强。继续升高温度，引发剂分解的速度随之加快，聚合物高温降解，生成聚合物的分子量减少，降粘效果也下降。所以根据确定最佳的反应温度为 70 ℃。

　　本文来源于：《辽宁化工》(月刊)创刊于1972年，由辽宁省化工学会主办。重点行业现状和发展趋势，介绍重点课题技术进展、环保与资源利用、跟踪热点产品开发应用、产需状况和市场行情。是石化行业从业人员了解新技术新产品开发动态、应用推广、市场动向的窗口，是信息时代企业决胜市场的战略资源。

　　所以，对于该油田中的稠油而言，当反应单体丙烯酸十八酯、苯乙烯、丙烯酰胺的比例为 5∶1∶ 1，煤油与稠油的比值为 1∶9，粘度测定温度为 50 ℃，反应温度为 70 ℃，反应时间为 5 h，稠油粘度降到最低，降粘效果最好。

　　3 稠油降粘剂降粘性能评价

　　3.1 油溶性与水溶性降粘剂的比较

　　(1)油溶性降粘剂比水溶性降粘剂的储存、运输、危险性大，难闻气味重，因此在夏天温度比较高时，不采用。

　　(2)当油井的含水量比较高，且垢含量严重时，油溶性比较适合用来降粘解堵。

　　(3)在溶解沥青等重要成分时，油溶性的降粘药剂不论在清洁、渗透、分散甚至剥离上都比水溶性的速度快。当油井中含有较多沥青胶质的垢质成分，而且要求较短的施工时间，在近井地带清理油管时，使用油溶性药剂比较好。由于这种药剂的清洗速度快，凝固点低，适合冬天进行清洗作业时使用。

　　3.2 油溶性与乳化降粘剂的比较

　　(1)油溶性降粘剂相比乳化降粘剂而言，拥有更高的价格，更大的药剂量，较高的应用成本，而且即使达到了其作用极限却仍不能满足输油或采油的工艺要求。结合降粘剂、乳化剂或加热法使用，降低降粘费用或使得降粘效率提升，但这往往又会降低化学降粘技术的应用价值。

　　(2)油溶性降粘剂与高分子表面活性剂或高表面活性的表面活性剂复配，可增效和降低成本[16] ，是如今的发展趋势，有些研究思路和方法是值得关注的新动态。 因此降粘剂应该与各类助剂复配使用既可扩大适用范围，也可提高降粘效果。

　　4 结 论

　　(1)油溶性降粘剂因与油的相似相容原理，降粘效果好，但难闻气味重，适合在冬天、短期施工时使用，而且适用于高含水、结垢严重的油层。这种降粘剂的价格高，选用时要充分考虑其成本。

　　(2)水溶性降粘剂的储存、运输、危险性小，是目前降粘幅度最大和最经济的化学降粘技术。

　　(3)油溶性降粘剂与表面活性剂复配增效和降低成本。因此降粘剂应该与各类助剂复配使用既可扩大适用范围，也可提高降粘效果。

　　(4)不同稠油降粘剂的适用性随稠油性质、地质状况等各方面的改变而不同，使用时应充分考虑各种影响因素。——论文作者：王 培

　　参考文献：

　　[1]姜文钰,刘东.劣质重油胶体稳定性及对热反应性能的影响研究[J]. 中国石油大学, 2011：2-5.

　　[2]何玉海,樊泽霞.抗温耐盐稠油降粘剂的制备与性能评价[J].中国石油大学, 2011：10-12.

　　[3]丁月华,辛寅昌.支型聚醚衍生物在高矿化度稠油中降粘、洗盐性能研究及在海水洗涤中的应用[J]. 山东师范大学,2011：10-18.