王 迪，周 慶，王 亮，霍 進，丁 彬，羅健輝

（1.中國石油大學（北京），北京 102249；2.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；3.中國石油新疆油田分公司風城作業(yè)區(qū)，新疆 克拉瑪依 834000）

風城超稠油黏度高、易凝固、埋藏淺，被世界稱為“流不動的油田”。其高黏問題已經嚴重制約風城超稠油的開采和輸送，如何有效降低風城超稠油表觀黏度，大幅度改善超稠油流動性，對風城超稠油的高效開發(fā)具有重要意義［1-2］。

目前，國內外通常使用加熱降黏、稀釋降黏和表面活性劑降黏三種方法降低超稠油表觀黏度［3-4］。其中表面活性劑降黏由于最具技術、經濟價值，一直是稠油降黏的研究熱點［5］。表面活性劑降黏是使超稠油、水及表面活性劑相互作用形成以油為內相，水為外相的O／W乳狀液，以此降低超稠油初始表觀黏度［6］。常見的稠油O／W降黏理論主要有定向楔理論、界面張力理論、界面理論、電效應理論和DLVO理論［7］，稠油O／W降黏體系的性能主要歸因于界面的位阻效應和界面黏彈性［8］。在超稠油O／W體系中，稠油液滴之間的相互碰撞可以使液滴表面的界面膜發(fā)生微觀形變，微觀形變會加重超稠油O／W體系中液滴的聚并程度，所以通常來說，一般的表面活性劑降黏需要采用多種類型表面活性劑進行復配，通過不同結構表面活性劑的協(xié)同效應實現(xiàn)降低超稠油表觀黏度的目的。一方面，在油、水界面附近形成穩(wěn)定的界面膜；另一方面，需要利用離子型表面活性劑的電荷效應形成雙電子層（Stern層），防止液滴之間的彼此接近，利用協(xié)同效應使稠油液滴不易發(fā)生聚并，從而形成超稠油O／W降黏體系［9］。但復配表面活性劑體系存在很多問題，例如：超稠油進行地面集輸時往往伴隨著運動、剪切等外力作用，易使復配表面活性劑剪切分離，而復配的表面活性劑體系中如果一種表面活性劑性能失效，則整個復配體系的協(xié)同作用消失，超稠油表觀黏度會瞬間增大，甚至形成“油包水”狀態(tài)，失去降黏效果［10-11］；另外，復配表面活性劑還需要考慮對高黏原油的適應性、組分間的配伍性。

基于復配表面活性劑降黏存在局限性，筆者設計并制備了具有強親油弱親水結構的活性大分子降黏劑，當超稠油在水中受到剪切、攪拌作用被分散成小顆粒的瞬間，含有苯環(huán)結構的強親油基團可以有效地吸附在超稠油液滴表面，此時帶有陰離子結構的弱親水基團與水可以在超稠油液滴外層形成親水隔離膜，依靠陰離子基團的電荷排斥作用阻止超稠油顆粒之間的聚并，以此實現(xiàn)在較低溫度條件下大幅度降低超稠油體系表觀黏度，改善超稠油流動性，滿足對地面集輸?shù)膶嶋H要求。

1 實驗部分

1.1 主要原料及儀器

風城超稠油，由中國石油新疆油田分公司風城作業(yè)區(qū)提供，基本物性：密度（20℃）為0.965～0.984kg／m3；表觀黏度（50 ℃）為 15870～33390mPa·s；瀝青質和膠質質量分數(shù)分別約為3.5%和25.35%?；钚源蠓肿咏叼ㄒ韵潞喎Q降黏劑），實驗室自制，兼具有非離子／陰離子特性的含苯環(huán)活性大分子。

XMTD-6000電熱恒溫水浴，JJ-1型精密定時電動攪拌器，PB4002-N型電子精密天平，R／S流變儀（美國Brookfield公司）。

1.2 活性大分子降黏劑合成

將10%～90%的弱親水單體、90%～10%的強親油單體、4%的輔料（滲透劑、增溶劑等）加入聚合容器中，通氮脫氧40min，攪拌下升溫至50～70℃，加入0.1%～5%（優(yōu)選1%）的AIBN引發(fā)聚合2～4h，即得到帶有強親油弱親水結構的活性大分子降黏劑［12］。聚合反應式如下：

弱親水單體中的R3代表H或C1～C4烷基；A代表COOM、OM、SO3M；M代表 H、Na＋、K＋或C1～C8烷基、C1～C8烷基醚或C1～C8烷基酯。R3的篩選主要影響活性大分子降黏劑的抗鹽性能，隨碳數(shù)的增加，活性大分子的抗鹽能力增強。

強親油單體中的R、R1和R2代表H或C1～C12烷基。R、R1、R2的篩選主要影響活性大分子降黏劑的親油性，隨碳數(shù)的增加，活性大分子的親油性增大。

1.3 風城超稠油O／W降黏體系制備

將風城超稠油、降黏劑和水按一定比例加入500mL燒杯中，在指定的恒溫水浴中預熱30 min，保持恒溫條件，采用精密定時電動攪拌器在一定的攪拌轉速條件下攪拌1min，即得到黑褐色的風城超稠油O／W降黏體系。

1.4 風城超稠油O／W降黏體系性能評價

在250mL高型燒杯中加入200mL制備好的風城超稠油O／W降黏體系，采用R／S流變儀在50℃、50s-1的條件下測定風城超稠油O／W降黏體系的表觀黏度。

2 結果與討論

2.1 降黏劑用量對初始表觀黏度的影響

圖1為降黏劑用量對風城超稠油O／W降黏體系的影響。由圖1可見：風城超稠油O／W降黏體系的初始表觀黏度隨著降黏劑用量的增加先降低后增加。當降黏劑含量較低時（w＜0.1%），降黏劑無法與水形成足夠的隔離膜來降低初始表觀黏度；隨著降黏劑用量的不斷增加（0.1%＜w＜0.2%），風城超稠油O／W降黏體系的初始表觀黏度隨之降低，并在0.2%左右達到最小值，這主要是因為在此條件下O／W體系中形成的稠油液滴粒徑小，且與水形成的親水隔離膜可以有效防止稠油液滴之間的聚并；繼續(xù)增加降黏劑用量，風城超稠油O／W降黏體系的初始表觀黏度隨之增加，這主要是因為過多的降黏劑會使超稠油分散成尺寸更小、數(shù)目更多的液滴，體系的總比表面積不斷增大，形成親水隔離膜所需水量也變得越來越多，所以在體系含水量不充足時，反而使得體系中部分超稠油液滴發(fā)生自發(fā)聚集的傾向而導致聚并粘連，表觀黏度不斷增加。

綜合圖1的結果可以看出：在降黏劑質量分數(shù)為0.1%～0.2%制備的風城超稠油O／W降黏體系表觀黏度小于600mPa·s，初始降黏效果顯著。

圖1 降黏劑質量分數(shù)與降黏體系初始表觀黏度的關系m（油）∶m（水）＝10∶3。

2.2 油水比對初始表觀黏度的影響

圖2為油水比對風城超稠油O／W降黏體系的影響。由圖2可見：含水量對風城超稠油O／W降黏體系影響顯著，風城超稠油O／W降黏體系的初始表觀黏度隨含水量的增加先降低后趨于平穩(wěn)。當油水比小于10∶3時，體系的初始表觀黏度較大，這主要是因為體系中含水量少，降黏劑與水無法形成足夠的隔離膜阻止超稠油液滴之間的聚并。隨著水量的增加，風城超稠油O／W降黏體系初始表觀黏度也隨之降低，當油水比超過10∶5后，超稠油顆粒表面基本形成帶有降黏劑的水膜，使其在水中可以完全均勻分散［13-14］。若繼續(xù)增加體系含水量，不會繼續(xù)增加超稠油顆粒、降黏劑與水之間的相互作用，只是適當增大超稠油顆粒之間的距離，改善了超稠油顆粒在水中的分散效果，所以風城超稠油O／W降黏體系的表觀黏度基本保持不變。

結合稠油集輸對整個體系表觀黏度的要求、后期破乳脫水工藝及水添加量對整體經濟效益的影響，油水質量比控制在10∶（3～4）較適宜。

圖2 油水質量比對降黏體系初始表觀黏度的關系m（油）∶m（降黏劑）＝100∶0.2。

2.3 初始攪拌轉速對初始表觀黏度的影響

圖3為不同初始攪拌轉速對風城超稠油O／W降黏體系的影響。由圖3可見：在體系含水量較為充足的條件下，風城超稠油O／W降黏體系的表觀黏度隨攪拌轉速的增大而降低。這是因為攪拌轉速越大，形成的稠油液滴尺寸越小，越易使降黏劑、油和水充分混合，使降黏劑在油水界面上的排列更規(guī)則、更致密；體系中的稠油液滴尺寸更小，也可以有效降低超稠油O／W體系的表觀黏度。

圖3 初始攪拌轉速對降黏體系初始表觀黏度的影響m（油）∶m（水）＝10∶3，w（降黏劑）＝0.15%。

綜合圖3的結果，在初始攪拌轉速不小于400r／min條件下得到的風城超稠油O／W體系的初始表觀黏度小于600mPa·s，具有較好的流動性能。

3 結 論

設計并合成了具有強親油弱親水結構的活性大分子降黏劑，在非復配條件下，實現(xiàn)了對風城超稠油的高效降黏，克服了復配表面活性劑的缺點，在活性大分子降黏劑用量0.1%～0.2%、油水質量比10∶（3～4）、初始攪拌轉速不小于400r／min的條件下，大幅度降低了風城超稠油表觀黏度，形成的風城超稠油O／W降黏體系初始表觀黏度小于600mPa·s，這對于超稠油冷采開發(fā)與集輸具有深遠意義。

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