廖 輝 唐善法

1.中海石油(中國)有限公司天津分公司, 天津 300459；2.長江大學(xué)石油工程學(xué)院, 湖北 武漢 430100

0 前言

深層稠油在我國豐富的稠油資源中占有一定比例,研究如何有效開采這類油藏具有重要意義[1-2]。深層稠油,埋深在3 000 m以下,其在地層條件下具有一定流動能力,在井筒中流動阻力很大,必須實施井筒降黏才能舉升到地面[3-4]。適用于埋深較淺稠油油藏的熱采技術(shù)[5],如蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、火燒油層、蒸汽輔助重力泄油、電磁加熱技術(shù)等,對深層稠油適應(yīng)性較差[6-7],導(dǎo)致舉升困難；而摻稀降黏則要求稀油資源充足,會造成稀油資源的浪費,同時成本較高[8-9]；降凝降黏則需要與摻稀降黏結(jié)合才能發(fā)揮有效作用,所以,乳化降黏技術(shù)目前是應(yīng)用最多、效果最好的一種技術(shù)[10]。

針對高礦化度高瀝青質(zhì)含量的深層超稠油開采中遇到的難題,長江大學(xué)石油工程學(xué)院從分子設(shè)計的角度出發(fā),結(jié)合陰離子雙子表面活性劑良好的水溶性、高表界面活性及特有的疏水長鏈[11-13],如含烷基苯疏水長鏈對超稠油中瀝青質(zhì)多元稠環(huán)的親和力[14-16],合成了一種新型的含苯環(huán)抗鹽、具有高界面活性,且與瀝青質(zhì)親和力強的高瀝青質(zhì)深層超稠油井筒乳化降黏劑NP。本文以其為目標產(chǎn)物,針對我國西部G油田高瀝青質(zhì)深層超稠油進行了乳化降黏性能實驗研究。

1 實驗

1.1 實驗試劑與儀器

實驗試劑：氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、氯化鎂、碳酸氫鈉、硫酸鈉、碳酸鈉,十二烷基磺酸鈉(SDS)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS),均為分析純；陰離子雙子表面活性劑NP-2、NP-3、NP-4(長江大學(xué)石油工程學(xué)院提供,2、3、4為聯(lián)接基碳原子個數(shù))；西部G油田高瀝青質(zhì)深層超稠油。

實驗儀器：ANTON PAAR MCR 301型流變儀,HN-8數(shù)顯恒溫水浴鍋,JA 2003電子天平。

1.2 實驗流體

實驗流體為我國西部G油田高瀝青質(zhì)深層超稠油及模擬G油田地層水。

1.3 實驗方法

參考QSH-0055-2007《稠油降黏劑技術(shù)要求》之5.2溶解性、5.6降黏率、5.7稠油乳液穩(wěn)定性的評價方法,對表面活性劑溶解性能、稠油乳化性能及降黏率進行了評價。

1.3.1 表面活性劑溶解性能

于20℃的恒溫水浴鍋中,將2 g表面活性劑樣品溶于100 mL模擬地層水中(礦化度為60 g/L,鈣鎂離子含量約為4 g/L),離子組成及濃度見表1。

表1模擬地層水各離子組成及濃度

離子組成Na++K+Ca2+Mg2+HCO-3SO2-4Cl-濃度/(g·L-1)19.43933.55240.24870.01880.068536.8497

1.3.2 稠油乳化性能

實驗采用析液時間法[17],將配制的一定濃度的表面活性劑溶液與G油田稠油共40 mL按照一定比例加入到50 mL具塞量筒中,蓋緊塞子,一定溫度下于水浴鍋中恒溫30 min,取出,上下猛烈搖晃100次,然后迅速放入水浴鍋內(nèi),靜置2 min,然后再搖晃,再靜置,重復(fù)5次,觀察最后一次乳狀液的乳化情況,并記錄至水相析出 5 mL 的時間,作為乳化能力的表征,時間越長,乳化性能越好。

1.3.3 降黏率

稠油與表面活性劑形成的O/W型乳液,以水為外相,這時,其黏度主要取決于水的黏度,由于水的黏度很低,所以由W/O型轉(zhuǎn)變?yōu)镺/W型時,黏度能夠降低,這一效果既可以用黏度直接表達,還能夠用降黏率[18]來表示,如式(1)：

p=(μ0-μ1)/μ0

(1)

深層超稠油的黏度測試用ANTON PAAR MCR 301型流變儀測試,降黏率越大,說明降黏效果越好。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面活性劑溶解性能

由于地層條件復(fù)雜,地層水中含有大量鈣鎂離子和無機鹽,研究表面活性劑對其適應(yīng)性也是很有必要的。于20℃的恒溫水浴鍋中,將2 g表面活性劑樣品溶于100 mL礦化水中(礦化度為60 g/L,鈣鎂離子含量約為4 g/L),實驗結(jié)果見表2。

表2不同類型表面活性劑在模擬地層水中的溶解性能

表面活性劑類型溶解性能SDBS溶SDS溶NP-2溶NP-3溶NP-4溶

由表2可以看出,上述5種表面活性劑均能溶于模擬地層水中。

2.2 不同類型表面活性劑乳化效果

表3不同表面活性劑的乳化性能

表面活性劑類型析液時間/s未加5.27SDBS50.12SDS37.71NP-2167.36NP-3185.95NP-4191.79

由表3可以看出,合成的雙子表面活性劑NP-2、NP-3、NP-4對G油田稠油乳化穩(wěn)定時間是單鏈表面活性劑SDS、SDBS的幾倍,說明雙鏈的雙子表面活性劑較之普通單鏈表面活性劑具有優(yōu)異的乳化效果。另外我們還發(fā)現(xiàn),NP系列雙子表面活性劑隨著中間聯(lián)接基團碳鏈長度的增大,其油水穩(wěn)定時間增大。因為兩相分散體系形成的乳狀液是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng),而乳狀液的穩(wěn)定是由界面膜強度和分子排列的緊密程度決定的,雙子表面活性劑在界面吸附排列緊密,形成的膜強度更大,所以其乳化效果更好,乳狀液穩(wěn)定時間更長[19]。

2.3 NP-4濃度對其降黏性能的影響

以NP-4為例,將其與G油田稠油以1∶1的比例加入具塞量筒中,在50℃下恒溫30 min,取出,快速搖晃均勻,加入ANTON PAAR MCR 301型流變儀中,測量其黏溫曲線,有關(guān)實驗結(jié)果見表4。

表4NP-4濃度變化對G油田稠油降黏性能的影響

濃度/(%)溫度/℃黏度/(mPa·s)降黏率/(%)050123000-6049900-7021400-809950-0.5502870076.760239895.270127394.058087991.21501690086.360142497.17087095.98063793.61.550259097.96089898.27036698.298011998.8250168098.636034599.37017999.16805699.44

2.4 地層水礦化度對NP-4降黏性能的影響

圖1 地層水礦化度對NP-4降黏性能的影響

實驗發(fā)現(xiàn)地層水礦化度對原油乳化降黏的影響較為明顯,隨著礦化度由60 g/L增大至220 g/L,原油黏度先下降后稍微有所增大但是仍然較低,在1 000 mPa·s左右,說明NP-4具有較好的抗鹽、抗鈣鎂離子能力?？赡苁且驗楸砻婊钚詣┑柠}析效應(yīng),導(dǎo)致少量表面活性劑析出。實驗還發(fā)現(xiàn),雙子表面活性劑在模擬地層水溶液中的降黏效果明顯優(yōu)于在蒸餾水中的降黏效果。其原因可能是由于存在電解質(zhì),壓縮表面活性劑的雙電層,使表面活性劑在油水界面分布得更均勻,從而形成緊密的定向排列不溶性的吸附膜[20]。

3 結(jié)論

參考文獻:

[1] 邱寶金.遼河特稠原油降黏方法的研究[D].青島:中國石油大學(xué)(華東),2008.

Qiu Baojin. Study on Viscosity Reduction of Liaohe Super Heavy Crude Oil [D]. Qingdao: China University of Petroleum, 2008.

[2] 劉博峰.棗園油田稠油采油工藝技術(shù)—降黏體系研究[D].西安:西安石油大學(xué),2011.

Liu Bofeng. Zaoyuan Heavy Oil Extraction Technology—Viscosity Reduction System [D]. Xi’an: Xi’an Shiyou University, 2011.

[3] 霍 剛.超稠油及深層稠油開采關(guān)鍵技術(shù)研究[D].青島:中國石油大學(xué),2007.

Huo Gang. The Key Technical Research of the Exploitation of the Extra-heavy Oil and Deep Zone Heavy Oil [D]. Qingdao: China University of Petroleum, 2007.

[4] 宋玉旺.超深稠油常溫注清水開發(fā)效果評價[J].石油地質(zhì)與工程,2008,22(5):69-72.

Song Yuwang. Evaluation of Development Effect of Clean Water Flooding into Extremely Deep Heavy Oil at Normal Temperature [J]. Petroleum Geology and Engineering, 2008, 22 (5): 69-72.

[5] 孫文靜.深層稠油油藏天然氣吞吐開采技術(shù)研究[D].青島:中國石油大學(xué),2008.

Sun Wenjing. Technology Research in Deep Heavy Oil Exploitation by Nature Gas Buff-Puff [D]. Qingdao: China University of Petroleum, 2008.

[6] 秦 冰.稠油乳化降黏劑結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究[D].北京:石油化工科學(xué)研究院,2001.

Qin Bing. Study on the Relationship Between the Composition and Performance of Viscosity-reducing Agent Used in the Viscous Crude Recovery [D]. Beijing: Research Institute of Petroleum Proeessing, 2001.

[7] 李 牧,楊 紅,唐紀云,等.化學(xué)吞吐開采稠油技術(shù)研究[J].油田化學(xué),1997,14(4):340-344.

Li Mu, Yang Hong, Tang Jiyun, et al. Chemical Huff-Puff Method for Viscous Oil Recovery [J]Oilfield Chemistry, 1997, 14 (4): 340-344.

[8] 孫洪國.稠油深抽與井筒降黏工藝技術(shù)研究[D].青島:中國石油大學(xué),2009.

Sun Hongguo. Research on Deep Pumping and Well-bore Visbreaking Technology in Deep Heavy Oil Wells [D]. Qingdao: China University of Petroleum, 2009.

[9] 徐 博.稠油乳化降黏體系的研究[D].成都:西南石油大學(xué), 2011.

Xu Bo. Research on Emulsifying and Viscosity Reducing System in Heavy Oil [D]. Chengdu: Southwest Petroluem University, 2011.

[10] 郭 剛.稠油乳化降黏及破乳研究[D].青島:中國石油大學(xué),2007.

Guo Gang. Pipelining of Heavy Crude Oil as Oil-in-Water Emulsions and Dehydration [D]. Qingdao: China University of Petroleum, 2007.

[11] 蔡明建.新型烷基苯磺酸鹽Gemini表面活性劑的合成及其應(yīng)用[D].天津:天津大學(xué),2008.

Cai Mingjian. Synthesis and Application of Novel Alkylbenzene Sulphonate Gemini Surfactants [D]. Tianjin: Tianjin University, 2008.

[12] 歐陽向南,唐善法,胡小冬,等.雙子表面活性劑與原油間動態(tài)界面張力研究[J].天然氣與石油,2012,30(2):71-73.

Ouyang Xiangnan, Tang Shanfa, Hu Xiaodong, et al. Study on Dynamic Interfacial Tension Between Gemini Surfactant and Crude Oil [J]. Natural Gas and Oil, 2012, 30 (2): 71-73.

[13] 成梅華.稠油乳化劑的合成及評價[D].青島:中國石油大學(xué),2008.

Cheng Meihua. Synthesis and Evaluation of Viscous Crude Emulsifier [D]. Qingdao: China University of Petroleum, 2008.

[14] 丁 彬,劉玉章,羅健輝,等.委內(nèi)瑞拉稠油水包油乳化降黏的研究[J].石油化工,2011,40(2):184-188.

Ding Bin, Liu Yuzhang, Luo Jianhui, et al. Viscosity Reduction of Venezuela Heavy Oil by Oil-in-Water Emulsification [J]. Petrochemical Technology, 2011, 40 (2): 184-188.

[15] 崔迎軍.烷基苯型雙子表面活性劑的合成[D].天津:河北工業(yè)大學(xué),2007.

Cui Yingjun. Synthesis of Alkylbenzene-Gemini Surfactant [D]. Tianjin: Hebei University of Technology, 2007.

[16] 包木太,范曉寧,曹秋芳,等.稠油降黏開采技術(shù)研究進展[J].油田化學(xué),2006,23(3):284-292.

Bao Mutai, Fan Xiaoning, Cao Qiufang, et al. Progress in Viscosity Reducing Technology for Recovery of Viscous Crude Oils [J]. Oilfield Chemistry, 2006, 23 (3): 284-292.

[17] 劉忠云.新型芳烴烷基磺酸雙子表面活性劑的合成研究[D].無錫:江南大學(xué),2005.

Liu Zhongyun. Study on Synthesis of Novel Arylalkyl Sulfonate Gemini Surfactants [D]. Wuxi: Jiangnan University, 2005.

[18] 崔桂勝.稠油乳化降黏方法與機理研究[D].青島:中國石油大學(xué)(華東),2009.

Cui Guisheng. The Methods and Mechanism for Reducing Viscosity of Heavy Oil by Emulsifying [D]. Qingdao: China University of Petroleum, 2009.

[19] 廖 輝,唐善法,雷小洋,等.聯(lián)接基團對雙子表面活性劑性能的影響研究進展[J].精細與專用化學(xué)品,2013,21(8):39-42.

Liao Hui, Tang Shanfa, Lei Xiaoyang, et al. Effect of Spacer Group on Gemini Surfactants Properties [J]. Fine and Specialty Chemicals, 2013, 21 (8): 39-42.

[20] 倪 潔.磺酸鹽型雙子表面活性劑的合成與性能研究[D].北京:中國石油大學(xué),2010.

Ni Jie. Study on Synthesis and Properties of Sulfonate Gemini Surfactants [D]. Beijing: China University of Petroleum, 2010.