于世虎

（中國(guó)石油川慶井下作業(yè)公司四川川慶井下科技有限公司，四川廣漢618300）

稠油黏度大，流變性能差，采收率低，嚴(yán)重影響其開(kāi)發(fā)利用［1-2］。常用的稠油降黏方法主要有：加熱降黏法、摻稀油降黏法、化學(xué)降黏法、微生物降黏法和超聲波降黏法等［2-5］。其中，化學(xué)降黏法工藝成熟，應(yīng)用范圍廣泛。研究發(fā)現(xiàn)［6-9］，在降黏劑分子上引入極性基團(tuán)和表面活性基團(tuán)能破壞膠質(zhì)瀝青質(zhì)聚集結(jié)構(gòu)，大幅提高降黏效果。甜菜堿類表面活性劑分子中同時(shí)含有極性基團(tuán)和表面活性基團(tuán)，具有高抗鹽耐溫性能及良好的界面性能，對(duì)人體和環(huán)境傷害小，并能大副降低非離子和陰離子復(fù)配時(shí)的色譜分離效應(yīng)，在提高油藏采收率方面潛力巨大［10-12］，是未來(lái)抗高溫高鹽驅(qū)油劑重點(diǎn)研究的方向。張曉云等［2］用脂肪酸酯乙基磺基甜菜堿、混合芳烴、互溶劑、表面活性劑復(fù)配制備了一種油溶性稠油降黏劑，加量不超過(guò)5%，降黏效果顯著。呂文怡等［13］將十二烷基二甲基甜菜堿（BS-12）與非離子表面活性劑曲拉通（Triton X-100）復(fù)配使用可使稠油降黏率達(dá)到92.63%。栗原君等［14］通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)低礦化度水驅(qū)加后續(xù)低礦化度表面活性劑（十六烷基羥丙基磺基甜菜堿）驅(qū)的組合方式可使采收率最高達(dá)41.1%。燕玉峰［15］制得的油酸酰胺羥丙基磺基甜菜堿（OASB）對(duì)于濱南稠油具有較好的乳化降黏效果，加量為1000 mg/kg時(shí)的降黏率達(dá)99.3%。

筆者設(shè)計(jì)并合成出了一種磺基甜菜堿表面活性劑［16-17］，既能作為油溶性降黏劑又能作為乳化降黏劑，具有一劑雙效的功能。該降黏劑分子中的酰胺基等具有較強(qiáng)的極性，能破壞膠質(zhì)瀝青質(zhì)層狀堆積結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；疏水長(zhǎng)鏈能增強(qiáng)在稠油中的溶解性能和層狀堆積結(jié)構(gòu)中的滲透效果；雙鍵能增強(qiáng)分子強(qiáng)度，維持“疏松”和“分散”的效果，避免瀝青質(zhì)似晶結(jié)構(gòu)（1.5數(shù)3 nm）再聚集；分子的磺基季銨鹽結(jié)構(gòu)能提高耐溫抗鹽性能；分子具有表面活性，對(duì)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 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

油酸、N，N-二甲基-1，3-丙二胺、甲苯、氯仿（三氯甲烷）、丙酮，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；丙磺酸內(nèi)酯，分析純，上?；瘜W(xué)試劑總廠；酯化聚合物降黏劑XB-80、復(fù)合降黏劑SHNJ-3，濱州濱化化工有限公司；稠油，勝利油田濱南采油廠和新疆油田；自來(lái)水；模擬地層水，離子組成見(jiàn)表1。

表1 不同礦化度模擬地層水的離子組成

AL104 型電子天平，上海梅特勒利托有限公司；DHT 型攪拌調(diào)溫電熱套，上海帥登儀器有限公司；SHB-B95 型循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長(zhǎng)城科貿(mào)有限公司；RE-52A 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠；GZX 型真空干燥箱，上海精密儀器儀表有限公司；MAGNA 750型紅外光譜儀，美國(guó)Nicolet公司；HH-S1 型恒溫水浴槽，金壇市醫(yī)療儀器廠；NDJ-1B 型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司；4520B型原子吸收光譜儀，南京科捷分析儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）稠油降黏劑 YJN-1 的制備。YJN-1 的合成分為兩步［18］：①酰胺化反應(yīng)。以油酸和N，N-二甲基-1，3-丙二胺為原料，采用甲苯作為帶水劑，反應(yīng)溫度為140℃，反應(yīng)時(shí)間5 h，反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸餾出甲苯和過(guò)量的N，N-二甲基-1，3-丙二胺，得到黃色油狀物。②季銨化反應(yīng)［18］。將丙磺酸內(nèi)脂溶于丙酮中，然后與①中制得的叔胺中間體反應(yīng)，50℃下回流6 h，產(chǎn)物及時(shí)析出，促使反應(yīng)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，產(chǎn)率和純度高，反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物用丙酮洗滌2數(shù)3次，洗去過(guò)量的1，3-丙磺酸內(nèi)酯，最后在真空干燥箱中低溫干燥，得到淡黃色的黏稠膏狀物。合成步驟如圖1所示。

圖1 油酸酰胺丙基磺基甜菜堿合成步驟

（2）稠油黏度和組分的測(cè)定。稠油脫水后在50℃下恒溫30 min，用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定稠油黏度，根據(jù)稠油的黏度選擇合適的轉(zhuǎn)子或調(diào)整轉(zhuǎn)速，測(cè)量值在相應(yīng)量程的30%數(shù)80%范圍內(nèi)時(shí)較為準(zhǔn)確。根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5119—2008《巖石中可溶有機(jī)物及原油族組分分析》進(jìn)行四組分分離，然后測(cè)量稠油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、芳香分、飽和分的含量；用原子吸收光譜儀測(cè)定稠油中Ni、V的含量。

（3）降黏率的測(cè)定。將稠油脫水后在50℃下恒溫0.5 h，測(cè)定稠油降黏前的黏度；然后將YJN-1 與稠油混合并攪拌均勻，在50℃下恒溫0.5 h，測(cè)定稠油降黏后的黏度。根據(jù)稠油降黏前后的黏度差與降黏前的黏度比值計(jì)算降黏率。

（4）乳化降黏效果。按照油水體積比70∶30，將稠油與YJN-1 水溶液混合（YJN-1 按稠油質(zhì)量計(jì)），在50℃下恒溫1 h，以200數(shù)500 r/min速率攪拌乳化5 min，迅速用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定乳液黏度。用同樣的方法制備油水乳狀液，迅速倒入透明塑料杯中，在50℃下恒溫靜置1 h后，刺穿塑料杯底部，放出下層水到量筒中（油層中的水量忽略不計(jì)），測(cè)量水的體積并計(jì)算脫水率。

2 結(jié)果與討論

2.1 降黏劑YJN-1的結(jié)構(gòu)

YJN-1 的紅外吸收光譜圖（圖2）中，2924 cm-1處為—CH2的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰；2854 cm-1處為—CH2—的對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰；1651 cm-1處為C=O 的伸縮振動(dòng)吸收峰；1466 cm-1處為—CH3的彎曲振動(dòng)吸收峰；1039 cm-1處為S=O的伸縮振動(dòng)吸收峰；1190 cm-1處為—SO2的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰；3292 cm-1附近為N—H 的伸縮振動(dòng)吸收峰；1545 cm-1處為N—H彎曲振動(dòng)吸收峰；729 cm-1處為—CH2面內(nèi)搖擺振動(dòng)吸收峰；在甲基振動(dòng)吸收峰的左側(cè)3006 cm-1處有一個(gè)較弱的吸收峰，為=C—H的振動(dòng)吸收峰。由此可知，合成產(chǎn)物與所設(shè)計(jì)的油酰胺丙基磺基甜菜堿分子結(jié)構(gòu)一致。

圖2 油酸酰胺丙基磺基甜菜堿紅外吸收光譜圖

2.2 油溶性降黏劑的性能評(píng)價(jià)

通過(guò)降黏后稠油的黏度和降黏率來(lái)評(píng)價(jià)降黏劑的降黏效果。根據(jù)稠油黏度能直接判斷出降黏處理后的黏度是否達(dá)到開(kāi)采或輸送的要求；降黏率可反映降黏劑對(duì)不同稠油的降黏幅度及在不同溫度下的降黏效果。

2.2.1 與市售降黏劑的對(duì)比

新疆油田（1#）和勝利油田（2#）稠油的物性參數(shù)如表2所示。

表2 兩種稠油樣品的物性參數(shù)

在50℃下，0.5%YJN-1、XB-80、SHNJ-3 降黏劑對(duì)1#和2#兩種稠油的降黏效果如表3所示。YJN-1降黏劑對(duì)兩種稠油的降黏率約為91.5%，好于XB-80；YJN-1 對(duì) 1#稠油的降黏率略低于SHNJ-3，對(duì)2#稠油的降黏率高于SHNJ-3。綜上，YJN-1的降黏效果與市售降黏劑的相當(dāng)，并優(yōu)于部分商品降黏劑的效果。

2.2.2 加量?jī)?yōu)化

加量和溫度是影響降黏效果的兩個(gè)主要因素，適宜的加量和溫度能充分利用化學(xué)降黏和加熱降黏的優(yōu)勢(shì)形成協(xié)同效應(yīng)，發(fā)揮出最佳的降黏效果。50℃下，YJN-1加量對(duì)1#和2#稠油降黏效果的影響見(jiàn)圖3。隨YJN-1 加量的增大，1#和2#稠油的降黏率增加并逐漸穩(wěn)定。YJN-1 加量為0.5%時(shí)的降黏率約為85%，繼續(xù)增大YJN-1的用量，降黏率無(wú)明顯的增大。因此，作為油溶性降黏劑的最佳加量為0.5%。

表3 降黏劑對(duì)1#和2#稠油的降黏效果

圖3 YJN-1加量對(duì)稠油降黏率的影響

2.2.3 溫度的影響

YJN-1 加量為0.5%時(shí)，溫度對(duì)YJN-1 降黏效果的影響見(jiàn)圖4。當(dāng)溫度低于40℃或高于60℃時(shí)，YJN-1對(duì)兩種稠油的降黏效果受溫度影響較大。在45數(shù)55℃時(shí)，受溫度影響較小，對(duì)兩種稠油的降黏率均達(dá)到最大值，在此溫度區(qū)間，化學(xué)降黏和加熱降黏協(xié)同效應(yīng)最好。因此，最佳的降黏溫度為50℃。

圖4 溫度對(duì)稠油降黏效果的影響

2.3 乳化降黏劑性能評(píng)價(jià)

稠油開(kāi)采過(guò)程中會(huì)含有一定的水，在乳化劑作用下，可以形成水包油型（O/W）乳狀液。該乳狀液黏度較低，可以大幅提高稠油的采收率［19］。本文制備的稠油降黏劑具有表面活性基團(tuán)，對(duì)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?jī)?yōu)化

YJN-1 加量對(duì)1#和2#稠油的乳化降黏效果及乳液沉降脫水情況的影響見(jiàn)表4。加量為0.05%時(shí)，YJN-1 對(duì)兩種稠油的乳化降黏率約為96%，脫水率高于99%；隨著YJN-1 加量的增大，降黏率增大，脫水率減小；當(dāng)YJN-1加量大于0.15%時(shí)，降黏率趨于平穩(wěn)，脫水率下降速度加快。乳液越穩(wěn)定，破乳脫水越難［20］。在50℃、YJN-1加量為0.15%的條件下，兩種稠油的沉降脫水率大于96%，具有良好的乳化降黏劑自動(dòng)破乳脫水效果。YJN-1作為乳化降黏劑的最佳加量為0.15%（按稠油質(zhì)量計(jì)）。

表4 YJN-1對(duì)1#和2#稠油的乳化降黏效果

2.3.2 抗鹽性能

在50℃下，0.15%YJN-1 在不同礦化度下的乳化降黏效果見(jiàn)圖5（其他各節(jié)實(shí)驗(yàn)中所用水均為自來(lái)水）。隨著礦化度的增大，乳化降黏率減小，脫水率增大，說(shuō)明溶液中的鹽有利于破乳脫水。當(dāng)?shù)V化度低于85 g/L 時(shí)，乳化降黏率幾乎不受影響，仍在99%以上，說(shuō)明YJN-1具有較好的抗鹽性能。

2.3.3 耐溫性能

將YJN-1分別在80數(shù)200℃下靜置恒溫加熱處理24 h 后，按照油水體積比70∶30 和0.15%的加量與稠油混合，乳化降黏效果如圖6 所示。YJN-1 具有較好的耐溫性能，160℃下高溫處理24 h 后仍然具有良好的乳化降黏能力，降黏率為97.1%，乳液依然保持較好的穩(wěn)定性。

圖5 礦化度對(duì)降黏率和脫水率的影響

圖6 溫度對(duì)降黏率和脫水率的影響

3 結(jié)論

以油酸、N，N-二甲基-1，3-丙二胺、丙磺酸內(nèi)脂為原料合成了一種含有極性基團(tuán)、疏水長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)的具有表面活性功能的稠油降黏劑YJN-1，既能作為油溶性降黏劑又能作為乳化降黏劑，達(dá)到一劑雙效的目的。作為油溶性降黏劑時(shí)，YJN-1 的最優(yōu)加量為0.5%，在50℃下，對(duì)勝利稠油和新疆稠油的降黏率約為91.5%，降黏效果優(yōu)于部分商品降黏劑。YNJ-1 作為乳化降黏劑時(shí)，在50℃、0.15%加量的條件下對(duì)兩種稠油的乳化降黏率約為99%，沉降脫水率大于96%，具有良好的乳化降黏劑自動(dòng)破乳脫水效果。YJN-1 的抗鹽能力高達(dá)85 g/L，耐溫可達(dá)160℃。