內(nèi)蒙錫-14區(qū)塊稠油熱采乳化降黏技術(shù)研究

羅詠濤

(中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院， 北京 100083)

內(nèi)蒙錫-14區(qū)塊稠油熱采乳化降黏技術(shù)研究

羅詠濤

(中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院， 北京 100083)

針對(duì)內(nèi)蒙錫-14區(qū)塊稠油熱采工藝效率低、經(jīng)濟(jì)性差的問(wèn)題，分析了該區(qū)塊稠油組成、物性和水質(zhì)特點(diǎn)，研制了一種耐高溫復(fù)合乳化降黏劑，并考察了乳液體系的微觀形態(tài)、流變性質(zhì)和黏溫性質(zhì)。研究結(jié)果表明，錫-14區(qū)塊稠油中膠質(zhì)含量超過(guò)50%，是造成其高黏度的主要原因，由HLB值在12～14范圍內(nèi)的非離子表面活性劑組成的復(fù)合降黏劑對(duì)該區(qū)塊稠油具有良好的乳化效果，在加劑質(zhì)量濃度為2000 mg/L時(shí)即可形成均勻的水包油乳液，該劑耐溫性能超過(guò)280℃；采用該乳化劑所配制的稠油乳液體系液滴粒徑約2～8μm，分布均勻、穩(wěn)定，乳液體系黏度約20～30 mPa·s，且基本不受剪切速率和溫度變化的影響，呈現(xiàn)牛頓流體特性，滿足蒸汽熱采工藝要求。

稠油；熱采；乳化；乳液；降黏

隨著常規(guī)石油資源的日益枯竭，稠油產(chǎn)量不斷上升，已經(jīng)成為我國(guó)重要的石油資源。內(nèi)蒙古探區(qū)是中原油田近年來(lái)新開(kāi)發(fā)的稠油區(qū)塊，勘探面積約30000km2，接近東濮老區(qū)的6倍，具有良好的開(kāi)發(fā)前景。其中，錫-14區(qū)塊屬于內(nèi)蒙古探區(qū)白音查干油田，含油面積約30km2，已探明地質(zhì)儲(chǔ)量4×107t，并呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭。該區(qū)塊油藏埋深約400～500m，地層溫度僅20～30℃，稠油黏度高達(dá)104～106mPa?s以上，流動(dòng)性較差，地層孔隙度約30%，滲透率約882mD，屬高孔高滲油藏。目前，該區(qū)塊采用蒸汽熱采工藝生產(chǎn)稠油，已有6口熱采井形成工業(yè)油流，但由于油層淺、殼層薄、保溫性差，蒸汽熱損失嚴(yán)重、效率低下，油汽比平均不足0.05，顯著低于0.1的經(jīng)濟(jì)可行性指標(biāo)。乳化降黏技術(shù)是提高稠油采收率的有效手段，已在國(guó)內(nèi)外各油田得到廣泛應(yīng)用[1～3]。該技術(shù)通過(guò)乳化降黏劑的乳化作用使稠油形成黏度極低的水包油乳狀液[4～6]，大幅提高地層流動(dòng)性，從而實(shí)現(xiàn)較高的采收率。目前油田應(yīng)用較多的乳化降黏劑主要是烷基磺酸鹽類(lèi)化合物，這類(lèi)降黏劑耐溫、耐鹽性較好，但對(duì)高黏、高膠質(zhì)稠油乳化效果差，應(yīng)用效果不理想。

針對(duì)錫-14稠油區(qū)塊蒸汽吞吐熱采工藝，研究耐高溫稠油乳化降黏劑及應(yīng)用技術(shù)，是提高開(kāi)采效率的有效方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

實(shí)驗(yàn)儀器：賽默飛世爾科技(中國(guó))有限公司Haake VT550型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，上海光學(xué)儀器六廠顯微成像儀；

表面活性劑：十四烷基三甲基溴化銨，十二烷基苯磺酸，十四烷基甜菜堿，吐溫80，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1） 稠油乳液的制備。稱(chēng)取70mL稠油樣品于燒杯中，置于30℃水浴中恒溫1h，加入30mL乳化降黏劑地層水溶液，用玻璃棒攪拌5min，觀察乳化情況，并測(cè)定乳液體系黏度和流變性質(zhì)。

（2）黏溫和流變性質(zhì)的測(cè)量。采用Haake VT550型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定稠油及乳液黏溫、流變性質(zhì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 稠油組成、物性及水質(zhì)分析

乳化降黏劑對(duì)稠油的乳化效果主要受稠油組成和乳化用水水質(zhì)的影響。對(duì)錫-14區(qū)塊的典型稠油樣品進(jìn)行了組成及物性分析，結(jié)果見(jiàn)表1。該區(qū)塊稠油中膠質(zhì)含量超過(guò)50%，是造成其黏度高的主要原因，瀝青質(zhì)、蠟含量較低，對(duì)黏度影響很小。這種類(lèi)型的稠油通常選擇親油端具有較長(zhǎng)碳鏈的乳化降黏劑。

表1 錫-14稠油樣品組成物性分析

對(duì)X14-P1稠油的黏溫性質(zhì)進(jìn)行考察，結(jié)果見(jiàn)圖1。該稠油黏度隨溫度變化顯著，30℃黏度高達(dá)271200mPa?s，而80℃黏度僅2970mPa?s，具有較強(qiáng)溫敏性。錫-14區(qū)塊由于地層保溫性差，注蒸汽后只有近井地帶能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到80℃以上溫度，大部分區(qū)域只有30～40℃，黏度非常高，常規(guī)技術(shù)開(kāi)采效率低，而乳化降黏技術(shù)是一種更有效的手段。

圖1 X14-P1稠油黏溫曲線

對(duì)錫-14區(qū)塊地層水進(jìn)行金屬離子含量分析，結(jié)果見(jiàn)表2。地層水中金屬離子總質(zhì)量濃度約2500mg/L，鈣含量?jī)H為118mg/L，屬于低鹽水質(zhì)，大多數(shù)類(lèi)型的乳化降黏劑都適用于這種水質(zhì)。

表2 錫-14地層水金屬含量分析

2.2 乳化降黏劑研制

乳化降黏劑對(duì)稠油的乳化作用效果主要受其所含表面活性劑分子的親水端類(lèi)型和親水親油平衡值（HLB值）的影響。不同的親水端類(lèi)型所產(chǎn)生的空間斥力和靜電斥力不同，乳化效果也不同。

試驗(yàn)考察了不同親水端類(lèi)型的表面活性劑對(duì)X14-P1稠油的乳化效果，加劑質(zhì)量濃度為5000mg/L，結(jié)果見(jiàn)表3。非離子型表面活性劑吐溫80對(duì)錫-14稠油具有較好的乳化效果，可形成均勻乳液。在乳液形成的過(guò)程中，非離子型表面活性劑分子由于具有較長(zhǎng)的親水鏈，吸附在乳化油滴表面后產(chǎn)生較強(qiáng)的空間障礙，從而阻止乳化液滴之間聚并，使穩(wěn)定的水包油乳液體系更易于形成。其它類(lèi)型的表面活性劑由于親水基團(tuán)較短，所產(chǎn)生的斥力不足，導(dǎo)致乳液體系無(wú)法形成。

表3 不同親水端類(lèi)型對(duì)錫-14稠油的乳化效果

表面活性劑的HLB值也是影響乳化效果的重要因素。采用幾種不同類(lèi)型非離子型表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，制備具有不同HLB值的復(fù)合乳化降黏劑，考察在加劑質(zhì)量濃度僅為2000mg/L時(shí)對(duì)X14-P1稠油的乳化效果，結(jié)果見(jiàn)表4。乳化降黏劑的HLB值在12～14時(shí)，對(duì)錫14稠油的乳化效果較好，可形成均勻乳液。HLB值體現(xiàn)了處于油水界面上的表面活性劑分子在油相和水相中的伸展程度。HLB值越低，表面活性劑分子伸展在油相中的部分越多、占據(jù)的空間越大，在水相中的部分越少、占據(jù)的空間越小，因而易于形成油包水乳液；反之，則易于形成水包油乳液。但是，過(guò)高的表面活性劑HLB值也會(huì)造成油水界面曲率過(guò)大，無(wú)法形成球體，反而不利于乳化。

表4 HLB值對(duì)復(fù)合劑乳化性能的影響

2.3 乳化降黏劑耐溫性能考察

根據(jù)錫-14區(qū)塊現(xiàn)有蒸汽吞吐工藝，注入乳化降黏劑水溶液段塞后再注蒸汽是比較可行的實(shí)施方案，降黏劑與熱蒸汽存在一定接觸面，接觸溫度超過(guò)250℃，要求降黏劑具有較好耐溫性能。

根據(jù)乳化降黏技術(shù)實(shí)施工藝，將乳化降黏劑C、D分別配制成2%水溶液，在高壓反應(yīng)釜中280℃恒溫靜置24h，然后考察其乳化性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，降黏劑水溶液經(jīng)高溫處理后乳化性能無(wú)顯著變化，仍可使錫-14稠油形成均勻乳液。

2.4 乳液體系微觀形態(tài)測(cè)量

采用顯微成像儀觀察乳液體系中的液滴形態(tài)并測(cè)量液滴粒徑，見(jiàn)圖2。所制備乳液體系中，油滴呈圓球狀，粒徑約2～8μm，分布較均勻，具有較高的穩(wěn)定性。通常，在乳液體系中，分散相液滴粒徑越小、分布越均勻，體系穩(wěn)定性越高。這是由于液滴粒徑較小時(shí)，受布朗運(yùn)動(dòng)的影響越大、受重力作用的影響越小，不容易發(fā)生聚集和沉降，見(jiàn)圖2。

2.5 乳液體系流體性質(zhì)考察

稠油乳液體系的流體性質(zhì)是決定開(kāi)采效率的關(guān)鍵指標(biāo)。乳液體系在油藏中流動(dòng)時(shí)，其黏度越低、流動(dòng)速度越快，則越易于采出，開(kāi)采效率越高。

(1)乳液體系的流變性質(zhì).試驗(yàn)考察了X14-P1稠油乳化前后的50℃流變曲線，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖2 乳液體系顯微成像照片

X14-P1稠油的流體特性分為兩個(gè)部分。在較低剪切速率下，黏度隨剪切速率增加而下降，在剪切速率從20s-1增大至50s-1過(guò)程中，黏度從18870mPa?s下降至3102mPa?s，呈現(xiàn)剪切變稀的非牛頓流體特性；在剪切速率大于50s-1時(shí)，黏度隨著剪切速率的增加基本保持不變，呈現(xiàn)牛頓流體特性。在錫14稠油開(kāi)采過(guò)程中，由于稠油在地層流速很低，剪切速率相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)條件的20s-1以下，因而實(shí)際黏度大于18870mPa?s。

相對(duì)而言，X14-P1稠油乳液體系黏度大幅降低，僅為20～30mPa?s，降黏率超過(guò)99%，且不受剪切速率變化影響，呈現(xiàn)牛頓流體性質(zhì)。這是由于稠油乳液體系黏度主要由外相黏度決定，而外相為水相，其黏度僅為1mPa?s左右，使得乳液體系整體黏度較低。

圖3 X14-P1稠油乳化前后的流變曲線

試驗(yàn)還考察了X14-1408稠油乳化前后50℃流變曲線，結(jié)果見(jiàn)圖4。該稠油雖然初始黏度高達(dá)500～1600mPa?s，但乳化后黏度僅為20mPa?s左右，與X14-P1稠油乳液體系接近。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)油相為內(nèi)相時(shí)，其黏度對(duì)乳液體系黏度影響不大。

圖4 X14-1408稠油乳化前后的流變曲線

(2)乳液體系的黏溫性質(zhì).在錫-14稠油熱采過(guò)程中，由于蒸汽熱能損耗，離注汽部位較近處的地層溫度較高，較遠(yuǎn)處的地層溫度較低，溫度變化范圍約30～80℃。如果乳液體系黏度受溫度影響較大，則會(huì)在黏度較高區(qū)域形成阻力，導(dǎo)致整體驅(qū)油效率下降。試驗(yàn)考察了X14-P1稠油乳液體系的黏溫曲線，結(jié)果見(jiàn)圖5。試驗(yàn)結(jié)果表明，乳液體系黏度在20～30mPa?s范圍內(nèi)波動(dòng)，基本不受溫度變化的影響。

圖5 X14-P1稠油乳液體系黏溫曲線

3 結(jié)語(yǔ)

內(nèi)蒙錫-14稠油組成中膠質(zhì)含量超過(guò)50%，是造成其高黏度的主要原因。

由非離子型表面活性劑組成的HLB值在12～14范圍內(nèi)的復(fù)合乳化降黏劑具有較好的乳化效果，加劑濃度僅2000mg/L即可使錫-14稠油乳化，形成分散液滴粒徑2～8μm的均勻穩(wěn)定乳液；該劑具有較高的耐溫性能，經(jīng)280℃處理24h后乳化性能未明顯降低。

錫-14稠油乳液體系的流變性質(zhì)呈現(xiàn)牛頓流體特性，乳液黏度約20～30mPa?s，且不受稠油黏度和溫度變化的影響。

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羅詠濤（1976—），男，碩士學(xué)歷、高級(jí)工程師，主要從事采油化學(xué)劑科研工作，獲中國(guó)石化（省部級(jí)）科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1次、三等獎(jiǎng)3次。