風(fēng)城超稠油強(qiáng)親油弱親水降黏體系

賀麗鵬丁彬耿向飛羅健輝劉勇

1.中國(guó)石油集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司納米化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.中國(guó)石油新疆油田分公司風(fēng)城作業(yè)區(qū)

風(fēng)城超稠油強(qiáng)親油弱親水降黏體系

賀麗鵬1，2丁彬1，2耿向飛1，2羅健輝1，2劉勇3

1.中國(guó)石油集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司納米化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.中國(guó)石油新疆油田分公司風(fēng)城作業(yè)區(qū)

針對(duì)風(fēng)城超稠油在蒸汽吞吐生產(chǎn)中后期低溫條件下開采效果較差的現(xiàn)狀，引入了活性大分子降黏劑輔助蒸汽吞吐開采技術(shù)。以風(fēng)城超稠油膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量等主要物化性能為依據(jù)，設(shè)計(jì)制備了具有強(qiáng)親油弱親水特征的活性大分子降黏劑。模擬蒸汽吞吐工藝，室內(nèi)評(píng)價(jià)顯示降黏劑用量0.2%、油水質(zhì)量比10∶3時(shí)，所形成O/W降黏體系初始表觀黏度小于300 mPa·s，降黏體系靜態(tài)穩(wěn)定，降黏劑耐溫高達(dá)300 ℃，與正相破乳劑TA1031配伍。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)顯示開采溫度低于60 ℃時(shí)，試驗(yàn)輪產(chǎn)油量比上一輪產(chǎn)量增加40.38 t，是上一輪產(chǎn)油量的2.27倍。研究結(jié)果表明活性大分子降黏劑可大幅降低風(fēng)城超稠油表觀黏度，特別是改善超稠油在低溫條件下的流動(dòng)性，有效延長(zhǎng)蒸汽吞吐的低溫開采時(shí)間，提升周期產(chǎn)油量，應(yīng)用前景廣闊。

超稠油；降黏劑；表觀黏度；O/W降黏體系；蒸汽吞吐

新疆風(fēng)城超稠油飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量分別為54.06%、21.52%、23.86%和0.56%，膠質(zhì)含量高且易凝固，20℃時(shí)黏度高至（5～50）×104mPa·s，目前主要采用蒸汽吞吐方式進(jìn)行開采。如何有效降低風(fēng)城超稠油表觀黏度，增加蒸汽吞吐中、后期低溫條件下的開采時(shí)間，對(duì)風(fēng)城超稠油的高效開發(fā)具有重要意義［1］。化學(xué)降黏技術(shù)［2］（包括催化裂解降黏［3］、加堿降黏［4］、加油溶性降黏劑降黏［5］和加表面活性劑降黏［6-7］）由于具有經(jīng)濟(jì)成本低、工藝簡(jiǎn)單和適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，一直是稠油降黏領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。課題組在前期的研究中［8］，研發(fā)出一種單一組分的活性大分子降黏劑用于將稠油顆粒在水中分散，可以有效阻止稠油顆粒的凝聚，從而達(dá)到降低稠油黏度，改善稠油流動(dòng)能力的效果。筆者以風(fēng)城超稠油物化性能為依據(jù)，通過(guò)優(yōu)選功能單體，制備了具有強(qiáng)親油弱親水特征的活性大分子降黏劑CVR，模擬蒸汽吞吐工藝條件，在室內(nèi)考察了CVR的降黏效果，并開展了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，達(dá)到增產(chǎn)效果。

1　室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

Laboratory test

1.1實(shí)驗(yàn)材料與儀器

Test materials and instruments

風(fēng)城超稠油，新疆油田風(fēng)城作業(yè)區(qū)提供，活性大分子降黏劑CVR，自制；壬基酚聚氧乙烯醚（OP-10）、十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）、正相破乳劑TA1031、異丙烯苯、丙烯酸辛酯、丙烯酸，偶氮二異丁腈（AIBN），工業(yè)品。

IKA Eurostar power control攪拌器，德國(guó)IKA；XMTD-6000電熱恒溫水浴，北京東方精瑞；Nicolet 6700傅立葉紅外光譜儀，德國(guó)Thermol；Kanuer-7000分子量測(cè)定儀，德國(guó)KNAUER公司；R/S流變儀，美國(guó)Brookfield。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

Test methods

（1）活性大分子降黏劑（CVR）制備。向反應(yīng)器中依次加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20% 的異丙烯苯、30% 的丙烯酸辛酯和50% 的丙烯酸，攪拌、升溫至65℃，再加入2% 的引發(fā)劑AIBN，引發(fā)聚合4 h，即得到帶有強(qiáng)親油弱親水基團(tuán)的活性大分子降黏劑CVR。

（2）紅外光譜分析。采用Thermo Scientific Nicolet 6700智能型傅立葉紅外光譜儀測(cè)定，分辨率1 cm-1，掃描次數(shù)65次/s（數(shù)據(jù)點(diǎn)分辨率8 cm-1，譜圖分辨率16 cm-1）。

（3）分子量測(cè)定。相對(duì)分子量由Kanuer-7000相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)量?jī)x測(cè)定，采用VPO方法以水為溶劑，測(cè)定溫度為45.0 ℃。

（4）O/W降黏體系制備及性能評(píng)價(jià)。O/W降黏體系的制備及性能評(píng)價(jià)參照中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY 118—2013（水包油型稠油降黏劑技術(shù)規(guī)范）。

1.3現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用流程

Workflow of field tests現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)流程見圖1。

圖1　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)流程Fig. 1 Workflow of field tests

2　結(jié)果與討論

Results and discussions

2.1活性大分子降黏劑（CVR）合成及表征

Synthesis and characterization of active macromolecular viscosity reducer （CVR）

齊邦峰［9］和Bosch［10］曾報(bào)道膠質(zhì)成分主要為芳香稠環(huán)非烴化合物，常以大分子締合體形式存在于稠油中，是高黏的本質(zhì)原因。風(fēng)城超稠油膠質(zhì)含量極高，為23.86%。為此，根據(jù)相似相溶原理，優(yōu)選出強(qiáng)親油功能單體異丙烯苯，并選取弱親水單體不飽和有機(jī)酸（酯）：丙烯酸與丙烯酸辛酯，制備得到活性大分子降黏劑CVR，反應(yīng)式見圖2。

圖2　活性大分子降黏劑制備Fig. 2 Preparation of active macromolecular viscosity reducer

采用VPO法測(cè)得CVR相對(duì)分子量為9 260，明顯高于普通降黏劑分子量。由CVR紅外光譜（圖3）可見，650～900 cm-1，1 450～1 650 cm-1，3 050～3 150 cm-1為苯環(huán)吸收峰；1 650～1 700 cm-1為C=O吸收峰，表明制備的活性大分子降黏劑CVR結(jié)構(gòu)中同時(shí)含有苯基與酯基（羧基），與所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)一致。

圖3　活性大分子降黏劑的紅外光譜Fig. 3 Infrared spectrum of active macromolecular viscosity reducer

2.2室內(nèi)評(píng)價(jià)

Lab assessment

考察了CVR、小分子降黏劑OP-10及SDBS對(duì)風(fēng)城超稠油的降黏效果，結(jié)果見表1。

表1　不同類型降黏劑對(duì)風(fēng)城超稠油的降黏效果Table 1 Performances of various viscosity reducers for ultra heavy oil in Fengcheng Block

從表1中可以看出，CVR與OP-10、SDBS相比，降黏效果好，所得O/W降黏體系不僅初始黏度低，且分散均勻較穩(wěn)定。這是因?yàn)镃VR分子中的親油基團(tuán)能有效吸附在超稠油表面，覆蓋有CVR的稠油液滴在靜電排斥作用下不易發(fā)生聚集；此外，CVR分子量較大，可與稠油顆粒形成較厚的親水膜，導(dǎo)致一定時(shí)間內(nèi)聚集的液滴數(shù)量減少，靜態(tài)穩(wěn)定性得以提高。室內(nèi)評(píng)價(jià)CVR降黏體系靜態(tài)穩(wěn)定性，降黏劑的耐溫性與配伍性，結(jié)果見表2～表4。

表2考察了不同油水質(zhì)量比對(duì)O/W降黏體系靜態(tài)穩(wěn)定性的影響，可以看出，當(dāng)油水質(zhì)量比為10∶2時(shí)，降黏體系的初始表觀黏度較大，穩(wěn)定性差，靜置1 d即發(fā)生破乳。當(dāng)油水比為10∶3～10∶4時(shí)，所形成O/W降黏體系表現(xiàn)出良好的靜態(tài)穩(wěn)定性，靜置15 d后表觀黏度仍低于500 mPa·s。說(shuō)明增大體系中水的含量可以有效降低降黏體系的初始表觀黏度，并明顯改善降黏體系的穩(wěn)定性。當(dāng)油水比達(dá)到10∶5～10∶9時(shí)，降黏體系穩(wěn)定性保持不變，可穩(wěn)定35 d以上，滿足現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)要求。

表3考察了CVR耐溫性，結(jié)果表明：CVR在300℃下放置15 d以上，所制備降黏體系仍能保持均勻分散，體系黏度小于500 mPa·s，說(shuō)明CVR具有良好的耐溫性，這是因?yàn)镃VR分子結(jié)構(gòu)中有含苯結(jié)構(gòu)

表2　不同油水比條件下所形成O/W降黏體系的穩(wěn)定性Table 2 Stability of O/W viscosity-reducing system generated under different oil/water ratios

單元，使大分子結(jié)構(gòu)在高溫下不易被破壞。

表3　活性大分子降黏劑耐溫性Table 3 Heat resistance of active macromolecular viscosity reducer

表4考察了CVR對(duì)破乳脫水的影響，結(jié)果表明：加入CVR的降黏體系，用正相破乳劑TA1031脫水后，油水界面齊，無(wú)掛壁現(xiàn)象。與未加CVR的體系相比，脫水率僅降低4.5%，說(shuō)明CVR與TA1031配伍性良好，不影響后期破乳脫水效果。

表4　活性大分子降黏劑配伍性Table 4 Compatibility of active macromolecular viscosity reducer

2.3現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

Result of field tests

風(fēng)城超稠油60℃時(shí)表觀黏度為10 000 mPa·s，處于開采的臨界狀態(tài)，考察了采出液溫度為60 ℃時(shí)的生產(chǎn)狀況。如圖4，在上一輪吞吐過(guò)程中，采出液溫度下降緩慢，吞吐周期結(jié)束后采出液溫度仍保持在60 ℃左右。而試驗(yàn)輪中采出液溫度下降較快，吞吐生產(chǎn)20 d后，采出液溫度降到60 ℃以下。

圖4　采出液溫度與生產(chǎn)天數(shù)關(guān)系曲線Fig. 4 Temperature of produced fluids vs. production days

如圖5，當(dāng)試驗(yàn)井出油溫度高于60 ℃時(shí)，上一輪產(chǎn)油68.97 t，試驗(yàn)輪累計(jì)產(chǎn)油57.13 t，未得到提高；而當(dāng)出油溫度低于60 ℃時(shí)，上一輪產(chǎn)油31.75 t，試驗(yàn)輪累計(jì)產(chǎn)油72.13 t，增加了40.38 t，是上一輪產(chǎn)油量的2.27倍。表明CVR的加入可大幅降低風(fēng)城超稠油的黏度，特別是改善超稠油在低溫條件下的流動(dòng)性，有效延長(zhǎng)蒸汽吞吐的低溫開采時(shí)間，提升周期產(chǎn)油量。

圖5　不同輪次累計(jì)產(chǎn)油關(guān)系Fig. 5 Cumulative oil productions in different rounds

3　結(jié)論

Conclusions

（1）以風(fēng)城超稠油物化性能為依據(jù)，優(yōu)選強(qiáng)親油和弱親水單體，制備了活性大分子降黏劑CVR。

（2）CVR對(duì)風(fēng)城超稠油降黏效果顯著。一定條件下，降黏體系可以長(zhǎng)時(shí)間保持靜態(tài)穩(wěn)定，CVR耐溫性與配伍性良好，滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求。

（3）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，試驗(yàn)輪產(chǎn)油量明顯增加，尤其在較低溫度（60 ℃）條件下，產(chǎn)油量是上一輪產(chǎn)油量的2.27倍。

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（修改稿收到日期 2016-01-21）

〔編輯 薛改珍〕

Strong-lipophilic and weak-hydrophilic viscosity reducers for ultra heavy oil in Fengcheng Block

HE Lipeng1，2， DING Bin1，2， GENG Xiangfei1，2， LUO Jianhui1，2， LIU Yong1，2
1. CNPC Science and Technology Research Institute， Beijing 100083， China； 2. CNPC Nano-chemistry Key Laboratory， Beijing 100083， China；3. Fengcheng Working Area， PetroChina Xinjiang Oilfield Company， Karamay， Xinjiang 834000， China

In middle and late stages of ultra heavy oil development through steam huff-and-puff in Fengcheng Block， performances are poor under low temperatures. Accordingly， active macromolecular viscosity reducers are often selected to assist the steam huff-andpuff operations. Depending on specific properties （including contents of gel and asphalts） of ultra heavy oil in Fengcheng Block， stronglipophilic and weak-hydrophilic active macromolecular viscosity reducers were prepared. They were assessed in lab for simulated steam huff-and-puff operations. The test results show that the O/W viscosity-reducing system with viscosity reducer of 0.2% and oil/water mass ratio ofhas an initial apparent viscosity less than 300 mPa·s. The system displayed static stability. The viscosity reducer can endure high temperature up to 300℃ and have good compatibility with de-emulsifier TA1031. Field tests show that oil production in the test is 40.38 t higher than， or 2.27 times of， that in the preceding round， under temperatures below 60℃. It is suggested that the active macromolecular viscosity reducers can dramatically reduce apparent viscosity of ultra heavy oil in Fengcheng Block. These reducers can effectively enhance mobility of ultra heavy oil under low temperatures and prolong low-temperature production time of steam huff-andpuff operations to enhance oilfield productivity. These reducers are prospective for application in oilfields.

ultra heavy oil； viscosity reducer； apparent viscosity； O/W viscosity-reducing system； steam huff-and-puff

賀麗鵬 （1981-）， 2010年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所， 現(xiàn)從事油田化學(xué)研究工作。通訊地址： （100083）北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號(hào)910信箱。電話：010-83595500。E-mail：helipeng@petrochina.com.cn

TE39

A

1000 - 7393（ 2016 ） 03 - 0378- 04

10.13639/j.odpt.2016.03.019

HE Lipeng， DING Bin， GENG Xiangfei， LUO Jianhui， LIU Yong. Strong-lipophilic and weak-hydrophilic viscosity reducers for ultra heavy oil in Fengcheng Block［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2016， 38（3）: 378-381.

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”資助 （編號(hào)：2011ZX05032-003）；中國(guó)石油天然氣股份有限公司科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目“納米智能驅(qū)油劑研制”（編號(hào)：2014A-1001）。

引用格式： 賀麗鵬，丁彬，耿向飛，羅健輝， 劉勇.風(fēng)城超稠油強(qiáng)親油弱親水降黏體系［J］.石油鉆采工藝，2016，38（3）：378-381.