海上稠油乳化堵塞解除技術研究

王少華，吳春洲，孫玉豹，汪 成，肖 灑

（中海油田服務股份有限公司油田生產事業部，天津 300459）

渤海稠油資源儲量豐富，然而在稠油油田開發過程中，隨著含水率的上升，稠油形成油包水乳化現象加劇，產出液黏度變大，原油流動困難，造成了嚴重的井筒及近井地帶的乳化堵塞問題[1-3]，導致油井頻繁發生欠載和過載停泵現象，如何解決稠油乳化堵塞的問題成為海上稠油開采的一大難題。針對以上問題，本文對影響稠油油包水乳液的穩定性因素進行了分析，并根據分析結果，提出了化學劑體系解除稠油乳化堵塞的技術方向[4-6]，室內通過靜態和動態性能評價，考察了防乳破乳體系+油溶性降黏體系解除稠油乳化堵塞的效果，證明了化學體系解除乳化堵塞的可行性，為海上稠油乳化堵塞問題的治理提供了思路和指導意義。

1 實驗部分

1.1 實驗油水樣

實驗用油為渤海某稠油區塊油田原油，50℃條件下的地面原油黏度2 480 mPa·s，膠質含量9.62%、瀝青質含量5.13%，含蠟量5.83%。實驗用水為地層水，礦化度為5 500 mg/L，水型為NaHCO3型。

1.2 實驗材料及儀器

實驗藥劑主要有：油溶性降黏體系（中海油田服務股份有限公司）主要成分為芳香烴，復配滲透劑、互溶劑等表面活性劑成分，閃點61℃，無色透明液體，有效物含量100%；防乳破乳體系B（中海油田服務股份有限公司），主要成分為改性聚醚類非離子表面活性劑，淺黃色乳狀液，有效物含量40%～50%。其他實驗材料主要有石油醚（沸點90℃～120℃）、乙醇、氧化鋁、實驗用煤油等；巖心為人工填砂巖心，尺寸（Φ38 mm×600 mm）。

HAAKE RS6000流變儀（德國thermal公司）；JB90-S電動攪拌器（上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司）；WNB10恒溫水浴鍋（上海首立實業有限公司）；YT881-2恒溫干燥箱（上海柏欣儀器設備廠）；滾子加熱爐（青島鑫瑞德石油儀器股份有限公司）；一維驅替物理模擬裝置（揚州華寶石油儀器有限公司），包括恒溫箱、注入泵、填砂管、中間容器（1 000 mL）、壓力傳感器，控制系統等。

1.3 實驗方法

1.3.1 原油膠質、瀝青質分離 參照中華人民共和國石油化工行業標準《SH T 0509-2010石油瀝青四組分測定法》。將原油樣品溶解于正庚烷加熱回流，利用石油醚（90℃～120℃）、甲苯等藥劑分離出飽和分、芳香分，利用石油醚、甲苯、乙醇和氧化鋁等藥劑分離出膠質和瀝青質。

1.3.2 瀝青質對油包水乳狀液穩定性影響 向煤油中加入瀝青質，形成0.5%、1%和2%濃度的模擬油，然后與地層水（油水比7：3）充分攪拌后，得到油包水乳狀液，利用Hakke RS6000旋轉黏度儀測定不同轉速下的乳液界面黏度，判斷瀝青質對稠油的影響[8]。

1.3.3 膠質對油包水乳狀液穩定性影響 向煤油中加入膠質，形成1%、3%、7%和10%濃度的模擬油，然后與地層水（7：3）充分攪拌后，得到油包水乳狀液，利用Hakke RS6000旋轉黏度儀測定不同轉速下的乳液界面黏度，判斷膠質對稠油的影響[7]。

1.3.4 防乳破乳劑靜態性能測定

1.3.4.1 防乳效果測定 稱取60 g脫水原油和40 g地層水于兩個燒杯中；然后將上述燒杯置于50℃的恒溫水浴中加熱30 min。利用電動攪拌器攪拌20 min形成混合液。按照上述方法配制原油與不同濃度防乳破乳體系溶液混合液。配制的混合液分別裝入兩個老化罐中，將密封好的老化罐放入滾子加熱爐中加熱乳化5 h，滾動速率50 r/min。乳化結束后，將反應釜中全部混合液倒入比色管中并靜置2 min，目測、記錄脫出的污水量；防乳化率按如下公式計算。

式中：X-防乳化率，%；V1-含防乳破乳劑的混合液脫水量，mL；V2-不含防乳破乳劑的混合液脫水量，mL。

1.3.4.2 破乳效果測定 參照《SY/T 5281-2000原油破乳劑使用性能檢測方法（瓶試法）》，測定不同濃度的防乳破乳體系溶液的破乳效果，觀察乳狀液的脫水量，計算破乳率。

1.3.5 油溶性降黏劑靜態性能測定

1.3.5.1 降黏效果測定 參照Q/SH1020《稠油降黏劑通用技術條件》，將渤海油田原油置于50℃恒溫水浴預熱30 min后，加入不同量的油溶性降黏劑配制成濃度2%、5%、10%的溶液；按照標準適度攪拌后，置于轉筒中，利用Hakke流變儀測量50℃下的黏度（剪切速率16.2 s-1），測定降黏效果。

1.3.5.2 溶瀝青效果測定 制備瀝青掛片，稱取質量為m1，取10 mL溶劑于25 mL比色管中；將掛片置于25 mL比色管中，再置于50℃恒溫水浴中，反應10 min；取出掛片，用無水乙醇清洗；待掛片完全吹干，稱取質量m2；計算瀝青質溶解速率如下。

其中：r-溶蠟速率，g/（min·mL）；m1-溶解前瀝青掛片質量，g；m2-溶解后瀝青掛片質量，g；t-瀝青掛片完全溶解所用時間，min；V-溶液體積，mL。

1.3.6 動態驅油效果測定 為研究化學體系的動態驅油效果，開展了一維驅替模擬實驗。

實驗用砂為石英砂（50目）。共3根填砂管1#、2#和3#，1#填砂管為50℃水驅，1#填砂管參數為孔隙度 35.5%，滲透率 1 900×10-3μm2，含油飽和度 87.5%；2#填砂管為50℃水驅乳化油，2#填砂管參數為孔隙度 37.1%，滲透率 1 700×10-3μm2，含油飽和度 86.5%；3#填砂管為50℃化學藥劑溶液驅油，3#填砂管參數為孔隙度 37.2%，滲透率 1 750×10-3μm2，含油飽和度85.1%。

實驗步驟如下：

（1）1#填砂管：模型抽真空，飽和地層水，飽和脫水原油，然后使用50℃水進行驅替至含水99%，實驗溫度50℃，分別記錄各個階段驅出油量及驅出油的含水率，然后計算50℃水驅的采收率。

（2）2#填砂管：模型抽真空，飽和地層水，飽和油包水乳狀液（油水比為7：3），然后驅替過程采用50℃水驅替，直至驅出液中含水超過99%后停止注入，分別記錄。

（3）3#填砂管：模型抽真空，飽和地層水，飽和脫水原油，驅替過程采用50℃（水+化學藥劑）驅替，油溶性降黏體系段塞注入，然后再用質量分數0.5%的防乳破乳體系水溶液驅替；直至驅出液中含水超過99%后停止注入。分別記錄各個階段驅出油量及驅出油的含水率，然后計算（水+化學劑）驅的采收率。

2 結果與討論

2.1 瀝青質、膠質對稠油油包水乳狀液穩定性的影響

2.1.1 瀝青質對油包水乳狀液穩定性的影響 向航空煤油中加入瀝青質，形成0.5%、1%和2%濃度的模擬油，與地層水高速攪拌后形成油包水乳狀液（油水比7：3），測定不同轉速下的界面黏度。

不同濃度的瀝青質模擬油與地層水間的油水界面剪切黏度隨剪切速率變化關系（見圖1）。由圖1看出，隨瀝青質濃度增加，測得油水剪切界面黏度增大，說明瀝青質中含有界面活性物質，能夠形成一定強度的界面膜。瀝青質模擬油與地層水間的油水界面剪切黏度隨剪切速率的增加而減小，然后趨于穩定。因此瀝青質中的界面活性物質形成的界面膜會隨剪切而被破壞。

圖1 瀝青質對油水界面剪切黏度的影響

向航空煤油中加入瀝青質，形成0.1%、0.5%、1%和2%濃度的模擬油，與地層水高速攪拌后于50℃靜置1 h后析水量分別為10%、5%、2%和1%，說明隨著瀝青質含量的增加，形成原油乳狀液的析水量逐漸降低。隨時間的增加，析水量幾乎不變，因此加入瀝青質形成的原油乳狀液穩定性增強，表明瀝青質中含有界面活性物質，瀝青質模擬油與地層水能夠形成穩定的W/O乳狀液。

2.1.2 膠質對油包水乳狀液穩定性的影響 向航空煤油中加入膠質，形成1%、3%和7%濃度的模擬油，與地層水高速攪拌后形成油包水乳狀液（油水比7：3），測定不同轉速下的界面黏度。

不同濃度的膠質模擬油與地層水間的油水界面剪切黏度隨剪切速率變化關系（見圖2）。由圖2可以看出，隨著膠質濃度的增加，膠質模擬油與地層水之間的油水界面剪切黏度增加，隨著剪切速率的增加，膠質模擬油與地層水間的油水界面剪切黏度增加。當膠質含量較高時，界面活性物質多，在油水界面形成的界面膜強度大，因此界面剪切黏度較大。這說明膠質中含有界面活性物質，能夠形成一定結構的界面膜。

圖2 膠質對油水界面剪切黏度的影響

由上述實驗結果可知，稠油的膠質和瀝青質中，瀝青質模擬油與地層水乳化所形成的W/O型乳狀液穩定性最強，其次是膠質。由于原油中的膠質、瀝青質等天然乳化劑易形成油包水的乳化液，從而導致原油黏度增大，發生乳化堵塞地層現象，因此利用既可防乳又可破乳的化學體系解決乳化堵塞問題；利用油溶性降黏體系破壞稠油瀝青膠體模型，降低黏度，增加原油流動性具備理論可行性[8]。

2.2 防乳破乳體系靜態性能評價

2.2.1 防乳效果測定 測得不同濃度（0.1%、0.3%、0.5%和1%）的防乳破乳體系的防乳率為67%、78%、83%和85%，說明該體系能有效防止油、水形成油包水乳液，避免稠油在地層或井筒中形成乳化堵塞。

2.2.2 破乳效果測定 測得不同濃度（0.1%、0.3%、0.5%和1%）的防乳破乳體系的破乳率為76%、86%、89%和90%，說明該體系能有效破除已形成的油包水乳液，解除乳化堵塞。

考慮藥劑的防乳和破乳效果及使用成本，建議使用濃度0.5%。

2.3 油溶性降黏體系靜態性能評價

2.3.1 降黏效果測定 測得不同濃度（2%、5%和10%）的油溶性降黏體系的降黏率為71%、90%和95%。

2.3.2 溶瀝青效果測定 利用掛片法測定，測定體系對瀝青的溶解效果，50℃下該體系10 min即可將瀝青溶解完全，測得其溶解速率為3.20 mg/（mL·min）。

實驗結果表明，該體系具有良好的降黏和溶瀝青效果，說明該體系能快速溶解稠油中的瀝青質，解除地層中的有機堵塞，降低稠油黏度，提升原油流動性。

2.4 動態驅油評價

共3根填砂管1#、2#和3#，1#填砂管為50℃水驅；2#填砂管為50℃水驅乳化油；3#填砂管為50℃化學藥劑溶液驅油，考察了藥劑的解堵降壓效果和驅油效果。

2.4.1 化學體系的解堵降壓效果 2#相比于1#巖心，前期驅替壓差最高達1.1 MPa，而普通水驅油最高為0.07 MPa，壓差上升明顯，測得該油包水乳液黏度為4 229 mPa·s，黏度增加70%，說明巖心中形成油包水后，稠油乳化增黏使得驅替壓差明顯抬升，阻力增大；3#巖心注入0.1 PV的油溶性降黏劑，注入藥劑前期壓差較大，后續壓差迅速降低至0.32 MPa，降壓約0.8 MPa，燜井0.5 h后，使用0.5%防乳破乳劑溶液（80℃）繼續驅替，壓差幾乎降為零，說明水和化學藥劑結合的協同作用可有效解除地層堵塞（見圖3）。

圖3 不同驅替方式驅替壓差對比曲線

2.4.2 化學體系的驅油效果 2#巖心與1#巖心相比，兩者驅替效率相差不大；3#巖心驅替效率較高，最終驅替效率比1#、2#高約5%左右，驅油速度快，含水上升速度加快，1.3 PV左右含水即達到98%（見圖4）。

圖4 不同驅替方式驅替效率對比曲線

以上實驗表明，化學體系的加入可有效提高洗油效率，加快采收速度，提高采收率。

3 結論與認識

（1）稠油中的膠質、瀝青質是形成油包水乳狀液的天然乳化劑，且含量越多，乳化越穩定，乳化堵塞越嚴重；因此利用既可防乳又可破乳的化學體系解決乳化堵塞問題；利用油溶性降黏體系破壞稠油瀝青膠體模型，降低黏度，增加原油流動性具備理論可行性。

（2）室內靜態評價表明，0.5%防乳破乳體系的防乳率為83%，破乳率為89%，具有良好的防止和解除乳化堵塞的能力；濃度為5%的油溶性降黏體系的降黏率為90%，溶瀝青質速率為3.20 mg/（mL·min），可快速溶解稠油中的瀝青質，降低原油黏度。

（3）動態驅油實驗表明，油溶性降黏體系與防乳破乳體系可降低注入壓差0.8 MPa，且兩種體系的加入可使其驅油效率提升5%，說明化學體系可有效解除稠油乳化堵塞的問題，同時還可進一步提高洗油效率，加快采收速度，提高采收率，為海上問題井的解決提供技術指導。

我國大力推進生物天然氣產業化發展

近日，國家能源局下發征求對《關于促進生物天然氣產業化發展的指導意見》的意見函?！兑庖姟分赋?，當前生物天然氣處于發展初期，面臨著技術不成熟、產業體系不健全、政策支持力度不夠等問題，急需強化支持、完善政策，加快生物天然氣產業化發展步伐。

《意見》提出我國生物天然氣有四個發展階段：到2020年，生物天然氣實現初步發展，初步建立產業體系，政策體系基本形成。到2030年，生物天然氣實現穩步發展，規模位居世界前列，生物天然氣年產量超過300億立方米，占國內天然氣產量一定比重。

據悉，我國將編制國家生物天然氣發展中長期規劃，明確生物天然氣商業化可持續發展的路徑等。同時，還將根據國家規劃和重點地區省級規劃，大型能源企業以及其他有實力的企業編制本企業生物天然氣發展規劃，面向全國謀劃提出項目布局?！吨笇б庖姟饭膭钊細饨洜I企業開發建設生物天然氣項目。完善支持政策，包括修訂城鎮燃氣管理條例，將生物天然氣納入管理范圍，支持生物天然氣并入城鎮燃氣管網和消費。制定生物天然氣優先利用政策措施，研究建立綠色燃氣配額制度等。

（摘自中國石油報第7295期）