耐溫抗鹽型稠油降黏劑DT-1的合成及性能評價

盧興國

(中國石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580)

我國稠油資源儲量豐富，具有比較廣闊的勘探開發(fā)前景。但由于稠油的黏度通常較大，且含有大量的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)以及蠟等重質(zhì)組分，造成其流動性較差，給稠油的開采及輸送帶來較大的難度，從而影響了其大規(guī)模的開發(fā)利用[1-3]。目前，通常采用降黏法來提高稠油采收率，常用的降黏法有摻稀油降黏法、化學(xué)藥劑降黏法、加熱水降黏法、蒸汽吞吐降黏法以及催化改質(zhì)降黏法等，其中化學(xué)藥劑降黏法由于具有施工簡單及成本較低等優(yōu)點而得到了較廣泛的研究及應(yīng)用[4-8]。化學(xué)降黏劑主要分為油溶性降黏劑和水溶性降黏劑，近年來在各大稠油油田應(yīng)用較多[9-12]。油溶性降黏劑能大幅度降低稠油黏度，提高稠油采收率，但其使用范圍窄；水溶性降黏劑也具有較強的降黏能力，且其工藝更簡單、成本更低。常規(guī)的小分子水溶性降黏劑容易在高溫、高礦化度條件下失去乳化降黏能力，對膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量高的高黏稠油降黏效果較差。鑒于此，作者室內(nèi)以丙烯酰胺、甲基丙烯酸烷基酯、季銨鹽類陽離子單體和烷基丙烯酰胺疏水單體為原料，以過硫酸銨為引發(fā)劑，采用四元共聚法合成一種耐溫抗鹽型稠油降黏劑DT-1，并對其降黏性能、耐溫性能及抗鹽性能進行評價，并與其它市售降黏劑的降黏效果進行比較。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

渤海稠油和新疆稠油的基本物性參數(shù)見表1。

表1 渤海稠油和新疆稠油的基本物性參數(shù)

氫氧化鈉、氯化鈉、過硫酸銨、丙烯酰胺、甲基丙烯酸烷基酯、季銨鹽類陽離子單體、烷基丙烯酰胺疏水單體、降黏劑A、降黏劑B、降黏劑C，市售。

NDJ-1C型布氏旋轉(zhuǎn)黏度計，滄州華瑞儀器設(shè)備有限公司；HH-S4型電熱數(shù)顯恒溫水浴鍋、DHG-9056型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，常州金壇實驗儀器廠。

1.2 降黏劑DT-1的合成

在帶有攪拌裝置的三口燒瓶中加入一定量的蒸餾水，然后按一定比例依次加入丙烯酰胺、甲基丙烯酸烷基酯、季銨鹽類陽離子單體和烷基丙烯酰胺疏水單體，加熱升溫至50 ℃左右，攪拌至完全溶解后，通入氮氣60 min；冷卻至20 ℃左右，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至中性；升溫至70 ℃左右，加入引發(fā)劑過硫酸銨，密閉恒溫反應(yīng)約5 h，得透明狀液體產(chǎn)物，經(jīng)洗滌、干燥、粉碎后，即得粉末狀降黏劑DT-1。

1.3 性能評價

1.3.1 降黏性能評價

室內(nèi)參照Q/SH1020 1519-2013《稠油降黏劑通用技術(shù)條件》測定降黏率。配制質(zhì)量濃度分別為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%的降黏劑水溶液，將稠油樣品與降黏劑水溶液按體積比7∶3混合，50 ℃下恒溫攪拌均勻后，采用布氏旋轉(zhuǎn)黏度計測定其黏度。按下式計算稠油降黏率(η)：

式中：μ0為未加降黏劑時稠油的初始黏度，mPa·s；μ1為加降黏劑后稠油的黏度，mPa·s。

1.3.2 耐溫性能評價

將降黏劑水溶液密閉放置于溫度分別為100 ℃、120 ℃、140 ℃、160 ℃、180 ℃和200 ℃的干燥箱中，恒溫靜置24 h后取出，50 ℃下將稠油樣品與降黏劑水溶液按體積比7∶3混合，攪拌，分別測定其黏度，并計算降黏率。

1.3.3 抗鹽性能評價

分別配制礦化度為0 mg·L-1、20 000 mg·L-1、40 000 mg·L-1、60 000 mg·L-1、80 000 mg·L-1和100 000 mg·L-1的NaCl鹽水，用不同礦化度的鹽水配制一定質(zhì)量濃度的降黏劑水溶液，在50 ℃下與稠油樣品按體積比7∶3混合，攪拌，分別測定其黏度，并計算降黏率。

2 結(jié)果與討論

2.1 降黏劑質(zhì)量濃度對降黏效果的影響(圖1)

圖1 降黏劑DT-1質(zhì)量濃度對降黏效果的影響Fig.1 Effect of mass concentration of viscosity reducer DT-1 on viscosity reduction

從圖1可以看出，隨著降黏劑DT-1質(zhì)量濃度的增大，兩種稠油樣品的降黏率均逐漸升高，當降黏劑DT-1質(zhì)量濃度為0.5%時，兩種稠油樣品的降黏率均達到99%以上；繼續(xù)增大降黏劑DT-1質(zhì)量濃度，降黏率變化不大。因此，降黏劑DT-1質(zhì)量濃度為0.5%較為適宜。

2.2 耐溫性能評價(圖2)

圖2 降黏劑DT-1的耐溫性能評價Fig.2 Evaluation of temperature resistance of viscosity reducer DT-1

從圖2可以看出，隨著降黏劑DT-1老化溫度的升高，兩種稠油樣品的降黏率均逐漸下降，但下降幅度不大。當老化溫度為200 ℃時，質(zhì)量濃度為0.5%的降黏劑DT-1對兩種稠油樣品的降黏率均達到97%以上。表明，高溫條件并不會破壞降黏劑DT-1的分子結(jié)構(gòu)，降黏劑DT-1具有良好的耐溫性能。

2.3 抗鹽性能評價(圖3)

圖3 降黏劑DT-1的抗鹽性能評價Fig.3 Evaluation of salt resistance of viscosity reducer DT-1

從圖3可以看出，隨著溶液礦化度的增大，兩種稠油樣品的降黏率均逐漸下降，但下降幅度較小。當溶液礦化度為100 000 mg·L-1時，質(zhì)量濃度為0.5%的降黏劑DT-1對兩種稠油樣品的降黏率仍可達到98%以上。表明，溶液中鹽離子組分對降黏劑DT-1的分子結(jié)構(gòu)影響較小，降黏劑DT-1具有良好的抗鹽性能。

2.4 與其它降黏劑的降黏效果比較

將降黏劑DT-1與其它3種市售降黏劑的降黏效果進行比較，降黏劑質(zhì)量濃度均為0.5%，結(jié)果見圖4。

圖4 降黏劑DT-1與其它降黏劑的降黏效果比較Fig.4 Comparison of viscosity reduction effects between viscosity reducer DT-1 and other viscosity reducers

從圖4可以看出，降黏劑DT-1對渤海稠油和新疆稠油的降黏率分別為99.3%和99.8%，均高于其它3種市售降黏劑。表明，研制的耐溫抗鹽型降黏劑DT-1對稠油具有良好的降黏效果，能夠滿足稠油降黏開采的需求。

3 結(jié)論

室內(nèi)以丙烯酰胺、甲基丙烯酸烷基酯、季銨鹽類陽離子單體和烷基丙烯酰胺疏水單體為原料，以過硫酸銨為引發(fā)劑，采用四元共聚法合成了一種耐溫抗鹽型稠油降黏劑DT-1。降黏劑DT-1對渤海稠油和新疆稠油均具有良好的降黏效果，當其質(zhì)量濃度為0.5%時，對兩種稠油的降黏率均可以達到99%以上；降黏劑DT-1具有良好的耐溫性能，經(jīng)200 ℃老化24 h后，對兩種稠油的降黏率仍能達到97%以上；降黏劑DT-1還具有良好的抗鹽性能，在礦化度為100 000 mg·L-1的NaCl鹽水中對兩種稠油仍能保持較高的降黏率；降黏劑DT-1對渤海稠油和新疆稠油的降黏效果明顯優(yōu)于其它市售降黏劑。說明研制的耐溫抗鹽型稠油降黏劑DT-1能夠滿足稠油油藏降黏開采的需求。