南海E 油田易凝原油降凝劑開發

禹 盟，鐵磊磊，汪 洋，陳卓琦，王 寧

（1.中海油田服務股份有限公司，天津 300459；2.天津市海洋石油難動用儲量開采企業重點實驗室，天津 300459）

近年來隨著我國經濟的飛速發展，對石油能源的需求也愈加強烈，由于國內原油產量不足以滿足需求，導致我國對國外原油的依賴程度逐年增加，對我國能源安全造成了重大威脅，因此持續開發和尋找新的油田成為了保障我國能源安全的迫切任務。我國含蠟原油儲量巨大，但在開采過程中，易出現凝固、低溫流動性差等問題。含蠟原油中的蠟分子在高溫地層中呈現流動狀態，在原油被舉升至地面的過程中，溫度不斷降低，到達析蠟點后，蠟晶開始析出，并隨著溫度的繼續降低，這些蠟晶逐漸積聚成長，吸附或沉積在管線及設備上，引起油管堵塞[1-3]，電潛泵過載、集輸管線輸送壓力增大，嚴重時甚至會導致凝管停產。油田在開發過程中針對含蠟油田積累了眾多的經驗與方法，目前常用的方法包括加熱、超聲波、強磁以及化學法。其中化學法作為最經濟的方法，經常與其他方法共同使用。常用的降凝劑主要有兩大類[4-7]，第一類是表面活性劑型，這類降凝劑的主要代表為石油磺酸鹽，它們通過在蠟晶表面吸附，破壞蠟晶的相互聚集，使得蠟晶不能有效形成三維網狀結構，從而降低原油的凝點，提高原油的流動性；第二類是聚合物型降凝劑[8-10]，這類降凝劑的主要代表為聚丙烯酸酯，這類降凝劑的非極性結構與蠟分子相同，可以與蠟分子共同結晶，極性結構會使得共同結晶的晶型發生扭曲，無法形成穩定的大蠟晶，從而起到降凝作用。

南海E 油田已投產多年，近期新開的油井多為含蠟原油井，開采原油的蠟含量在16.00%左右，原油凝固點20 ℃，當環境溫度較低時，部分管線存在凝管的風險，因此亟需開發一種高效的降凝劑，降低原油凝點，提高原油的低溫流動性。本文針對南海E 油田的原油性質以及現場工藝特點，設計合成了特定的降凝劑，并系統評價了該產品的降凝性能。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

丙烯酸十八酯，馬來酸酐，二甲苯，石油醚，正己烷，正庚烷等，均為分析純，上海阿拉丁公司；降凝劑JN-021，降凝劑JN-045，降凝劑PPD-78，降凝劑PPD-82，工業級，市售產品。

恒溫水浴HS-10，海安石油儀器有限公司；自動傾點凝點測定儀ST-1538，海安石油儀器有限公司；GCMS 氣-質聯用儀，安捷倫公司。

1.2 實驗步驟及方法

1.2.1 原油物性分析 依據石油行業相關標準測定原油中的膠質、瀝青質和蠟含量，同時測試原油的凝點，并采用氣相色譜分析原油中蠟組分的碳鏈分布情況。

1.2.2 降凝劑的制備及表征 將一定質量的丙烯酸十八酯放置于三口燒瓶中，加入一定量的二甲苯，攪拌30 min，將其溶解，然后加入一定質量的馬來酸酐，待產品完全溶解后，逐漸升溫，并通入氮氣保持無氧環境，在一定溫度下緩慢加入一定量引發劑進行聚合反應，反應一定時間后得到目標產品，反應產物不需要提純直接作為降凝劑產品。

用甲醇洗滌反應產品，取下層渾濁液，連續洗滌2次后放入一定溫度的烘箱中烘干，得到合成產品。

1.2.3 降凝劑性能評價 降凝劑的評價實驗參照SY/T 5767—2016《原油管道添加降凝劑輸送技術規范》。首先將原油放入70 ℃的水浴鍋中加熱6 h，確保蠟晶全部溶解，然后加入一定濃度的降凝劑攪拌均勻，然后放入自動凝點儀器中按照1 ℃/min 速率降溫，測定原油凝點T1，采用同樣的方法測定未加降凝劑原油的凝點T2，最終得到降凝幅度ΔT。

式中：ΔT-降凝幅度，℃；T1-改性原油凝點，℃；T2-原油凝點，℃。

1.2.4 降黏性能評價 首先將原油放入70 ℃的水浴鍋中加熱6 h，確保蠟晶全部溶解，然后加入一定濃度的降凝劑攪拌均勻，然后測定在不同溫度下原油的黏度。

2 結果與討論

2.1 原油物性分析

原油物性分析見表1。

表1 南海E 油田原油物性參數

表1 結果表明，南海E 油田管輸原油含水率為0.37%，油品屬于輕質原油，蠟含量高且凝點高，在冬季來臨時，存在極大的凝管堵塞風險，因此，需要采用降凝劑降低原油凝點。

采用GC-MS 氣-質聯用儀對原油中石蠟進行分析，數據見圖1。蠟晶體的主要成分是正構烷烴，平均碳數為22。

圖1 石蠟的碳數分布

2.2 降凝劑的制備及表征

降凝劑既可通過共同結晶扭曲蠟的成長又可通過表面活性破壞蠟的聚集[11]。因此目前降凝劑的一個發展趨勢就是在常規降凝劑的基礎上引入具有一定的極性或表面活性的單體，如馬來酸酐、醋酸乙烯酯、丙烯酰胺等。本項目以丙烯酸十八酯為第一單體，以馬來酸酐為第二單體，合成了聚合物類降凝劑。為研究聚合過程中因素對不同碳鏈長度聚合物型降凝劑性能的影響，以單體摩爾比（丙烯酸十八酯∶馬來酸酐）、引發劑用量、聚合溫度、聚合時間為影響因素，選用L9（34）（4因素3 水平）進行正交實驗。以原油的凝點變化為指標，ΔT 指加入降凝劑后凝點降低幅度，正交實驗安排及結果見表2。

表2 降凝劑合成正交實驗

從表2 可知，降凝劑的最佳聚合條件為A2B3C1D2，即單體摩爾比為2∶1，引發劑用量為1.2%，聚合溫度為80 ℃，聚合時間為4 h，在此條件下合成的產品對原油凝點的改變幅度最大，該產品命名為降凝劑YF-305。合成降凝劑經甲醇洗滌烘干后的紅外譜圖見圖2。

圖2 合成降凝劑的紅外光譜

從圖2 可知，在2 921 cm-1、2 870 cm-1出現了CH2和CH3的伸縮峰，1 466 cm-1出現了CH2的變角振動吸收峰；在1 735 cm-1處出現了酯羰基C=O 的吸收峰；在1 165 cm-1處出現了C-O-C 吸收峰；在1 750 cm-1和1 810 cm-1處出現了C=O 酸酐伸縮峰，酸酐基團已經引入到丙烯酸十八酯聚合物中。表征丙烯酸酯中烯烴C=C 在1 640 cm-1處的伸縮振動吸收峰消失，表征烯烴CH2在990 cm-1處出現的面內振動吸收峰消失；719 cm-1處出現了表征-[-CH2-CH-]n-（n＞4）的聚合長碳鏈特征峰。

2.3 降凝劑性能評價

2.3.1 降凝效果評價 不同類型降凝劑的降凝效果見表3，由表3 數據可知，加注濃度為400 mg/L 時，不同類型的降凝劑均可降低原油的凝點，其中室內合成的降凝劑YF-305 降凝幅度最大，優于市售的多款產品。降凝劑YF-305 的非極性碳鏈與原油中蠟分子的碳鏈吻合度高，在溫度降低過程中，可以與蠟分子共同結晶進而扭曲蠟晶分子，使得蠟晶無法持續長大，最終降低原油的凝點。

表3 加注降凝劑后原油凝點變化

2.3.2 降凝劑對原油黏度的影響 從圖3 中可以看出，當溫度在20 ℃以下時，空白原油無法流動，因此未測定其黏度。在10 ℃時，加注濃度為400 mg/L 時，其中加注降凝劑YF-305 的原油黏度最低，流動性最好，最差為降凝劑JN-021。隨著溫度的升高，在12～20 ℃，加注不同降凝劑的原油黏度均呈現下降趨勢，當溫度超過22 ℃后，原油黏度變化幅度減小。

圖3 加注不同降凝劑后黏度變化

2.3.3 降凝劑對蠟晶的影響 采用場發射掃描電鏡對石蠟添加降凝劑YF-305 前后進行形貌分析。從圖4中看出未加降凝劑石蠟呈現堆層狀結構，質地緊密，加降凝劑后石蠟逐漸變成了比較松散的層狀和片狀結構，石蠟片層間距增大。對于未加降凝劑原油體系，在蠟沉積初期，由于分子擴散，大量的蠟分子相互連接形成三維網狀結構。當加入降凝劑YF-305 以后，由于降凝劑的異相成核作用和聚合物與蠟分子通過共晶作用，使得析出的蠟晶更加細小、分散，彼此之間不易連接形成網狀結構，從而降低了原油凝點，提高了原油的低溫流動性[12]。

圖4 加注降凝劑后石蠟形態

3 結論

（1）南海E 油田原油蠟含量高，原油凝點為20 ℃，當環境溫度降低時，極易發生凝管風險。

（2）基于南海E 油田的油品分析，采用正交實驗法優化了降凝劑YF-305 的合成條件：丙烯酸十八酯與馬來酸酐的摩爾比為2∶1，引發劑用量為1.2%，聚合溫度為80 ℃，聚合時間為4 h。

（3）當加注濃度為400 mg/L 時，降凝劑YF-305 降凝幅度可達16 ℃，同等溫度下的降黏效果也優于市售產品，展現出良好的降凝降黏性能。