高沥青质深层超稠油乳化降黏实验研究

廖 辉 唐善法

1.中海石油(中国)有限公司天津分公司, 天津 300459；2.长江大学石油工程学院, 湖北 武汉 430100

0 前言

深层稠油在我国丰富的稠油资源中占有一定比例,研究如何有效开采这类油藏具有重要意义[1-2]。深层稠油,埋深在3 000 m以下,其在地层条件下具有一定流动能力,在井筒中流动阻力很大,必须实施井筒降黏才能举升到地面[3-4]。适用于埋深较浅稠油油藏的热采技术[5],如蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层、蒸汽辅助重力泄油、电磁加热技术等,对深层稠油适应性较差[6-7],导致举升困难；而掺稀降黏则要求稀油资源充足,会造成稀油资源的浪费,同时成本较高[8-9]；降凝降黏则需要与掺稀降黏结合才能发挥有效作用,所以,乳化降黏技术目前是应用最多、效果最好的一种技术[10]。

针对高矿化度高沥青质含量的深层超稠油开采中遇到的难题,长江大学石油工程学院从分子设计的角度出发,结合阴离子双子表面活性剂良好的水溶性、高表界面活性及特有的疏水长链[11-13],如含烷基苯疏水长链对超稠油中沥青质多元稠环的亲和力[14-16],合成了一种新型的含苯环抗盐、具有高界面活性,且与沥青质亲和力强的高沥青质深层超稠油井筒乳化降黏剂NP。本文以其为目标产物,针对我国西部G油田高沥青质深层超稠油进行了乳化降黏性能实验研究。

1 实验

1.1 实验试剂与仪器

实验试剂：氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、碳酸氢钠、硫酸钠、碳酸钠,十二烷基磺酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS),均为分析纯；阴离子双子表面活性剂NP-2、NP-3、NP-4(长江大学石油工程学院提供,2、3、4为联接基碳原子个数)；西部G油田高沥青质深层超稠油。

实验仪器：ANTON PAAR MCR 301型流变仪,HN-8数显恒温水浴锅,JA 2003电子天平。

1.2 实验流体

实验流体为我国西部G油田高沥青质深层超稠油及模拟G油田地层水。

1.3 实验方法

参考QSH-0055-2007《稠油降黏剂技术要求》之5.2溶解性、5.6降黏率、5.7稠油乳液稳定性的评价方法,对表面活性剂溶解性能、稠油乳化性能及降黏率进行了评价。

1.3.1 表面活性剂溶解性能

于20℃的恒温水浴锅中,将2 g表面活性剂样品溶于100 mL模拟地层水中(矿化度为60 g/L,钙镁离子含量约为4 g/L),离子组成及浓度见表1。

表1模拟地层水各离子组成及浓度

离子组成Na++K+Ca2+Mg2+HCO-3SO2-4Cl-浓度/(g·L-1)19.43933.55240.24870.01880.068536.8497

1.3.2 稠油乳化性能

实验采用析液时间法[17],将配制的一定浓度的表面活性剂溶液与G油田稠油共40 mL按照一定比例加入到50 mL具塞量筒中,盖紧塞子,一定温度下于水浴锅中恒温30 min,取出,上下猛烈摇晃100次,然后迅速放入水浴锅内,静置2 min,然后再摇晃,再静置,重复5次,观察最后一次乳状液的乳化情况,并记录至水相析出 5 mL 的时间,作为乳化能力的表征,时间越长,乳化性能越好。

1.3.3 降黏率

稠油与表面活性剂形成的O/W型乳液,以水为外相,这时,其黏度主要取决于水的黏度,由于水的黏度很低,所以由W/O型转变为O/W型时,黏度能够降低,这一效果既可以用黏度直接表达,还能够用降黏率[18]来表示,如式(1)：

p=(μ0-μ1)/μ0

(1)

深层超稠油的黏度测试用ANTON PAAR MCR 301型流变仪测试,降黏率越大,说明降黏效果越好。

2 结果与讨论

2.1 表面活性剂溶解性能

由于地层条件复杂,地层水中含有大量钙镁离子和无机盐,研究表面活性剂对其适应性也是很有必要的。于20℃的恒温水浴锅中,将2 g表面活性剂样品溶于100 mL矿化水中(矿化度为60 g/L,钙镁离子含量约为4 g/L),实验结果见表2。

表2不同类型表面活性剂在模拟地层水中的溶解性能

表面活性剂类型溶解性能SDBS溶SDS溶NP-2溶NP-3溶NP-4溶

由表2可以看出,上述5种表面活性剂均能溶于模拟地层水中。

2.2 不同类型表面活性剂乳化效果

表3不同表面活性剂的乳化性能

表面活性剂类型析液时间/s未加5.27SDBS50.12SDS37.71NP-2167.36NP-3185.95NP-4191.79

由表3可以看出,合成的双子表面活性剂NP-2、NP-3、NP-4对G油田稠油乳化稳定时间是单链表面活性剂SDS、SDBS的几倍,说明双链的双子表面活性剂较之普通单链表面活性剂具有优异的乳化效果。另外我们还发现,NP系列双子表面活性剂随着中间联接基团碳链长度的增大,其油水稳定时间增大。因为两相分散体系形成的乳状液是一种热力学不稳定系统,而乳状液的稳定是由界面膜强度和分子排列的紧密程度决定的,双子表面活性剂在界面吸附排列紧密,形成的膜强度更大,所以其乳化效果更好,乳状液稳定时间更长[19]。

2.3 NP-4浓度对其降黏性能的影响

以NP-4为例,将其与G油田稠油以1∶1的比例加入具塞量筒中,在50℃下恒温30 min,取出,快速摇晃均匀,加入ANTON PAAR MCR 301型流变仪中,测量其黏温曲线,有关实验结果见表4。

表4NP-4浓度变化对G油田稠油降黏性能的影响

浓度/(%)温度/℃黏度/(mPa·s)降黏率/(%)050123000-6049900-7021400-809950-0.5502870076.760239895.270127394.058087991.21501690086.360142497.17087095.98063793.61.550259097.96089898.27036698.298011998.8250168098.636034599.37017999.16805699.44

2.4 地层水矿化度对NP-4降黏性能的影响

图1 地层水矿化度对NP-4降黏性能的影响

实验发现地层水矿化度对原油乳化降黏的影响较为明显,随着矿化度由60 g/L增大至220 g/L,原油黏度先下降后稍微有所增大但是仍然较低,在1 000 mPa·s左右,说明NP-4具有较好的抗盐、抗钙镁离子能力。可能是因为表面活性剂的盐析效应,导致少量表面活性剂析出。实验还发现,双子表面活性剂在模拟地层水溶液中的降黏效果明显优于在蒸馏水中的降黏效果。其原因可能是由于存在电解质,压缩表面活性剂的双电层,使表面活性剂在油水界面分布得更均匀,从而形成紧密的定向排列不溶性的吸附膜[20]。

3 结论

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