新疆油田拐16井區稠油冷采降粘技術室內研究

李 甫，史建英，杜雪峰，石華業，黃 逸

（中國石油新疆油田分公司采油一廠，新疆克拉瑪依834000）

新疆地區稠油儲量豐富，但因稠油油藏區塊分散、含油面積小、地處偏遠等原因，常規的熱采不能及時有效地開采。采用傳統摻稀降粘方法，存在稀油來源地限制、加熱降粘能耗大及改質降粘催化劑篩選困難的問題。相對而言，冷采降粘技術因其應用范圍較寬（包括油層開采、井筒降粘、管道輸送等）、工藝簡單等優勢，得到了較為廣泛的應用。

然而，對于新疆油田拐16井區，由于單井原油性質差異較大，加之乳化降粘劑的選擇性較強，要進行整區塊的乳化降粘，必須篩選具有廣泛適應性的降粘劑。同時，配合其它試劑，保證降粘劑體系對稠油的降粘率，使形成的乳狀液的析水指數或脫水率足夠大，以滿足稠油在井筒和地層條件下易乳化降粘，在地面靜止時易脫水的工藝要求［1－3］。

1 冷采降粘體系室內研究

1．1 原油物性

新疆油田拐1 6井區單井原油大部分粘度為2 000～10 000 mPa·s，密度為0．913～0．931 g／L，屬于粘度高、密度大的普通稠油。主要原因是原油中含有較多重質組分膠質和瀝青質，且大部分為1．0～5．0mg／g的高酸值原油。通過對粘溫曲線分析后發現：粘度隨溫度升高急劇下降，幾乎每升高10℃，原油粘度下降一半。當溫度小于40℃時，原油粘度較高，流動性能不佳；溫度大于40℃時，原油粘度降低，流動性能較好。另外，通過流變性測試，發現在30℃下，偏離牛頓流體的程度更大，接近于假塑性流體，表觀粘度隨剪切應力的增大會減小。

1．2 降粘劑配方

1．2．1 降粘劑加量

將不同濃度的降粘劑HD加入原油中，測試其粘度和界面張力的變化情況（圖1）。

圖1 拐16井區稠油降粘劑加量確定實驗

隨著降粘劑加量的增加，原油粘度大幅度降低，油水間界面張力也不斷降低，原油更易從地層流入并筒［3］。從經濟和降粘效果上考慮，HD降粘劑加量在0．3%～0．4%最為適宜。另外，考慮到降粘劑擠入地層后，有被地層水稀釋的可能，因此，HD降粘劑加量取0．5%較為合適。

然而，在此濃度下，室內穩定時間僅能持續2～3 h左右。為了提高乳狀液體系的穩定性，可通過加入聚合物來延長其穩定時間。此外，考慮到原油中含脂肪酸、環烷酸等酸性物質與注入堿性物質反應后，能生成具有表面活性功能的自然O／W型乳化劑，有利于原油乳狀液的形成，因此可通過加堿來增強其穩定性［4－6］。

1．2．2 聚合物的篩選及加量優化

加入聚合物可增加體系的粘度，并使擴散系數減小，降低液滴碰撞頻率和聚集速度，增加乳狀液的穩定性。為研究聚合物對單一降粘劑乳化降粘效果的影響，分別對樹脂聚合物、疏水締合聚合物、HPAM的降粘效果進行了考察。

對于疏水締合聚合物和樹脂聚合物，拐16井區單井的最佳用量均在500～2 000 mg／L，用量范圍相差較大，不滿足區塊的整體適應性，暫不采用。對HPAM用量及效果分析后發現，拐16井區單井的最佳HPAM用量均在500 mg／L左右，且乳狀液的穩定時間得到很大地提高，均超過100 h，較樹脂聚合物和疏水締合聚合物效果好。根據實際情況，要求穩定時間保持在36～48 h。因此，對HPAM最佳加量進行了優化，以滿足實際生產需求（表1）。

表1 聚合物濃度的優化效果

通過配方優化，拐16井區的最佳聚合物用量為300 mg／L，同時，降粘率也保持在90%以上。這主要是由于聚丙烯酰胺分子中的COO是強親水基團，基團周圍被水分子包圍，使乳化液滴周圍的水化層加厚，增加了分散相液滴相互碰撞聚并的難度，從而進一步增加了O／W乳狀液乳化體系的穩定性。

1．2．3 堿對降粘效果的影響

為了研究堿對原油乳化降粘效果的影響，嘗試在降粘體系中加入NaOH，對降粘率和穩定時間進行了考察（表2）。

表2 各井酸值與加堿濃度的對應關系

加入NaOH后，乳狀液粘度有所增加，降粘率略有下降，但總體影響不大，而乳狀液的穩定時間卻比加堿前大幅增加，均超過35 h，可滿足現場施工要求，建議現場施工時可以在酸值較高的油井中加入0．05%左右的堿。因此，拐16區塊降粘體系配方為：0．5%HD＋0．3%HPAM＋0．05%NaOH。

2 降粘主導機理

拐16井區冷采降粘主要機理體現在降低油水界面張力，改變巖石表面潤濕性，降粘劑洗油解堵三個方面。通過填砂管模擬吞吐實驗，對三種機理下提高采收率程度進行了模擬和對比，發現拐16井區在降粘劑質量分數達到0．1%時，潤濕角已達最低43．65°，潤濕效果較好，載玻片潤濕性從親油變成了親水。在此降粘劑濃度下，模擬吞吐后可提高的采收率為11．21%；當降粘劑質量分數為0．3%時，界面張力隨降粘劑量的增加下降明顯，在此最佳界面張力對應濃度下，采收率可提高16．06%。

通過對降粘劑洗油解堵機理模擬后發現：當降粘劑質量分數在0．4%時，清洗效果隨降粘劑質量分數的增加而大幅增加；當降粘劑質量分數大于0．4%的時候，清洗效果增加的幅度已經不大，此時所能提高的采收率為16．36%。

從三種機理對采收率提高的情況可以看出（圖2）：拐16井區隨著降粘劑濃度的增加，采收率的提高幅度也在增加。

3 降粘劑體系性能評價

3．1 影響因素

3．1．1 油水體積比

圖2 不同濃度降粘劑提高采收率幅度

油水體積比越大，乳狀液粘度越大；油水體積比越小，乳狀液粘度越小（圖3a）。當油水比小于70∶30時，乳狀液粘度主要與體系中水相的粘度有關；反之，乳狀液粘度受油相粘度的影響增大。隨著油水比的降低，乳狀液由 W／O型轉換成O／W型，乳狀液的穩定時間降低。這主要是因為含水量增大，使降粘劑被分配到了更多的油水界面，導致穩定性下降。考慮到現場生產和經濟因素，當油水比在70∶30時，可以滿足現場需要［7－8］。

3．1．2 礦化度

隨著礦化度的升高，乳狀液的粘度升高，降粘率下降，穩定時間降低，穩定性受到一定影響（圖3b）。這主要由于大量無機鹽的存在，對外加表面活性劑有鹽析作用，使體相中單分散的活性物質量減少，吸附于油珠界面的降粘劑分子也減少，乳化效果減弱。此外，水樣中礦化度越高，同離子效應越強，使得液珠不穩定易聚并，乳化分散體系的析水指數和脫水率大。當礦化度達到20 000 mg／L時，降粘率仍然保持在90%左右，穩定時間保持在30 h左右。

3．1．3 溫度

溫度升高，乳狀液的粘度變化不大。這說明在實驗的溫度范圍（20～90℃）內，降粘劑比較穩定，所形成的乳狀液也相對穩定（圖3c）。體系粘度主要取決定于連續相的粘度。由于連續相（注入水）粘度小，且粘度受溫度影響小，所以乳狀液在所實驗的溫度范圍內不但粘度小且變化也小。

圖3 乳狀液粘度影響因素

3．2 配伍性

稠油乳化降粘與O／W型乳狀液破乳是兩個相矛盾的過程，在乳化過程中要求O／W型乳狀液粘度小且具有很好的動態和靜態穩定性，使得O／W型乳狀液在井筒以及管道中流動時不絮凝、不聚并、不反相［9］。當O／W型乳狀液輸送至終點聯合站后加入與乳化劑相匹配的破乳劑則能快速破乳，要求破乳脫水后殘余油含水率符合原油外輸要求以及脫出水清、含油率低；破乳劑與乳化劑要求具有良好的配伍性，不能有沉淀生成，因此，相匹配的乳化劑與破乳劑是致力于乳化降粘研究人員的重點工作。

采用0．5%HD形成的乳狀液，與同濃度下不同破乳劑進行配伍性研究。結果表明，HD與所用的幾種破乳劑的配伍性較好，均無粉塵或絮狀沉淀物生成。另外，與地層水混合后同樣也表現出較好的配伍性。

4 結論與認識

（1）按0．5%HD＋0．3%HPAM 的配方，拐16井區單井降粘率保持在90%以上，穩定時間在36～48 h。在酸值高于4 mg／g的稠油中，加入0．05%左右的NaOH后，降粘效果會更好。

（2）降低油水界面張力、改變巖石表面潤濕性、降粘劑洗油解堵是拐16井區冷采降粘三個主要機理。其中，降低油水界面張力起主導作用。

（3）油水體積比越大，乳狀液粘度越大；油水體積比越小，乳狀液粘度越小，但是隨著油水體積比的減小，所形成乳狀液體系的穩定性也越來越差。

（4）隨著礦化度的升高，乳狀液粘度增加，降粘率下降，穩定時間降低，穩定性受到一定影響。當礦化度達到20 000 mg／L時，降粘率仍然保持在90%左右，穩定時間保持在30小時左右。

（5）溫度升高，稠油本身的粘度在不斷減小，所形成乳狀液的粘度略有減小，變化不大。這主要是取決于連續相（水）的粘度，因其粘度小，且受溫度影響小。

（6）該降粘劑與地層水和破乳劑的配伍性較好，均無粉塵或絮狀沉淀物生成。

［1］袁士義，張義堂，謝培功，等．中油股份公司稠油開發現狀及發展趨勢［C］．中美清潔能源技術論壇，北京，2001：31－34．

［2］Huizhuan Xie，Fusheng Zhang，Lijian Dong．Study and application of the viscosity reducer used In production of the viscous crude oil［C］．SPE65382－MS，2001．

［3］孫瑞云，丁沛然，白新潮，等．河南油田稠油化學輔助吞吐技術現狀及展望［J］．石油地質與工程，2010，24（4）：67－69．

［4］Sun Jianfang，Li Zhenquan，Wu Guanghuan．Advancement and application of thermal recovery technology in heavy oil reservoir in shengli petroleum province［C］．IPTC14582－MS，2011．

［5］耿毅．塔河油田TK1073井稠油降粘劑的合成及評價［D］．北京：中國石油大學碩士學位論文集，2011：19－21．

［6］郭繼香，李明遠．不同原油界面活性組分的分離及表征［J］．精細化工，2007，24（5）：457－461．

［7］紀艷玲．魯克沁油田油井化學吞吐技術研究與應用［J］．石油地質與工程，2009，23（4）：123－125．

［8］吳國斌，向明光，李小龍，等．稠油井筒化學降粘技術室內試驗及現場應用［J］．河南石油，2004，18（3）：50－54．

［9］陳大鈞．油氣田應用化學［M］．北京：石油工業出版社，2006：274－275．