用于重油管輸的SDY-3型油溶性降黏劑的合成與評價

張世嶺，張秀玲，吳 浩，馬華偉，郭繼香，吳梁紅

1.中國石油大學（北京），北京 102249

2.中國石油規劃總院，北京 100083

用于重油管輸的SDY-3型油溶性降黏劑的合成與評價

張世嶺1，張秀玲2，吳 浩2，馬華偉2，郭繼香1，吳梁紅2

1.中國石油大學（北京），北京 102249

2.中國石油規劃總院，北京 100083

重油由于膠質、瀝青質含量高，導致黏度較高，造成長距離管輸困難。油溶性降黏劑分子可滲入膠質或瀝青質分子層之間，起到降低重油黏度的作用。以丙烯酸十八酯、醋酸乙烯酯、馬來酸酐、引發劑AIBN為原料，甲苯為溶劑，采用原位合成的方法合成SDY-3型油溶性降黏劑。采用委內瑞拉Merey16重油對油溶性降黏劑的性能進行評價，研究了反應單體、反應溫度、反應時間、引發劑加劑量對SDY-3型油溶性降黏劑降黏效果的影響。結果表明，在10～50℃溫度區間內，當添加降黏劑的質量分數為5%時，降黏率在41.19% ～59.47%之間；變剪切速率和定剪切速率實驗表明，加入SDY-3型油溶性降黏劑的委內瑞拉重油穩定性較好，降黏劑可用于復雜多變的管輸環境。

Merey16重油；降黏率；油溶性降黏劑；合成

重油由于膠質、瀝青質含量高，導致黏度較高，造成長距離管輸困難。傳統的輸送方法常采用加熱降黏技術，但當管道溫度降至環境溫度時，常發生凝管事故，且其能耗高，占輸送量1%以上的重油被燒掉，經濟損失較大。摻稀降黏技術由于稀油成本較高，稀油資源有限，且摻稀易造成瀝青質沉淀，所以摻稀降黏技術具有一定局限性[1]。化學降黏技術主要分為乳化降黏技術和油溶性降黏技術。乳化降黏技術降黏率高，但是其采出液后期難破乳，且其配方較多，對重油選擇性強，在復雜多變的管輸環境下穩定性較差[2]。油溶性降黏劑通過溶劑化作用及降黏劑分子的極性基團與膠質、瀝青質間的相互作用，可以克服乳化降黏技術的諸多缺陷，同時又能滿足重油降黏的要求。

油溶性降黏劑主要是基于原油降凝劑的開發技術。針對膠質、瀝青質分子呈堆積狀態，利用在高溫狀態或溶劑作用下堆積層隙疏松的特點，降黏劑分子可滲入膠質或瀝青質分子層之間，起到降低重油黏度的作用[3]。相比于降凝劑，降黏劑的結構中含有極性較大和具有表面活性的官能團[4]，增強了降黏劑分子在重油中的分散性、增溶性和滲透性，使降黏劑分子在重油中更好地溶解和分散[5]。

1 實驗部分

（1）實驗藥品。丙烯酸十八酯、醋酸乙烯酯、馬來酸酐、引發劑AIBN、甲苯（分析純）、甲醇（分析純）、委內瑞拉Merey16重油（用于測試降黏效果）等。

（2） 實驗儀器。HAAKE MARSIII型流變儀、DZKW-4電子恒溫水浴鍋、JJ-1精密定時電動攪拌器、85-2A恒溫磁力攪拌器、FA2004電子天平、貝克曼溫度計、冷凝管、分液漏斗、氮氣瓶等。

2 SDY-3油溶性降黏劑的合成

2.1 降黏劑的合成方法

將裝有回流冷凝管、攪拌器和通氮氣裝置的500mL三口燒瓶放置在恒溫水浴槽中，以4∶3∶2的單體質量配比加入一定量的丙烯酸十八酯、醋酸乙烯酯、馬來酸酐，并加入質量分數0.7%的引發劑AIBN以及適量的溶劑甲苯，通入氮氣后加熱至60℃，進行3h共聚反應，冷卻后得到具有一定黏度的淡黃色SDY-3型油溶性降黏劑。

2.2 單體降黏效果評價

油溶性降黏劑的不同單體，其極性不同，對破壞重油中膠質、瀝青質的層狀結構以及石蠟低溫析出時空間網絡結構的能力也不同，因此油溶性降黏劑降黏效果受單體性質的影響較大。通過考察不同單體的降黏效果，可有效指導油溶性降黏劑的合成和優化。不同單體降黏效果如圖1所示。

圖1 單體降黏率隨著加劑量的變化

由圖1中可以看出，隨著丙烯酸十八酯加劑量的增加，降黏率不斷升高，而醋酸乙烯酯對于降黏率的影響相對較小。馬來酸酐在低加劑量時降黏效果較好，加劑量在質量分數1%時降黏率最高，之后隨著加劑量的增加降黏率不斷下降。由此可知，丙烯酸十八酯加劑量對于油溶性降黏劑降黏效果影響較大，醋酸乙烯酯加劑量影響相對較小，而馬來酸酐的加劑量需要控制在合理范圍內，才能發揮更好的降黏效果。

2.3 反應溫度對SDY-3油溶性降黏劑的影響

聚合反應溫度對油溶性降黏劑的合成及降黏效果具有較大的影響，反應溫度的確定需綜合考慮降黏劑的產率和降黏率。反應溫度對于SDY-3油溶性降黏劑性能的影響如圖2所示。

圖2 反應溫度對油溶性降黏劑性能的影響（降黏劑質量分數為5%）

從圖2中可以看出，隨著反應溫度的上升，SDY-3油溶性降黏劑產率逐漸下降，基本維持在80%左右。反應溫度對聚合物聚合度及重油的降黏效果均具有較大的影響，反應溫度過低，單體聚合不充分，降黏效率低；反應溫度過高，單體聚合度過高，導致部分降黏劑分子長鏈烷基斷裂，降黏效率低。綜合考慮降黏劑的產率和降黏率，認為反應溫度為60℃時最為適宜。

2.4 反應時間對于SDY-3油溶性降黏劑的影響

反應時間的長短直接影響油溶性降黏劑分子的轉化率，對降黏效果影響較大。改變合成反應時間考察SDY-3油溶性降黏劑降黏效率的結果見圖3。

圖3 反應時間對降黏劑性能的影響（降黏劑質量分數為5%）

從圖3中可以看出，隨著反應時間的增加，SDY-3油溶性降黏劑的降黏率逐漸增高，當反應時間為3 h時，達到最高55.2%，繼續增加反應時間，反應產物降黏率開始下降，當反應時間為5 h時，產品降黏率僅為24.7%。由此可以看出，當反應時間不足時，共聚反應不充分，產物多表現為單體的降黏性質，導致降黏率低。當反應時間為3 h時，共聚反應較充分，產物降黏性質較優。繼續增加反應時間，導致反應產物進一步聚合，分子量過高，不利于降黏。控制聚合反應時間，可以提高反應產物的降黏效果，提升SDY-3油溶性降黏劑的降黏率。

2.5 引發劑加劑量對SDY-3油溶性降黏劑的影響

引發劑加劑量是影響油溶性降黏劑分子結構的重要因素之一，控制合理的油溶性降黏劑分子量可以有效提高降黏效果。引發劑加劑量對SDY-3油溶性降黏劑性能的影響如圖4所示。

圖4 引發劑加劑量對降黏劑性能的影響（降黏劑質量分數為5%）

從圖4中可以看出，當引發劑用量過低時，反應產物的降黏率低；隨著引發劑加劑量的增加，反應產物的降黏率逐漸升高，當引發劑加劑量為質量分數0.7%時，降黏效果最佳；繼續提高加劑量，降黏率持續降低。這是因為當引發劑加劑量較少時，聚合反應速率慢，聚合不充分，導致反應產物降黏效果差。當引發劑加劑量過高時，引發劑分子間籠蔽效應作用明顯，降低了引發效率，導致反應產物降黏效果差。通過控制引發劑加劑量，可以有效控制SDY-3油溶性降黏劑的分子量，提高降黏效率。

3 SDY-3型油溶性降黏劑性能評價

3.1 加劑量對降黏效果的影響

考察SDY-3型油溶性降黏劑質量分數分別為0.5%、1%、2%、5%時的降黏效果，結果如圖5所示。

圖5 降黏劑不同加劑量時的黏溫曲線

從圖5中可以看出，隨著溫度的升高，重油黏度逐漸降低；隨著降黏劑加劑量的增大，重油黏度逐漸降低，降黏率不斷升高，說明SDY-3型油溶性降黏劑對于委內瑞拉重油有較好的降黏效果。試劑加劑量質量分數為5%時效果明顯；當加劑量質量分數為5%，溫度在10～50℃區間內時，降黏率在41.19% ～59.47%之間。

3.2 加劑溫度對降黏效果的影響

在室溫（約27℃）和50℃下，分別在油樣中加入5%降黏劑后測試各溫度下的黏度，實驗結果見表1。

從表1可以看出，在不同的加劑溫度下，黏度及降黏率變化均不大，這表明加劑溫度對降黏效果幾乎無影響，說明SDY-3型油溶性降黏劑可以適應管輸過程中不同的加劑溫度。

3.3 降黏劑變剪切速率穩定性

對在不同溫度下加入質量分數5%SDY-3型油溶性降黏劑的委內瑞拉重油，做變剪切速率穩定性測試，剪切速率范圍為0.1～200 s-1，實驗結果如圖6所示。

表1 不同加劑溫度下SDY-3的降黏效果

圖6 在不同溫度、變剪切速率下黏度的變化

從圖6中可知，加入SDY-3型油溶性降黏劑的委內瑞拉重油在不同溫度、不同剪切速率下均保持了較穩定的降黏效果。

3.4 降黏劑定剪切速率穩定性

對在不同溫度下加入質量分數5%SDY-3型油溶性降黏劑的委內瑞拉重油，進行定剪切速率穩定性測試，剪切速率為10s-1，剪切時間為1h，實驗結果如圖7所示。

由圖7可知，加入SDY-3型油溶性降黏劑的委內瑞拉重油，經過1h定剪切后其黏度均比較平穩，表明在定剪切速率下，SDY-3型降黏劑穩定性較好。

4 結論

（1）在10～50℃溫度區間內，當加劑的質量分數為5%時，降黏率在41.19%～59.47%之間，這表明在海拔落差較大，溫度變化幅度較大的復雜多變的管輸環境下，SDY-3型油溶性降黏劑仍可以保持較好的降黏效果。

圖7 在不同溫度、定剪切速度下黏度的變化

（2）經過變剪切速率和定剪切速率實驗，加入SDY-3型油溶性降黏劑的委內瑞拉重油穩定性較好，這表明即使經過泵高速剪切或長距離管輸，該降黏劑性能仍然穩定，說明SDY-3型油溶性降黏劑能夠適應復雜多變的管輸環境。

[1]郭繼香，張江偉.重油摻稀降黏技術研究進展[J].科學技術與工程，2014，14（36）：124-132.

[2]任玉潔，谷俐，吳玉國，等.重油乳化降黏減阻輸送技術進展[J].當代化工，2015（9）：2 215-2 218.

[3]張鳳英，李建波，諸林，等.重油油溶性降黏劑研究進展[J].特種油氣藏，2006，13（2）：1-4.

[4]姚海軍，司馬義·努爾拉.高稠原油流動改性劑（降凝、降黏劑）的研究進展[J].化學工程與裝備，2008（9）：112-115.

[5]陳秋芬，王大喜，劉然冰.油溶性重油降黏劑研究進展[J].石油鉆采工藝，2004，26（2）：45-49.

Synthesis and evaluation of SDY-3 oil-soluble viscosity reducer for heavy-oil pipeline transportation

ZHANG Shiling1，ZHANG Xiuling2，WU Hao2，MAHuawei2，GUO Jixiang1，WU Lianghong2
1.China University of Petroleum（Beijing），Beijing 102249，China
2.China Petroleum Planning and Engineering Institute，Beijing100083，China

The molecules of oil-soluble viscosity reducer can seep into molecular layers of colloid or asphalt to reduce viscosity of heavy oil.SDY-3 oil-soluble viscosity reducer was synthesized by in-situ synthesis method using vinylacetate，maleic anhydride and initiator AIBN as raw materials and toluene as solvent.The effects of reaction conditions on the viscosity reduction of SDY-3 oil-soluble viscosity reducer were studied by investigating the reaction monomer，reaction temperature，reaction time and initiator dosage.The SDY-3 oil-soluble viscosity reducer was evaluated by applying Venezuelan Merey16 heavy-oil.The results showed that viscosity reduction rate of SDY-3 was 59.47%in the temperature range of 10～50℃，and the stability was good in complex and variable pipeline transportation conditions.

Merey16 heavy-oil；viscosity reduction rate；oil-soluble viscosity reducer；synthesis

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.03.007

張世嶺（1990-），男，新疆烏魯木齊人，中國石油大學（北京）化學工程與技術專業2016級在讀博士，研究方向油田化學。

2017-01-10

Email：zsljames@163.com