稠油PS降黏劑的效果評價及應用

王 吉

稠油PS降黏劑的效果評價及應用

王 吉

（中海油天津化工研究設計院，天津 300131）

PS活性劑為一種效果顯著的原油乳化降黏劑。為給現場使用提供依據，實驗室內通過界面張力、乳化分散效果等方面篩選藥劑使用質量分數及用量，并用乳液穩定性、自然沉降脫水率和降黏率等指標評價乳液效果。最終篩選出0.75% PS溶液為最適質量分數，此質量分數的PS溶液對原油乳化降黏效果好且用量經濟合理。

PS降黏劑；PS溶液；稠油乳液；界面張力；乳化；降黏率

石油工業被稱為世界經濟發展的命脈，隨著人類不斷地開采石油，常規原油的可采儲量越來越少，所以稠油的開采越來越受重視，但是稠油的凝點和黏度高，流動性差，給開采和運輸帶來許多困難[1]。開采稠油常用加熱、摻稀油、稠油改質和加化學藥劑等方法降黏[2]，其中化學降黏技術具有降黏幅度大、工藝簡單、投資少及見效快等優點[3-5]。目前油田應用的普通降黏劑均有一定的缺陷，如陰離子型降黏劑雖有一定的分散降黏效果，但穩定性差，當溫度超過200 ℃就會失效，基本不能降低油水界面張力；陽離子型降黏劑能耐高溫，但水溶性較差、降黏效果差、乳化油相態不穩定；非離子型降黏劑同樣不耐高溫，使用溫度不能超過200 ℃，乳化油相態不穩定、降低油水界面張力效果差；兩性類降凝劑雖然彌補了上述3種產品的一些不足，但由于其基礎產品不耐高溫，乳化油相態不穩定，仍然不能滿足油田增產的技術要求。

PS活性劑是一種大分子網狀的結構，與原油中的重組分結構相近，符合“相似相溶”的基本理論。 PS活性劑的分子結構中含有陽、陰、非3種活性離子基團，其中陽離子約5%~10%，陰離子約 70%，非離子約20%~25%（電極實驗測定），因此它屬于三性表面活性劑，是表面活性劑領域的技術突破，滿足驅油要求的5個條件，即乳化油相對原油降黏率高、大幅度降低油水界面張力、乳化油相態穩定、耐350 ℃的高溫、易溶于水，其技術優勢是其他產品所無法比擬的。

1 實驗部分

1.1 藥劑描述

PS中性降黏劑為黃色液體，用pH試紙檢測pH 約為4。該藥劑可溶于水形成透明溶液，溶于蒸餾水配制成1%的PS 溶液 pH=3.72；溶于某油田 H 平臺注水（pH=8.46）配制成1%的PS 溶液pH=7.11。

1.2 實驗儀器及材料

實驗儀器：恒溫水浴槽，旋轉滴超低界面張力儀XZD-SP，數字式黏度計DV-79，奧林巴斯顯微鏡CX31。

主要實驗材料：鋼片，孔雀綠指示劑，某油田H平臺注水（礦化度 11 000 mg·L-1），該油田H11井脫水原油50 ℃時黏度 526 mPa·s。

1.3 界面張力

配制質量分數為0.5%、0.6%、0.7%、0.75%、0.8%、0.9%、1%和1.2%的PS溶液，利用旋轉滴超低界面張力儀分別測定不同質量分數PS溶液的界面張力，結果見表1。實驗溫度為60 ℃，實驗轉速為5 000 r·min-1，內相為脫水原油（密度 0.965 g·cm-3），外相為PS溶液。

表1 不同質量分數的PS溶液界面張力值

圖1 不同質量分數的PS溶液界面張力值曲線圖

由表1與圖1可見，PS溶液在0.75%質量分數附近有最小界面張力值（即CMC），故后續實驗選擇配制0.75%的PS溶液繼續進行。圖2反映了油滴在旋轉管中逐漸被拉長變細的過程。左圖顯示為剛加入油滴的狀態；中圖為0.75%的PS溶液達到最低界面張力時的狀態，界面張力為1.182×10-4mN·m-1時油滴被拉斷；右圖為油滴被拉斷后形成多個油絲的狀態，此時界面張力為1.477×10-5mN·m-1。

圖2 油滴在旋轉管中逐漸被拉長變細的過程

1.4 乳化實驗

取一部分0.75%的PS溶液和脫水原油，置于60 ℃恒溫水浴中，恒溫1 h后按照油/液比分別為 5∶5、6∶4、7∶3、8∶2和9∶1添加到玻璃瓶中，混勻（每只瓶子均用玻璃棒攪拌20下），觀察每只瓶子內原油乳化情況。分別取每只瓶內的乳化液一滴，滴到盛滿水的平板上，觀察乳液的分散情況。實驗結果見表2。

表2 不同油/液比的乳液乳化及在水中分散現象

由表2與圖3結果分析可知，當油/液比為 8∶2時，乳化液已經具有較好的降黏效果。故后續實驗選擇0.75%PS溶液，油/液比為 8∶2 配成的乳液進行評價。（將按照上述比例配制的乳液稱為稠油乳液*，下同）。

圖3 不同油液比例乳化液在水中分散現象

1.5 洗油效果

將兩片蘸有脫水原油的鋼片，分別懸空浸沒入盛有100 mL蒸餾水和100 mL 0.75%PS溶液的燒杯中，將燒杯放入 60 ℃恒溫水浴中靜置 24 h，觀察鋼片的洗油效果，結果見圖4和圖5。可以看出，PS溶液中的鋼片上大部分油被洗下來，溶液顏色變深呈土黃色；而蒸餾水中的鋼片上的油在鋼片表面聚集，并未洗落下來，蒸餾水顏色未發生改變。

圖4 洗油前鋼片對比圖

圖5 洗油后鋼片對比圖

1.6 乳液評價

1.6.1 鏡檢

在載玻片上滴加稠油乳液*使其均勻鋪開，再滴加一滴孔雀綠指示劑，輕輕蓋上蓋玻片，放到奧林巴斯顯微鏡CX31下40X目鏡觀察，結果見圖6。由圖6可以看出，稠油乳液*應為O/W型。

圖6 稠油乳液*在顯微鏡下觀察的圖像

1.6.2 乳液穩定性

將稠油乳液*移入潔凈干燥的具塞玻璃瓶中，靜置5 min，立即在強烈照明的情況下，目測瓶中乳液所呈的現象，并按表3對乳液的穩定性進行評定，應符合（1～4）級要求，未見透明水層。

表3 乳液穩定性評價表

由圖7與圖8可以看出，燒杯底部初步可見相的分離（4級），符合標準要求。

圖7 實驗前

圖8 靜置5 min

1.6.3 自然沉降脫水率

將100 mL稠油乳液*加入100 mL量筒中，然后在60 ℃的恒溫水浴中靜止放置30 min，讀取量筒下部出水體積V。

=/20×100%=11/20×100%=55%。

式中：—自然沉降脫水率，%；

—稠油乳液靜止后的脫水體積，mL；

20 —100 mL稠油乳液的含水量，mL。

實驗結果照片見圖9與圖10，結果不符合標準≥80%的要求，推測可能與油/水比例過大、PS溶液質量分數較低有關。

1.6.4 降黏率

將脫水原油和稠油乳液*放到60 ℃恒溫水浴中靜置1 h，用數字式黏度計DV-79分別測量其50 ℃時的黏度，記為0和。

=(0-)/0×100% 。

式中：—降黏率，%；

0—50 ℃時稠油油樣的黏度，mPa·s；

—加入樣品溶液后稠油乳液的黏度，mPa·s。

圖9 實驗前

圖10 靜置30 min后

實驗結果見表4。結果符合標準≥95.0%的要求。注：稠油乳液*的黏度值不穩定，與水是連續相、 稠油乳液*為非牛頓流體有關。

表4 測試樣黏度及其降黏率

2 結 論

質量分數為0.75%的PS溶液具有最低界面張力值1.182×10-4mN·m-1，此界面張力可達到超低界面張力（小于10-3mN·m-1）；0.75%的PS溶液可把原油從鋼片表面洗脫下來；0.75%的PS溶液與脫水原油按照2∶8混合有較好的乳化降黏效果，此乳化液為O/W型，穩定性較好，自然沉降脫水率大于等于55%，降黏率可達95%以上。綜上所述，PS中性降黏劑能顯著降低原油黏度，可在油田推廣使用。

［1］苑權，鄭延成，李克華，等.稠油降黏劑復配降黏效果評價[J].精細石油化工進展，2004，5（11）：29-32．

［2］王學忠.稠油開采技術進展[J].當代石油化工，2010，18（1）：26-29．

［3］張立娟，岳湘安，郭振杰.ASP體系與大港和大慶原油的乳化特性研究[J].油氣質地與采收率，2010，17（3）：74-76．

［4］康萬利，劉延莉，孟令偉.永平油田稠油自發乳化降黏劑的篩選劑驅油效果評價[J].油氣地質與采收率，2012，19（1）：59-61．

［5］叢娟，岳湘安，尤源.石油磺酸鹽與原油乳化影響因素研究[J].油氣地質與采收率，2010，17（5）：46-49．

Effect Evaluation and Application of PS Thinner to Heavy Crude Oil

（CNOOC Tianjin Chemical Research & Design Institute, Tianjin 300131, China）

PS active agent is a kind of crude oil emulsifying viscosity reducer with remarkable effect. In order to provide a basis for the field use, the mass fraction and dosage of the medicament were selected through analyzing interface tension and emulsifying and dispersing effect. The emulsion stability, natural sedimentation dehydration rate and viscosity reduction rate were used to evaluate the emulsion effect. Finally, 0.75% PS solution was selected as the optimum mass fraction, which had good viscosity reduction effect and reasonable dosage for crude oil emulsification.

PS thinner; PS solution; Heavy crude oil; Interface tension; Emulsification; Viscosity reduction rate

2020-03-20

王吉（1983-），男，滿族，工程師，碩士，遼寧省錦州市人，2010年畢業于河北工業大學高分子化學與物理專業，研究方向：油田化學品的制備與應用。

TE357.46

A

1004-0935（2020）11-1360-03