適用于稠油油藏的新型油溶性降黏劑研究及應用

李成龍， 周尚龍， 榮家浚， 曹秦智， 蔡 勇， 葛思佳， 熊青山

(1長江大學石油工程學院 2長慶油田分公司第八采油廠 3新疆油田公司新港公司 4長慶油田分公司第一采油廠 5青海油田分公司采油五廠 6玉門油田分公司老君廟采油廠)

0 引言

隨著我國常規油氣資源的不斷開發與應用，其儲量和產量均出現了一定程度的下降，稠油資源的高效開發和利用成為補充我國油氣資源的一項重要舉措。稠油黏度高、密度大以及凝固點高等原因，導致其流動性較差，嚴重影響了稠油資源的高效開發和運輸[1- 5]。目前，針對稠油開采和輸送主要采用降黏的方式來進行，常用的稠油降黏方法主要有傳統的加熱降黏、摻稀油降黏以及水溶性降黏劑乳化降黏等。加熱降黏和摻稀油降黏存在著成本較高的問題，而乳化降黏又會帶來原油后期處理困難等問題[6- 9]。因此，在稠油中直接添加油溶性降黏劑來降低稠油黏度可以有效避免以上問題，油溶性降黏劑的研究及開發具有較大的應用前景[10- 17]。

本文以陸上某稠油油田的稠油樣品為研究對象，在室內使用甲基丙烯酸十八酯、丙烯酰胺衍生物和苯乙烯作為原料，以偶氮二異丁腈作為引發劑，通過溶液聚合法合成了一種新型油溶性稠油降黏劑SER- 1，考察了單體配比、反應溫度、反應時間以及引發劑加量對降黏劑效果的影響，在此基礎上優選出最佳的合成實驗條件，評價了降黏劑濃度對降黏率效果的影響，研究了降黏劑加入對稠油四組分的影響，最后在陸上某稠油油田成功進行了現場應用，為實現稠油的高效合理開采提供一定的技術支持。

1 實驗部分

1.1 實驗材料及儀器

實驗材料：甲基丙烯酸十八酯、丙烯酰胺衍生物、苯乙烯、甲苯、甲醇、偶氮二異丁腈，均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司；實驗用稠油取自陸上某稠油油田(50℃時黏度為21 450 mPa·s，密度為0.942 g/cm3)。

實驗儀器：NDJ型旋轉黏度計，上海右一儀器有限公司；S- 6A型電熱恒溫水浴鍋，上海舍巖儀器有限公司；DZF- 60型電熱真空干燥箱，上海皓莊儀器有限公司；SYD- 0509Z石油重油族四組分自動試驗器，上海昌吉地質儀器有限公司。

1.2 油溶性稠油降黏劑SER- 1的制備

在裝有攪拌裝置和回流冷凝裝置的三口燒瓶中按比例加入甲基丙烯酸十八酯、丙烯酰胺衍生物和苯乙烯，然后加入甲苯作為溶劑，加熱攪拌使其完全溶解，通入氮氣30 min以除去空氣，然后繼續加熱至指定溫度時，緩慢加入引發劑偶氮二異丁腈，恒溫反應一定時間后，減壓蒸餾以除去多余的溶劑，冷卻后使用甲醇提純產品，在一定溫度下真空干燥即得新型油溶性稠油降黏劑SER- 1。

1.3 降黏劑性能評價方法

首先將降黏劑按一定比例溶解于甲苯中，然后取100 mL的稠油，加入2 mL的甲苯攪拌均勻后在50℃下恒溫1 h，使用布氏黏度計測定其黏度值μ0；再取100 mL稠油加入2 mL溶有降黏劑的甲苯溶液，攪拌均勻后在50℃下恒溫1 h，使用布氏黏度計測定其黏度值μ1。降黏率計算公式如式(1)：

(1)

式中：η—凈降黏率，%；μ0—加入甲苯后稠油初始黏度，mPa·s；μ1—加入降黏劑后稠油黏度，mPa·s。

2 結果與討論

2.1 單體配比對降黏性能的影響

在溫度為70℃，反應時間為5 h，引發劑加量為單體總質量的1.5%的實驗條件下，評價了甲基丙烯酸十八酯、丙烯酰胺衍生物和苯乙烯不同摩爾比時對降黏劑降黏性能的影響，降黏劑的加量為1 000 mg/L，實驗結果見表1。

表1 單體配比對降黏率的影響

由表1結果可以看出，三種單體按以上配比均能合成出外觀形態較好的降黏劑產品，其中當甲基丙烯酸十八酯、丙烯酰胺衍生物和苯乙烯的摩爾比為9∶2∶3時降黏劑的降黏效果最好，因此，后續實驗均按三種單體摩爾比為9∶2∶3進行。

2.2 反應溫度對降黏性能的影響

在甲基丙烯酸十八酯、丙烯酰胺衍生物和苯乙烯的摩爾比為9∶2∶3，反應時間為5 h，引發劑加量為單體總質量的1.5%的實驗條件下，評價了不同反應溫度時合成的降黏劑產品的降黏效果，降黏劑的加量為1 000 mg/L，實驗結果見圖1。

由圖1結果可以看出，隨著實驗反應溫度的不斷升高，降黏劑產品的降黏率呈現出先增大后減小的趨勢，當反應溫度控制在70℃時，降黏劑的降黏率達到最大值。

圖1 反應溫度對降黏性能的影響

2.3 反應時間對降黏性能的影響

在甲基丙烯酸十八酯、丙烯酰胺衍生物和苯乙烯的摩爾比為9∶2∶3，反應溫度為70℃，引發劑加量為單體總質量的1.5%的實驗條件下，評價了不同反應時間時合成的降黏劑產品的降黏效果，降黏劑的加量為1 000 mg/L，實驗結果見圖2。

圖2 反應時間對降黏性能的影響

由圖2結果可以看出，隨著反應時間的不斷延長，降黏劑產品的降黏率呈現出先增大后減小的趨勢，當反應時間控制在5 h時，降黏劑的降黏率達到最大值。

2.4 引發劑加量對降黏性能影響

在甲基丙烯酸十八酯、丙烯酰胺衍生物和苯乙烯的摩爾比為9∶2∶3，反應溫度為70℃，反應時間為5 h的實驗條件下，評價了不同引發劑加量時合成的降黏劑產品的降黏效果，降黏劑的加量為1 000 mg/L，實驗結果見圖3。

由圖3結果可以看出，隨著引發劑加量的不斷增大，降黏劑產品的降黏率呈現出先增大后減小的趨勢，當引發劑加量為單體總質量的1.5%時，降黏劑的降黏率達到最大值。

2.5 降黏劑加量對降黏性能的影響

綜合以上實驗結果，降黏劑SER- 1的最佳合成條件為甲基丙烯酸十八酯、丙烯酰胺衍生物和苯乙烯的摩爾比為9∶2∶3，反應溫度為70℃，反應時間為5 h，引發劑加量為單體總質量的1.5%。在上述最佳合成條件下進行降黏劑合成實驗，然后按照1.3中的實驗方法，評價降黏劑加量對稠油降黏性能的影響。實驗結果見圖4。

圖3 引發劑加量對降黏性能的影響

圖4 降黏劑加量對降黏性能的影響

由圖4結果看出，隨著降黏劑SER- 1加量的不斷增大，降黏率先增大后減小，當其質量分數為1 500 mg/L時，降黏效果最好，對目標區塊稠油的降黏率達到64.38%，再繼續增大降黏劑的加量，降黏率有所下降。這是由于當降黏劑加量過大時，降黏劑聚合物分子本身會發生作用，通過相互聚集纏繞，使稠油體系的黏度反而增大，影響降黏效果。

2.6 降黏劑對稠油四組分的影響

稠油黏度大小與其組分有著密切關系，因此，通過考察稠油中加入降黏劑前后的四組分含量，就能夠評價降黏劑對稠油降黏效果的影響。室內使用石油重油族四組分自動試驗儀器測定了稠油加入降黏劑SER- 1前后的組分含量，降黏劑加量為1 500 mg/L，實驗結果見圖5。

由圖5結果可以看出，稠油中加入降黏后，膠質和瀝青質的含量由初始的38.62%和1.67%分別降低至29.57%和0.81%，而飽和烴和芳香烴的含量由初始的39.61%和20.10%分別增加至45.32%和24.30%。膠質和瀝青質含量的降低，飽和烴和芳香烴含量的增大，充分說明新型油溶性稠油降黏劑SER- 1對稠油起到了良好的降黏效果。

圖5 降黏劑對稠油四組分的影響

3 現場試驗

新型油溶性稠油降黏劑SER- 1在陸上某稠油油田進行了5井次的現場應用試驗，均取得了良好的應用效果。其中Y- 3井為一口采用蒸汽吞吐開采的超稠油井，其原油中瀝青質和膠質的含量達到了40%以上，凝固點在8℃左右。前期采用單純蒸汽吞吐開采時，平均日產油量較少，且有效期較短，為提高產能并延長有效生產時間，蒸汽吞吐第二周期時采用了水溶性降黏措施，措施后有效生產時間有所延長，平均日產油量也有所升高，但增幅較小。為此，決定對該井使用新型油溶性降黏劑SER- 1降黏措施，該井措施后的生產情況見表2。

表2 Y- 3井各吞吐周期的生產情況

由表2結果可以看出，Y- 3井使用油溶性降黏劑SER- 1措施后，有效生產時間和日產油量相比較于單純蒸汽吞吐和水溶性降黏措施均有明顯提升，取得了良好的增產效果。說明研制的新型油溶性稠油降黏劑SER- 1能夠應用于稠油油田的蒸汽吞吐開采中。

4 結論

(1)新型油溶性稠油降黏劑SER- 1的最佳合成反應條件為：甲基丙烯酸十八酯、丙烯酰胺衍生物和苯乙烯的摩爾比為9∶2∶3，反應溫度為70℃，反應時間為5 h，引發劑加量為單體總質量的1.5%。

(2)當降黏劑SER- 1的加量為1 500 mg/L時，對稠油的凈降黏率可以達到64.38%，起到了良好的降黏效果。通過對比加入降黏劑前后稠油四組分變化結果，可以看出降黏劑SER- 1加入后，稠油的膠質和瀝青質含量明顯下降，飽和烴和芳香烴含量明顯增大，說明降黏劑SER- 1對稠油起到了較好的降黏作用。

(3)新型油溶性稠油降黏劑SER- 1在陸上某稠油油田現場應用5井次，均取得了良好的降黏增產效果，其中Y- 3井注入油溶性降黏劑SER- 1后的有效生產時間和日產油量均明顯高于單純蒸汽吞吐和水溶性降黏措施，具有較好的推廣應用前景。