勝利油田稠油乳化降黏室內(nèi)實驗研究*

齊光峰 劉杰 鄭煒博 鄒林 劉心穎 崔晉 寇杰

1勝利油田技術(shù)檢測中心

2中國石油大學(xué)（華東）儲運與建筑工程學(xué)院

工業(yè)界和學(xué)術(shù)界廣泛重視對稠油的研究，其中稠油的開采和運輸更是其中的關(guān)鍵問題。稠油黏度高是稠油管輸中面臨的主要問題，急需一種高效和經(jīng)濟解決方法[1]。集輸過程中一般采用摻熱水法、摻稀油法、加熱降黏法、稠油改質(zhì)降黏法、活性水法、乳化降黏法等方法對稠油進行降黏[2-3]。乳化降黏法是通過將油包水型乳狀液轉(zhuǎn)變?yōu)樗托腿闋钜篬4]，用水與稠油的摩擦和水與管壁的摩擦代替稠油本身的內(nèi)摩擦、稠油與輸油管間的摩擦，使乳狀液的黏度比稠油的黏度低2～4個數(shù)量級甚至更多[5]，從而大大減少集輸壓降。為提高乳化降黏效果，稠油中通常需要添加一種稱為乳化劑的表面活性劑[6]。

1 乳化降黏劑的篩選

1.1 材料、儀器與油樣

實驗材料選取司盤80（青島興俊峰新材料有限公司）和油酸鈉（濟南匯錦川化工有限公司）。

所需儀器有HWY-501A 恒溫水槽（武漢格萊莫檢測設(shè)備有限公司）、SAI-3 乳化機（上海精密儀器儀表有限公司）、VT550 型流變儀（美國熱電公司）、XSP-17CE 型倒置式生物顯微鏡（上海巴拓儀器有限公司）。

實驗油樣采用勝利油田陳莊區(qū)塊油樣，其凝點為22 ℃，密 度（20 ℃)為1.010 4 g/cm3，黏度（55 ℃）為1 271 mPa·s。

1.2 乳狀液制備和黏度測定

通過多次實驗得出乳狀液制備條件為：溫度55 ℃，加劑量為乳狀液總量的1%（質(zhì)量分數(shù)），體積含水率為50%。

在油田采出水中溶解所需藥劑，形成乳化劑溶液，將盛有乳化劑水溶液和稠油的燒杯放在55 ℃水浴中，用保鮮膜封口。恒溫放置1 h 至預(yù)定的乳化溫度后，將乳化機的攪拌頭調(diào)整至稠油燒杯中央，深度為油樣剛沒過乳化機攪拌頭，設(shè)置攪拌器的轉(zhuǎn)速，把藥劑溶液倒入油樣燒杯中，打開電源，開始攪拌并計時。

1.3 乳化劑選擇

通過對大量相同和不同類型的表面活性劑單劑篩選和復(fù)配，確定陰離子型乳化劑油酸鈉（HLB=18）和非離子型乳化劑司盤80（HLB=4.3）復(fù)配對陳莊區(qū)塊原油具有較好的乳化降黏效果。復(fù)配物的HLB值可以用式（1）計算[7]，具體復(fù)配結(jié)果見表1。

表1 司盤80和油酸鈉復(fù)配比例Tab.1 Mixed proportion of span 80 and sodium oleate

式中：W1、W2、W3分別為乳化劑1、2、3的質(zhì)量[8]。

使用VT550型流變儀對乳狀液的黏度進行測量，根據(jù)（2）式計算降黏率η，繪制降黏率曲線（圖1）。

圖1 降黏率比較Fig.1 Comparison of viscosity reduction rate

式中：μ稠油為稠油的黏度，mPa·s；μ乳狀液為乳狀液的黏度，mPa·s。

由圖1 可知，由司盤80 和油酸鈉復(fù)配成HLB值為15.0的乳化劑具有最佳降黏效果，含水率50%的乳狀液降黏率達99.75%。

2 乳化降黏效果影響因素

利用優(yōu)選出的最佳乳化劑（由油酸鈉和司盤80復(fù)配成HLB=15的復(fù)配乳化劑）配制的乳狀液來研究乳化降黏的影響因素。

2.1 乳化劑添加量

在不同乳化劑濃度的條件下，將乳化溫度控制在55 ℃，制備成含水率為50%的O/W 乳狀液。乳化劑添加濃度分別為0.25%、0.50%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%（質(zhì)量分數(shù)）時，55 ℃條件下測得的乳狀液表觀黏度如圖2所示。

圖2 加劑量對表觀黏度的影響Fig.2 Effect of dosage on apparent viscosity

由圖2可知，當(dāng)加劑濃度很大或很小時，乳狀液的表觀黏度都較大。當(dāng)乳化劑濃度較低時，無法完全形成水為連續(xù)相的分散體系；提高加劑濃度到臨界膠束濃度時，形成穩(wěn)定的O/W 乳狀液；繼續(xù)提高加劑濃度，乳狀液的黏度反而上升，這是因為過量的乳化劑會加大乳狀液乳化程度或水連續(xù)相的黏度[9]。因此，衡量各種影響因素，選擇1%（質(zhì)量分數(shù)）為最佳加劑量。

2.2 乳化溫度

將加劑量控制在1%，分別在45 ℃、55 ℃、65 ℃、75 ℃條件下制備含水率50%的乳狀液，測試相應(yīng)溫度下的表觀黏度（圖3）。

由圖3 可以看出，在低于55 ℃的條件下，稠油的黏度較高，乳化不徹底，制備成的乳狀液分散相液滴粒徑大小不一（各乳化溫度下乳狀液的顯微照片如圖4 所示）；繼續(xù)提高乳化溫度，乳化程度提高，油滴粒徑減小且較均勻，這與許多研究者得到的結(jié)論類似[10-14]。EINSTEIN指出，分散相顆粒的數(shù)目過大和粒徑過小可能造成乳狀液黏度的增大。也有學(xué)者認為，如果考慮分散顆粒在體系中的影響，可能導(dǎo)致流場變形，使整個體系黏度升高[15]。因此，最佳乳化溫度為55 ℃。

圖3 乳化溫度對表觀黏度的影響Fig.3 Effect of emulsification temperature on apparent viscosity

圖4 不同乳化溫度下O/W乳狀液顯微鏡照片F(xiàn)ig.4 Micrographs of O/W emulsion at different emulsification temperatures

2.3 含水率

改變?nèi)闋钜旱暮蕰^大程度地影響乳狀液的類型、流變行為以及穩(wěn)定性。在加劑量為1%、乳化溫度為55 ℃的條件下，配制得到不同含水率的乳狀液，用稀釋法判斷乳狀液類型，結(jié)果見表2。55 ℃下不同含水率乳狀液的表觀黏度見圖5。

表2 不同含水率下乳狀液的類型Tab.2 Types of emulsion under different water cut

由表2和圖5可知，在乳化降黏劑加量為1%、乳化溫度為55 ℃時，乳狀液的轉(zhuǎn)相點含水率在10%～15%，轉(zhuǎn)相點乳狀液類型為W/O型，表觀黏度隨含水率的增大而升高；在轉(zhuǎn)相點后，乳狀液類型為O/W 型，表觀黏度迅速減小，且隨含水率的增大而減小。

圖5 含水率對乳狀液黏度的影響Fig.5 Effect of water cut on emulsion viscosity

3 結(jié)論

由油酸鈉和司盤復(fù)配制得的HLB=15的復(fù)配乳化劑降黏劑對勝利油田陳莊區(qū)塊稠油具有良好的乳化降黏效果，在加藥量為1%和乳化為溫度55 ℃的條件下，對含水率為50%的乳狀液的降黏率達到99.75%。復(fù)配乳化降黏劑對陳莊區(qū)塊稠油達到最優(yōu)降黏效果的乳化條件為加劑量1%、乳化溫度55 ℃，此條件下，乳狀液的轉(zhuǎn)相點在10%～15%。