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(xué)石油工程學(xué)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(guī)油氣資源的不斷開發(fā)與應(yīng)用，其儲量和產(chǎn)量均出現(xiàn)了一定程度的下降，稠油資源的高效開發(fā)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(dǎo)致其流動性較差，嚴重影響了稠油資源的高效開發(fā)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(tǒng)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(fā)具有較大的應(yīng)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(nèi)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(fā)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(yīng)溫度、反應(yīng)時間以及引發(fā)劑加量對降黏劑效果的影響，在此基礎(chǔ)上優(yōu)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(xiàn)場應(yīng)用，為實現(xiàn)稠油的高效合理開采提供一定的技術(shù)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(xué)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(zhuǎn)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(zhì)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(xù)加熱至指定溫度時，緩慢加入引發(fā)劑偶氮二異丁腈，恒溫反應(yīng)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(chǎn)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(jié)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(yīng)時間為5 h，引發(fā)劑加量為單體總質(zhì)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(jié)果見表1。

表1 單體配比對降黏率的影響

由表1結(jié)果可以看出，三種單體按以上配比均能合成出外觀形態(tài)較好的降黏劑產(chǎn)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(xù)實驗均按三種單體摩爾比為9∶2∶3進行。

2.2 反應(yīng)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(yīng)時間為5 h，引發(fā)劑加量為單體總質(zhì)量的1.5%的實驗條件下，評價了不同反應(yīng)溫度時合成的降黏劑產(chǎn)品的降黏效果，降黏劑的加量為1 000 mg/L，實驗結(jié)果見圖1。

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

圖1 反應(yīng)溫度對降黏性能的影響

2.3 反應(yīng)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(yīng)溫度為70℃，引發(fā)劑加量為單體總質(zhì)量的1.5%的實驗條件下，評價了不同反應(yīng)時間時合成的降黏劑產(chǎn)品的降黏效果，降黏劑的加量為1 000 mg/L，實驗結(jié)果見圖2。

圖2 反應(yīng)時間對降黏性能的影響

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

2.4 引發(fā)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(yīng)溫度為70℃，反應(yīng)時間為5 h的實驗條件下，評價了不同引發(fā)劑加量時合成的降黏劑產(chǎn)品的降黏效果，降黏劑的加量為1 000 mg/L，實驗結(jié)果見圖3。

由圖3結(jié)果可以看出，隨著引發(fā)劑加量的不斷增大，降黏劑產(chǎn)品的降黏率呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，當引發(fā)劑加量為單體總質(zhì)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(jié)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(yīng)溫度為70℃，反應(yīng)時間為5 h，引發(fā)劑加量為單體總質(zhì)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(jié)果見圖4。

圖3 引發(fā)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(jié)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(zhì)量分數(shù)為1 500 mg/L時，降黏效果最好，對目標區(qū)塊稠油的降黏率達到64.38%，再繼續(xù)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(fā)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(guān)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(nèi)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(jié)果見圖5。

由圖5結(jié)果可以看出，稠油中加入降黏后，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)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(zhì)和瀝青質(zhì)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(xiàn)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(xiàn)場應(yīng)用試驗，均取得了良好的應(yīng)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(zhì)和膠質(zhì)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(chǎn)油量較少，且有效期較短，為提高產(chǎn)能并延長有效生產(chǎn)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(chǎn)時間有所延長，平均日產(chǎn)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(chǎn)情況見表2。

表2 Y- 3井各吞吐周期的生產(chǎn)情況

由表2結(jié)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(chǎn)時間和日產(chǎn)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(chǎn)效果。說明研制的新型油溶性稠油降黏劑SER- 1能夠應(yīng)用于稠油油田的蒸汽吞吐開采中。

4 結(jié)論

(1)新型油溶性稠油降黏劑SER- 1的最佳合成反應(yīng)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(yīng)溫度為70℃，反應(yīng)時間為5 h，引發(fā)劑加量為單體總質(zhì)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(jié)果，可以看出降黏劑SER- 1加入后，稠油的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)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(xiàn)場應(yīng)用5井次，均取得了良好的降黏增產(chǎn)效果，其中Y- 3井注入油溶性降黏劑SER- 1后的有效生產(chǎn)時間和日產(chǎn)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(yīng)用前景。