羅詠濤

(中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院， 北京 100083)

內(nèi)蒙錫-14區(qū)塊稠油熱采乳化降黏技術(shù)研究

羅詠濤

(中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院， 北京 100083)

針對(duì)內(nèi)蒙錫-14區(qū)塊稠油熱采工藝效率低、經(jīng)濟(jì)性差的問題，分析了該區(qū)塊稠油組成、物性和水質(zhì)特點(diǎn)，研制了一種耐高溫復(fù)合乳化降黏劑，并考察了乳液體系的微觀形態(tài)、流變性質(zhì)和黏溫性質(zhì)。研究結(jié)果表明，錫-14區(qū)塊稠油中膠質(zhì)含量超過50%，是造成其高黏度的主要原因，由HLB值在12～14范圍內(nèi)的非離子表面活性劑組成的復(fù)合降黏劑對(duì)該區(qū)塊稠油具有良好的乳化效果，在加劑質(zhì)量濃度為2000 mg/L時(shí)即可形成均勻的水包油乳液，該劑耐溫性能超過280℃；采用該乳化劑所配制的稠油乳液體系液滴粒徑約2～8μm，分布均勻、穩(wěn)定，乳液體系黏度約20～30 mPa·s，且基本不受剪切速率和溫度變化的影響，呈現(xiàn)牛頓流體特性，滿足蒸汽熱采工藝要求。

稠油；熱采；乳化；乳液；降黏

隨著常規(guī)石油資源的日益枯竭，稠油產(chǎn)量不斷上升，已經(jīng)成為我國(guó)重要的石油資源。內(nèi)蒙古探區(qū)是中原油田近年來新開發(fā)的稠油區(qū)塊，勘探面積約30000km2，接近東濮老區(qū)的6倍，具有良好的開發(fā)前景。其中，錫-14區(qū)塊屬于內(nèi)蒙古探區(qū)白音查干油田，含油面積約30km2，已探明地質(zhì)儲(chǔ)量4×107t，并呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭。該區(qū)塊油藏埋深約400～500m，地層溫度僅20～30℃，稠油黏度高達(dá)104～106mPa?s以上，流動(dòng)性較差，地層孔隙度約30%，滲透率約882mD，屬高孔高滲油藏。目前，該區(qū)塊采用蒸汽熱采工藝生產(chǎn)稠油，已有6口熱采井形成工業(yè)油流，但由于油層淺、殼層薄、保溫性差，蒸汽熱損失嚴(yán)重、效率低下，油汽比平均不足0.05，顯著低于0.1的經(jīng)濟(jì)可行性指標(biāo)。乳化降黏技術(shù)是提高稠油采收率的有效手段，已在國(guó)內(nèi)外各油田得到廣泛應(yīng)用[1～3]。該技術(shù)通過乳化降黏劑的乳化作用使稠油形成黏度極低的水包油乳狀液[4～6]，大幅提高地層流動(dòng)性，從而實(shí)現(xiàn)較高的采收率。目前油田應(yīng)用較多的乳化降黏劑主要是烷基磺酸鹽類化合物，這類降黏劑耐溫、耐鹽性較好，但對(duì)高黏、高膠質(zhì)稠油乳化效果差，應(yīng)用效果不理想。

針對(duì)錫-14稠油區(qū)塊蒸汽吞吐熱采工藝，研究耐高溫稠油乳化降黏劑及應(yīng)用技術(shù)，是提高開采效率的有效方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

實(shí)驗(yàn)儀器：賽默飛世爾科技(中國(guó))有限公司Haake VT550型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，上海光學(xué)儀器六廠顯微成像儀；

表面活性劑：十四烷基三甲基溴化銨，十二烷基苯磺酸，十四烷基甜菜堿，吐溫80，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1） 稠油乳液的制備。稱取70mL稠油樣品于燒杯中，置于30℃水浴中恒溫1h，加入30mL乳化降黏劑地層水溶液，用玻璃棒攪拌5min，觀察乳化情況，并測(cè)定乳液體系黏度和流變性質(zhì)。

（2）黏溫和流變性質(zhì)的測(cè)量。采用Haake VT550型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定稠油及乳液黏溫、流變性質(zhì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 稠油組成、物性及水質(zhì)分析

乳化降黏劑對(duì)稠油的乳化效果主要受稠油組成和乳化用水水質(zhì)的影響。對(duì)錫-14區(qū)塊的典型稠油樣品進(jìn)行了組成及物性分析，結(jié)果見表1。該區(qū)塊稠油中膠質(zhì)含量超過50%，是造成其黏度高的主要原因，瀝青質(zhì)、蠟含量較低，對(duì)黏度影響很小。這種類型的稠油通常選擇親油端具有較長(zhǎng)碳鏈的乳化降黏劑。

表1 錫-14稠油樣品組成物性分析

對(duì)X14-P1稠油的黏溫性質(zhì)進(jìn)行考察，結(jié)果見圖1。該稠油黏度隨溫度變化顯著，30℃黏度高達(dá)271200mPa?s，而80℃黏度僅2970mPa?s，具有較強(qiáng)溫敏性。錫-14區(qū)塊由于地層保溫性差，注蒸汽后只有近井地帶能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到80℃以上溫度，大部分區(qū)域只有30～40℃，黏度非常高，常規(guī)技術(shù)開采效率低，而乳化降黏技術(shù)是一種更有效的手段。

圖1 X14-P1稠油黏溫曲線

對(duì)錫-14區(qū)塊地層水進(jìn)行金屬離子含量分析，結(jié)果見表2。地層水中金屬離子總質(zhì)量濃度約2500mg/L，鈣含量?jī)H為118mg/L，屬于低鹽水質(zhì)，大多數(shù)類型的乳化降黏劑都適用于這種水質(zhì)。

表2 錫-14地層水金屬含量分析

2.2 乳化降黏劑研制

乳化降黏劑對(duì)稠油的乳化作用效果主要受其所含表面活性劑分子的親水端類型和親水親油平衡值（HLB值）的影響。不同的親水端類型所產(chǎn)生的空間斥力和靜電斥力不同，乳化效果也不同。

試驗(yàn)考察了不同親水端類型的表面活性劑對(duì)X14-P1稠油的乳化效果，加劑質(zhì)量濃度為5000mg/L，結(jié)果見表3。非離子型表面活性劑吐溫80對(duì)錫-14稠油具有較好的乳化效果，可形成均勻乳液。在乳液形成的過程中，非離子型表面活性劑分子由于具有較長(zhǎng)的親水鏈，吸附在乳化油滴表面后產(chǎn)生較強(qiáng)的空間障礙，從而阻止乳化液滴之間聚并，使穩(wěn)定的水包油乳液體系更易于形成。其它類型的表面活性劑由于親水基團(tuán)較短，所產(chǎn)生的斥力不足，導(dǎo)致乳液體系無法形成。

表3 不同親水端類型對(duì)錫-14稠油的乳化效果

表面活性劑的HLB值也是影響乳化效果的重要因素。采用幾種不同類型非離子型表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，制備具有不同HLB值的復(fù)合乳化降黏劑，考察在加劑質(zhì)量濃度僅為2000mg/L時(shí)對(duì)X14-P1稠油的乳化效果，結(jié)果見表4。乳化降黏劑的HLB值在12～14時(shí)，對(duì)錫14稠油的乳化效果較好，可形成均勻乳液。HLB值體現(xiàn)了處于油水界面上的表面活性劑分子在油相和水相中的伸展程度。HLB值越低，表面活性劑分子伸展在油相中的部分越多、占據(jù)的空間越大，在水相中的部分越少、占據(jù)的空間越小，因而易于形成油包水乳液；反之，則易于形成水包油乳液。但是，過高的表面活性劑HLB值也會(huì)造成油水界面曲率過大，無法形成球體，反而不利于乳化。

表4 HLB值對(duì)復(fù)合劑乳化性能的影響

2.3 乳化降黏劑耐溫性能考察

根據(jù)錫-14區(qū)塊現(xiàn)有蒸汽吞吐工藝，注入乳化降黏劑水溶液段塞后再注蒸汽是比較可行的實(shí)施方案，降黏劑與熱蒸汽存在一定接觸面，接觸溫度超過250℃，要求降黏劑具有較好耐溫性能。

根據(jù)乳化降黏技術(shù)實(shí)施工藝，將乳化降黏劑C、D分別配制成2%水溶液，在高壓反應(yīng)釜中280℃恒溫靜置24h，然后考察其乳化性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，降黏劑水溶液經(jīng)高溫處理后乳化性能無顯著變化，仍可使錫-14稠油形成均勻乳液。

2.4 乳液體系微觀形態(tài)測(cè)量

采用顯微成像儀觀察乳液體系中的液滴形態(tài)并測(cè)量液滴粒徑，見圖2。所制備乳液體系中，油滴呈圓球狀，粒徑約2～8μm，分布較均勻，具有較高的穩(wěn)定性。通常，在乳液體系中，分散相液滴粒徑越小、分布越均勻，體系穩(wěn)定性越高。這是由于液滴粒徑較小時(shí)，受布朗運(yùn)動(dòng)的影響越大、受重力作用的影響越小，不容易發(fā)生聚集和沉降，見圖2。

2.5 乳液體系流體性質(zhì)考察

稠油乳液體系的流體性質(zhì)是決定開采效率的關(guān)鍵指標(biāo)。乳液體系在油藏中流動(dòng)時(shí)，其黏度越低、流動(dòng)速度越快，則越易于采出，開采效率越高。

(1)乳液體系的流變性質(zhì).試驗(yàn)考察了X14-P1稠油乳化前后的50℃流變曲線，結(jié)果見圖3。

圖2 乳液體系顯微成像照片

X14-P1稠油的流體特性分為兩個(gè)部分。在較低剪切速率下，黏度隨剪切速率增加而下降，在剪切速率從20s-1增大至50s-1過程中，黏度從18870mPa?s下降至3102mPa?s，呈現(xiàn)剪切變稀的非牛頓流體特性；在剪切速率大于50s-1時(shí)，黏度隨著剪切速率的增加基本保持不變，呈現(xiàn)牛頓流體特性。在錫14稠油開采過程中，由于稠油在地層流速很低，剪切速率相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)條件的20s-1以下，因而實(shí)際黏度大于18870mPa?s。

相對(duì)而言，X14-P1稠油乳液體系黏度大幅降低，僅為20～30mPa?s，降黏率超過99%，且不受剪切速率變化影響，呈現(xiàn)牛頓流體性質(zhì)。這是由于稠油乳液體系黏度主要由外相黏度決定，而外相為水相，其黏度僅為1mPa?s左右，使得乳液體系整體黏度較低。

圖3 X14-P1稠油乳化前后的流變曲線

試驗(yàn)還考察了X14-1408稠油乳化前后50℃流變曲線，結(jié)果見圖4。該稠油雖然初始黏度高達(dá)500～1600mPa?s，但乳化后黏度僅為20mPa?s左右，與X14-P1稠油乳液體系接近。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)油相為內(nèi)相時(shí)，其黏度對(duì)乳液體系黏度影響不大。

圖4 X14-1408稠油乳化前后的流變曲線

(2)乳液體系的黏溫性質(zhì).在錫-14稠油熱采過程中，由于蒸汽熱能損耗，離注汽部位較近處的地層溫度較高，較遠(yuǎn)處的地層溫度較低，溫度變化范圍約30～80℃。如果乳液體系黏度受溫度影響較大，則會(huì)在黏度較高區(qū)域形成阻力，導(dǎo)致整體驅(qū)油效率下降。試驗(yàn)考察了X14-P1稠油乳液體系的黏溫曲線，結(jié)果見圖5。試驗(yàn)結(jié)果表明，乳液體系黏度在20～30mPa?s范圍內(nèi)波動(dòng)，基本不受溫度變化的影響。

圖5 X14-P1稠油乳液體系黏溫曲線

3 結(jié)語(yǔ)

內(nèi)蒙錫-14稠油組成中膠質(zhì)含量超過50%，是造成其高黏度的主要原因。

由非離子型表面活性劑組成的HLB值在12～14范圍內(nèi)的復(fù)合乳化降黏劑具有較好的乳化效果，加劑濃度僅2000mg/L即可使錫-14稠油乳化，形成分散液滴粒徑2～8μm的均勻穩(wěn)定乳液；該劑具有較高的耐溫性能，經(jīng)280℃處理24h后乳化性能未明顯降低。

錫-14稠油乳液體系的流變性質(zhì)呈現(xiàn)牛頓流體特性，乳液黏度約20～30mPa?s，且不受稠油黏度和溫度變化的影響。

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羅詠濤（1976—），男，碩士學(xué)歷、高級(jí)工程師，主要從事采油化學(xué)劑科研工作，獲中國(guó)石化（省部級(jí)）科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1次、三等獎(jiǎng)3次。