塔河油田超稠油混合摻稀降黏實(shí)驗(yàn)研究

裴海華，張貴才，葛際江，劉清華，吳 芳

(中國石油大學(xué)，山東 青島 266555)

塔河油田超稠油混合摻稀降黏實(shí)驗(yàn)研究

裴海華，張貴才，葛際江，劉清華，吳 芳

(中國石油大學(xué)，山東 青島 266555)

塔河油田超稠油的開采關(guān)鍵在于降黏，實(shí)踐證明摻稀降黏是塔河超稠油開采的有效方法，但稀油與稠油在井底混合均勻程度不高，使得降黏效果與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)差距較大。研究發(fā)現(xiàn)，在摻稀油時(shí)摻入少量混合芳烴可提高摻稀降黏效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在靜態(tài)下混合芳烴對塔河超稠油有良好的溶解能力，摻入混合芳烴能夠顯著降低超稠油黏度，且降黏效果好于單一摻稀油效果，同時(shí)又可節(jié)約稀油資源。

超稠油;混合芳烴;稀油;摻稀降黏;溶解速度;塔河油田

引 言

塔河油田超稠油在油藏溫度和地層壓力條件下具有很好的流動(dòng)性，可以順利地從油層流入井筒。但由于油層埋藏深，井筒熱損失大，原油進(jìn)入井筒后在向地面流動(dòng)的過程中隨著溫度的降低，原油黏度會大幅度上升，甚至逐漸失去流動(dòng)性，使油井無法維持正常生產(chǎn)［1－3］。降低稠油黏度，改善稠油流動(dòng)性，是解決塔河超稠油開采的關(guān)鍵。

在稠油中摻入適量稀油后其黏度將明顯降低，混合液密度下降，可以改善井筒流通環(huán)境［4－6］。但是稀油與稠油在井底僅僅依靠泵的抽吸作用來混合，基本上是在靜態(tài)工況下與稠油混合，混合均勻程度低［7］。柴靜等人［8］根據(jù)相似相溶原理，研究了甲苯和汽油稀釋對新疆超稠油的降黏效果，得出在稀油中摻入甲苯可以顯著降低稠油黏度的結(jié)論。辛寅昌等人［9］研究證明在摻稀油和油溶性降黏時(shí)加入少量芳烴，能減少稀油和油溶性降黏劑的用量，同時(shí)原油的本體黏度大大降低，并且油溶性降黏劑只有和芳烴共同作用才能顯著降低原油黏度。隨著塔河油田超稠油區(qū)塊的不斷開發(fā)，稀油資源越來越緊缺。為了緩解稀油資源緊張的局面，確保超稠油區(qū)塊的正常開發(fā)，通過摻入混合芳烴來提高摻稀降黏效果并減少稀油的用量，對解決塔河油田稀油緊張的狀況以及提高超稠油摻稀降黏效果具有實(shí)際意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和藥品

實(shí)驗(yàn)儀器:NDJ－7型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)、秒表、電子天平、501型超級恒溫水浴鍋等。

實(shí)驗(yàn)藥品:超稠油和稀油(均取自中石化西北局塔河油田)，黏溫?cái)?shù)據(jù)見表1;溶劑為混合芳烴(自制甲苯復(fù)合物)。

表1 塔河原油的黏度－溫度數(shù)據(jù)

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

(1)溶解速度測定。超稠油在溶劑中溶解速度的測定裝置主要包括三口燒瓶、直型冷凝管、空心塞、超級恒溫水浴，測定裝置見圖1所示。在三口燒瓶中加入溶劑50 mL，恒溫30 min后，稱取1 g固體狀稠油做成圓球狀固定在鐵絲末端，將其插入到三口燒瓶中。每間隔一定時(shí)間測定油滴的質(zhì)量，記錄油滴全部溶解的時(shí)間。

(2)降黏率測定。用NDJ型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測定原油黏度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 超稠油平均溶解速度

將1 g超稠油做成圓球狀，用鐵絲懸掛靜置在50 mL的混合芳烴溶液中，溶液用超級恒溫槽加熱，測定1 g超稠油分別在不同溫度、不同時(shí)刻的油滴質(zhì)量，繪制出油滴質(zhì)量隨時(shí)間的變化曲線(圖1)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，超稠油在混合芳烴溶液中的溶解速度很快，說明混合芳烴是超稠油的優(yōu)良溶劑。隨著溫度的上升，平均溶解速度急劇增加，由此可知，升高溫度可以加速超稠油在混合芳烴中的溶解。

圖1 1g超稠油在混合芳烴中質(zhì)量變化曲線

測定混合芳烴和稀油在不同溫度、不同配比下，對超稠油平均溶解速度的影響(圖2)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，超稠油在一定配比下隨著溫度的上升溶解速度變快。在一定溫度下隨混合芳烴的比例增加，溶解速度變快。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在稀油中摻入混合芳烴可以有效提高超稠油在稀油中的溶解速度，大大提高了在靜態(tài)工況下與稠油混合均勻程度，從而能改善超稠油摻稀降黏的效果。

圖2 超稠油在不同混合芳烴與稀油配比溶液中的平均溶解速度

2.2 不同溶劑對超稠油的降黏效果

2.2.1 摻入混合芳烴的降黏效果

該組實(shí)驗(yàn)溫度為90℃，向超稠油摻入不同比例混合芳烴，得到不同混合油降黏率(表2)。當(dāng)摻入的混合芳烴與油樣的質(zhì)量比小于1∶8時(shí)，摻稀后混合油的黏度隨著混合芳烴與油樣質(zhì)量比的增大下降很快，隨著該質(zhì)量比逐漸增大，黏度的減小趨勢也變得平緩。當(dāng)混合芳烴與油樣質(zhì)量比為1∶6時(shí)，超稠油降黏率達(dá)到99%以上，其黏度大大降低。

表2 90℃下?lián)饺氩煌壤旌戏紵N后的降黏效果

根據(jù)Pfeiffer和Saal［10］提出的瀝青膠體結(jié)構(gòu)模型，固體微粒狀的瀝青質(zhì)由于分子間的各種作用相互締合形成“超分子結(jié)構(gòu)”，即“膠核”，這些超分子結(jié)構(gòu)外表面會形成一個(gè)附加的引力場，首先吸附強(qiáng)極性的膠質(zhì)形成中間相，然后向外依次吸附芳香烴和飽和烴形成溶劑化層，包圍在超分子結(jié)構(gòu)周圍，形成所謂的“膠團(tuán)”。離膠團(tuán)中心的距離越遠(yuǎn)，芳香度越低，最外層幾乎是沒有極性的飽和烴，這樣瀝青質(zhì)就可以分散在可溶質(zhì)中形成穩(wěn)定的膠體溶液，而當(dāng)稠油中溫度、壓力或組成等因素發(fā)生變化時(shí)，瀝青質(zhì)所形成的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定體系受到干擾破壞，瀝青質(zhì)便會發(fā)生沉積現(xiàn)象［11］。

混合芳烴對超稠油降黏效果顯著，這與超稠油中膠體溶液的形成有關(guān)，結(jié)合瀝青膠體結(jié)構(gòu)模型可知，在可溶質(zhì)中對瀝青質(zhì)的膠溶性起主導(dǎo)作用的是芳香族化合物及其含量。芳香族化合物最易被瀝青質(zhì)吸附，對瀝青質(zhì)具有很好的膠溶能力。當(dāng)可溶質(zhì)中芳香烴含量足夠高時(shí)，瀝青質(zhì)膠核就能很好地被膠溶，故芳烴的存在對瀝青膠體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定具有積極的作用［8］。這一結(jié)果與上面的溶解速度測定也是一致的。

2.2.2 摻入稀油的降黏效果

實(shí)驗(yàn)溫度均為90℃，向超稠油摻入不同比例稀油，得到混合油黏度和降黏率(表3)。相同溫度條件下，不同摻稀比例降黏率不同，在一定范圍內(nèi)摻入稀油量越多，其降黏率越大。但是摻入稀油的降黏效果遠(yuǎn)不如摻入混合芳烴的降黏效果，只有當(dāng)稀油與油樣質(zhì)量比大于1∶2時(shí)，超稠油降黏率才達(dá)到99%以上，而當(dāng)混合芳烴與油樣質(zhì)量比為1∶6時(shí)就能達(dá)到相同的效果，這說明要達(dá)到與混合芳烴相同的降黏效果就需要大量的稀油，才能使其黏度大大降低。

表3 90℃下?lián)饺氩煌壤∮偷慕叼ばЧ?/p>

2.2.3 同時(shí)摻入混合芳烴和稀油的降黏效果

實(shí)驗(yàn)溫度依然為90℃，向超稠油中同時(shí)摻入不同比例的混合芳烴和稀油，得到混合油黏度變化

表4)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，稀油和混合芳烴摻入的比例越大，所得混合油黏度越小，且摻入混合芳烴的比例越高，所得混合油黏度降低的相對值越低，降黏趨勢越平緩。以目前塔河油田的摻稀比為1∶1來計(jì)算，采用3∶5∶20的比例同時(shí)摻入混合芳烴和稀油進(jìn)行降黏，就能達(dá)到同樣的效果，而此時(shí)的摻入稀油比例為17.86%，相比原先的摻入稀油比例(50%)可節(jié)約32.14%的稀油量。

表4 90℃下同時(shí)摻入不同比例混合芳烴和稀油的降黏效果

2.3 混合摻稀降黏的技術(shù)優(yōu)勢

(1)提高降黏效果。在稀油中摻入少量混合芳烴可以提高稀油與超稠油在井底在靜態(tài)工況下的混合均勻程度，從而降黏效果明顯優(yōu)于普通摻稀降黏效果，基本能夠滿足塔河油田各類稠油降黏開采。

(2)節(jié)約稀油用量。盡管摻入的混合芳烴量較少，但是可以大量節(jié)約稀油的用量，因此可以解決塔河油田目前缺乏稀油資源的困難。

(3)混合芳烴可以回收循環(huán)利用。由于芳烴沸點(diǎn)低，且分離能耗較小，摻稀降黏的混合芳烴到達(dá)末端后經(jīng)過簡單蒸餾即可回收再利用。

(4)運(yùn)行成本低。混合芳烴本身黏度極低，所以泵送能耗很低，且不會因低溫而影響自身的輸送。配送管網(wǎng)基本不需采取保溫、加熱等措施，因而其輸送成本將顯著低于普通摻稀油方式。

3 結(jié)論

(1)稀油中摻入混合芳烴可以有效提高超稠油在稀油中的溶解速度，提高摻稀降黏效果。

(2)混合芳烴與稠油的摻入比例為1∶6時(shí)的降黏率就能達(dá)到99%以上，而摻入稀油的降黏效果遠(yuǎn)不及混合芳烴。

(3)達(dá)到相同的降黏效果，同時(shí)摻入混合芳烴和稀油時(shí)的稀油用量可比摻入單一稀油時(shí)用量節(jié)約32.14%。

(4)基于對塔河超稠油混合摻稀降黏實(shí)驗(yàn)研究，綜合分析認(rèn)為采用混合摻稀降黏開發(fā)塔河超稠油是在稀油資源不足情況下一種可行的降黏方式。

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Experimental study of blending light oil to reduce super heavy oil viscosity in Tahe Oilfield

PEI Hai－ hua，ZHANG Gui－ cai，GE Ji－ jiang，LIU Qing － hua，WU Fang
(China University of Petroleum，Qingdao，Shandong266555，China)

Viscosity reduction is critical to recovery of super heavy oil from Tahe Oilfield．Blending light oil has been proved to be effective for producing Tahe super heavy oil．However，the degree of blending evenness between light oil and heavy oil in bottom hole is low，resulting in a big difference in viscosity reduction result from that of laboratory experiment．The study has found that the viscosity reduction effect can be improved by adding a little aromatic hydrocarbon admixture into the system when blending light oil into heavy oil．The experiment result indicates that aromatic hydrocarbon admixture has a good dissolving capacity to Tahe super heavy oil under static condition，it can greatly reduce viscosity and the effect of viscosity reduction is much better than blending light oil alone，thus saved light oil resource．

super heavy oil;aromatic hydrocarbon admixture;light oil;blending light oil for viscosity reduction;dissolving rate;Tahe Oilfield

TE345

A

1006－6535(2011)04－0111－03

20101129;改回日期20110223

國家高科技研究發(fā)展計(jì)劃“863”項(xiàng)目子課題“與蒸汽吞吐結(jié)合的表面活性劑驅(qū)油體系研究”(2007AA06Z201)。

裴海華(1984－)，男，2007年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)石油工程專業(yè)，現(xiàn)為中國石油大學(xué)(華東)油氣田開發(fā)工程專業(yè)在讀博士研究生，主要從事采油化學(xué)與提高原油采收率方面的研究。

編輯 周丹妮