瀝青質(zhì)沉淀清除劑的研制及應用

樊澤霞，丁長燦、2，李玉英，朱錳飛

(1.中國石油大學，山東 青島 266580;2.中油長慶油田分公司，陜西 西安 710021)

引 言

瀝青質(zhì)為高度濃縮的聚芳結(jié)構(gòu)，含有雜原子(即S、0、N)以及金屬原子(如 Va、Ni)，為原油中分子質(zhì)量最大的組分，通常將其定義為原油中不溶于低級正構(gòu)烷烴但溶于熱甲苯或苯的物質(zhì)［1－2］。石油瀝青質(zhì)在礦物表面的吸附和沉淀，一方面可以增強油氣圈閉的封閉性，甚至可以形成瀝青封閉油氣藏，但另一方面卻降低了儲層的孔隙度和滲透率，嚴重影響油氣的運移和開采［3－6］。對原油中瀝青質(zhì)的沉積優(yōu)先采取有效的預防措施是至關(guān)重要的。目前常用的清除瀝青質(zhì)的方法是向油井中注入溶劑或分散劑，一般使用的溶劑為芳香族化合物如苯、甲苯、二甲苯等，其中二甲苯的溶解效果最好，但是這些溶劑在現(xiàn)場使用中會遇到一些問題，如溶劑投放量大，處理效果維持時間短，環(huán)境污染以及對現(xiàn)場操作人員不安全等［7－9］。因此，開發(fā)研制了新型瀝青質(zhì)清除劑，將易揮發(fā)的有機溶劑配制成水包油乳狀液，達到安全低毒、環(huán)保、清除瀝青質(zhì)效果好的目的。

1 瀝青質(zhì)沉淀清除劑的研制

1.1 實驗原料、藥品及儀器

原料:瀝青質(zhì)，由油樣組分分離得到;藥品:二甲苯(C8)、Tween－80(T－80)、Span－60(S－60)、十六烷基二甲基溴化銨、乙烯－乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、蒸餾水;儀器:20 mL具塞量筒若干、攪拌器、水浴鍋、GSL－101BII激光顆粒分布測量儀、驅(qū)替設(shè)備。

1.2 實驗原理和方法

1.2.1 瀝青質(zhì)清除劑研制

(1)以C8、蒸餾水、T －80(乳化劑)、S－60(乳化劑)、十六烷基二甲基溴化銨(分散劑)、EVA配制水包油型乳狀液作為清除劑。改變配方中T－80、S－60的含量，配制乳化劑含量分別為2%、4%、6%、8%、10%的乳狀液。

(2)用攪拌器以800 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌5 min;用具塞量筒從5份攪拌后的乳狀液中各取20 mL，靜置，觀察分層現(xiàn)象并記錄各個時間的分層量，選取穩(wěn)定性較好的乳狀液，確定乳化劑的最佳含量。

(3)用最佳含量的乳化劑配制乳狀液，取等量4 份分別在轉(zhuǎn)速 550、700、800、950、1400 r/min 下攪拌5 min，用粒徑測量儀測量攪拌后乳狀液的粒度分布和粒徑。

(4)取4份攪拌后的乳狀液各10 mL置于具塞量筒中，在40℃水浴鍋中恒溫5 min后各加入相同量的瀝青質(zhì)，記錄瀝青質(zhì)完全溶解的時間。按照下式計算瀝青質(zhì)的溶解速率:

式中:X為溶解速率，g/(L·min);G為加入瀝青質(zhì)質(zhì)量，g;V為加入解堵劑體積，mL;T為瀝青質(zhì)全部溶解所用時間，min。

通過以上對比實驗研制出穩(wěn)定性好、粒徑均勻、溶解性能好的瀝青質(zhì)清除劑。

1.2.2 瀝青質(zhì)靜態(tài)溶解實驗

實驗用靜態(tài)法考查各種解堵劑對瀝青質(zhì)的溶解速率。實驗方法是:在20 mL具塞量筒內(nèi)加入10 mL清除劑，放入水浴中恒溫5 min后，然后加入一定量的瀝青質(zhì)，放置于溫水浴中觀測，并記錄全部溶解所用時間，按照式(1)計算瀝青質(zhì)的溶解速率。

實驗對比:二甲苯、清除劑。實驗溫度設(shè)計:室溫、30、40、50、60、70、80℃。

1.2.3 清除劑動態(tài)驅(qū)替實驗

在評價清除劑對瀝青質(zhì)的清除效果時，主要通過測量瀝青質(zhì)堵塞前、后巖心的滲透率來進行評價，實驗中主要是測量巖心的水驅(qū)滲透率，用清除程度來評價清除劑的清除效果。

動態(tài)驅(qū)替實驗基本步驟如下:①正向水驅(qū)，測巖心初始滲透率K0;②正向飽和原油，進行該步時，將巖心夾持器放在室溫環(huán)境下，原油為80℃，以加速瀝青質(zhì)的沉積;③正向CO2驅(qū)，至不出油為止;④正向水驅(qū)，測解堵前的水驅(qū)滲透率K1;⑤反向通清除劑，注入2 PV后浸泡24 h，解堵;⑥正向水驅(qū)，測清除瀝青質(zhì)后的水驅(qū)滲透率K2。利用式(2)計算清除劑的清除率:

式中:η為清除率，%;K1為清除前巖心滲透率，μm2;K2為清除后巖心滲透率，μm2。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 清除劑的配制實驗結(jié)果及分析

2.1.1 不同乳化劑加量對清除劑乳液穩(wěn)定性的影響

記錄乳化劑含量分別為2%、4%、6%、8%和10%時乳狀液的分層時間、分層量，按式(3)計算分層率，并作分層率和分層時間關(guān)系曲線，見圖1。

圖1 不同乳化劑加量對乳狀液穩(wěn)定性的影響

由圖1可以看出，在乳化劑加量為2%和4%時，乳狀液靜置10～20 min開始分層，分層速度很快，分層量也很大，到300 min時分層率已經(jīng)達到26%左右;乳化劑含量為6%時，乳狀液穩(wěn)定性相對含量為2%和4%有所提高，70 min后出現(xiàn)分層，但是分層速度較前2組相比有所降低，分層量同樣也比較大，400 min后分層率達到17%以上;乳化劑加量為8%和10%時，乳狀液的穩(wěn)定性比前3組明顯提高很多，乳化劑加量8%時150 min后出現(xiàn)分層，加量10%時170 min后出現(xiàn)分層，分層速度和分層量相近，500 min時加量8%的分層率約為9%，加量10%的分層率約7%，在這2個加量下配制出的乳狀液穩(wěn)定性較好。

通過對比可以得出，乳化劑加量為8%和10%都較為穩(wěn)定，符合乳化劑穩(wěn)定性要求。但是兩者效果相近，從經(jīng)濟角度考慮，應選擇乳化劑加量為8%配制乳狀液清除劑比較合適。

2.1.2 轉(zhuǎn)速對乳狀液粒徑的影響

配制乳化劑含量為8%的乳狀液，取5份等量的乳狀液，分別在轉(zhuǎn)速550、700、800、950、1400 r/min 下攪拌5 min，用GSL－101BII激光顆粒分布測量儀測量乳狀液中水包油顆粒的分布和粒度。5種攪拌速度下測得的乳狀液顆粒平均粒徑與攪拌速度關(guān)系曲線見圖2。由圖2可以看出，隨著攪拌速度的加快，顆粒粒徑越來越細小。這是因為轉(zhuǎn)速增加，增大了剪切力，使液滴粒徑減小，在液相中分布更均勻，比表面積增大，乳化時所做的功以表面能的形式貯存了下來，體系總能量增加，體系越穩(wěn)定?？梢缘贸?00、950、1400 r/min都有很好的穩(wěn)定性。

圖2 不同攪拌速度對乳狀液粒徑的影響

2.1.3 乳狀液粒徑對瀝青質(zhì)溶解率的影響

按式(1)計算不同粒徑的乳狀液對瀝青質(zhì)的溶解速率，結(jié)果見圖3。從圖3可以看出，隨著粒徑的變小，清除劑乳液溶解瀝青質(zhì)的速率變小。在800 r/min之后的變化趨于緩慢，粒度的變化對瀝青質(zhì)溶解速度的增加不是很理想。由圖2可知在800、950、1400 r/min轉(zhuǎn)速下配制的乳狀液均有較好穩(wěn)定性，綜合考慮清除劑對乳狀液穩(wěn)定性、清除速率的要求，應選擇攪拌速度800 r/min配制乳狀液。

圖3 乳狀液粒徑變化對溶解瀝青質(zhì)速率的影響

2.2 瀝青質(zhì)靜態(tài)溶解實驗

用已選出的清除劑和二甲苯做不同溫度下對瀝青質(zhì)溶解速度的對比實驗，測得不同溫度下二甲苯和清除劑對瀝青質(zhì)的溶解速率，見圖4。由圖4可以看出，在溫度較低時，清除劑溶解瀝青質(zhì)的速率沒有二甲苯快，但相差不大，隨溫度升高，清除劑溶解瀝青質(zhì)的速率慢慢接近二甲苯。從溶解速率來看，在中高溫度的環(huán)境中二甲苯和所配制的乳狀液清除劑都是性能良好的瀝青質(zhì)沉淀清除劑。

圖4 不同溫度下二甲苯和清除劑對瀝青質(zhì)溶解速度對比

2.3 瀝青質(zhì)清除劑性能評價

實驗用油樣為普通稠油，其膠質(zhì)含量為28.4%，瀝青質(zhì)含量為4.3%，密度為0.9542 g/cm3，50℃時黏度為1865 mPa·s。實驗測得巖心初始滲透率、清除前后滲透率，利用公式(2)計算得出清除劑的清除率，見表1。

表1 驅(qū)替實驗數(shù)據(jù)

從表1可以看出，使用的清除劑在較低滲透率環(huán)境下對瀝青質(zhì)的清除效果并不理想，而對于大于1 μm2的巖心，其清除效果則很明顯。巖心滲透率恢復較好。在較低滲透率的巖心中，驅(qū)入的清除劑將巖心表面吸附沉淀的瀝青質(zhì)剝離溶解，易形成較稠的不連續(xù)油流油滴。由于滲透率低，孔隙體積小，孔喉較細，這些不連續(xù)的油滴在孔道中流動時易形成賈敏效應，降低孔道內(nèi)流體的流動性，導致巖心滲透率恢復較差。在中高滲透率(大于1 μm2)的巖心中，清除劑中的油相為芳香類有機溶劑，對瀝青質(zhì)有較強的溶解能力，清除劑的注入可以將瀝青質(zhì)沉積物從巖石表面剝離下來，并且溶解于清除劑中，在大孔道中能順利排出。另外，有機溶劑中加入的乙烯－乙酸乙烯酯為大分子共聚物，溶解于油相后分子鏈充分伸展，其非極性鏈節(jié)(聚乙烯鏈)可吸附于瀝青質(zhì)基團的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，另一端帶有中等極性的酯基有較好的分散作用，能有效防止瀝青質(zhì)基團收縮聚集，可以預防溶解出來的瀝青質(zhì)在孔道中再次聚集堆積，防止二次沉積。

3 現(xiàn)場應用

選用勝利油田 CZC15－19井與CD2－30－522井。這2口井均存在膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等有機物絮凝沉淀及部分無機堵塞，無法正常生產(chǎn)，2011年5月用配制的瀝青質(zhì)清除劑進行清洗解堵。

3.1 施工工藝

施工步驟主要包括:①清洗油管;②以1 h注7.3 m3后停注1 h的周期將溶劑分3次全部注入;③注5 m3柴油充滿油管;④關(guān)井24～48 h;⑤排出井內(nèi)柴油到放置罐內(nèi);⑥用施工前油嘴開井生產(chǎn)。根據(jù)施工方案設(shè)計的步驟，分別向CZC15－19井和CD2－30－522井中注入20、27 m3清除劑，悶井反應24 h后開井生產(chǎn)。為了與施工前效果進行比較，2口油井施工前后的工作制度保持不變。

3.2 應用效果

CZC15－19井施工前日產(chǎn)液為50 m3/d，油壓為0.85 MPa，動液面為1080 m;解堵后日產(chǎn)液為200 m3/d，油壓為3.4 MPa，動液面提高到井口。在相同的油井工作制度下，日產(chǎn)液量提高到施工前的4倍。施工后3個月內(nèi)，CZC15－19井的平均日產(chǎn)油量比施工前增加10 m3/d左右。CD2－30－522井施工前日產(chǎn)液為100 m3/d、油壓為0.8 MPa，動液面為920 m，施工后日產(chǎn)液為170 m3/d，油壓為4.2 MPa，動液面提高到井口。施工效果明顯。

4 結(jié)論

(1)以水、有機溶劑、乳化劑和分散劑配制低毒性瀝青質(zhì)沉淀清除劑，該清除劑具有安全低毒、環(huán)保、清除瀝青質(zhì)效果好的優(yōu)點。

(2)穩(wěn)定性實驗與瀝青質(zhì)溶解實驗表明，乳化劑含量為8%、攪拌轉(zhuǎn)速為800 r/min下配制出的清除劑能滿足瀝青質(zhì)對其穩(wěn)定性和溶解速率的要求。溫度較低時清除劑對瀝青質(zhì)的溶解速率略低于二甲苯;隨溫度升高溶解速率接近二甲苯。在較高溫度環(huán)境中清除劑性能良好。

(3)巖心動態(tài)驅(qū)替實驗表明，滲透率越高的巖心，清除劑越容易溶解巖心中的瀝青質(zhì)沉積物，對巖心的解堵效果越好。

(4)現(xiàn)場應用證明，該清除劑能有效清除膠質(zhì)、瀝青質(zhì)造成的堵塞，是1種發(fā)展前景良好的清除劑。

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