O／W乳化原油轉(zhuǎn)型影響因素和對(duì)策研究

趙利軍 （中石化國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京100029）

趙修太 （中國石油大學(xué) （華東）石油工程學(xué)院，山東 青島266580）

張 慧 （中國石油大學(xué) （華東）教育發(fā)展中心，山東 青島266580）

在稠油開采與輸送方面，國內(nèi)外開發(fā)了許多方法，如注蒸汽開采法、摻稀油降黏法、摻溶劑降黏法、加熱降黏法以及摻活性水的乳化降黏法等，其中乳化降黏法近年來受到普遍關(guān)注，應(yīng)用井下乳化降黏技術(shù)，可提高泵效和油井的動(dòng)液面，減少動(dòng)力消耗，降低系統(tǒng)壓力，增加單井原油產(chǎn)量，具有較好的效果和經(jīng)濟(jì)效益［1］。O／W （水包油型）乳化原油的穩(wěn)定存在需要一定條件，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)乳化轉(zhuǎn)型 （即O／W→W／O），導(dǎo)致黏度急劇升高，嚴(yán)重影響了乳化降黏的效果，給生產(chǎn)及輸送也帶來了很大困難［2］。下面，筆者對(duì)O／W乳化原油轉(zhuǎn)型影響因素進(jìn)行了研究，提出了相應(yīng)預(yù)防措施。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料

1）主要儀器 Brookfield DV－Ⅲ＋ULTRA可編程控制式流變儀 （美國BROOKFIELD公司）；紅外干燥烘箱101A－1E型 （上海市儀器總廠）；坎農(nóng)－芬斯克黏度計(jì) （上海申立玻璃儀器有限公司）。

表1 孤東采油廠稠油樣品 （R3N11）性能

2）主要藥品 NaCl、NaOH、無水CaCl2、甲苯等均為分析純 （AR）或化學(xué)純 （CR），勝利石油磺酸鹽 （SLPS）為工業(yè)品。試驗(yàn)用原油R3N11取自勝利油田孤東采油廠，性能測定如表1所示。

1.2 試驗(yàn)方法

1）乳化原油黏度測定 利用坎農(nóng)－芬斯克黏度計(jì)測定W／O乳狀液的運(yùn)動(dòng)黏度，計(jì)錄通過毛細(xì)管刻度間的時(shí)間，通過式 （1）換算出乳狀液的運(yùn)動(dòng)黏度，2數(shù)值進(jìn)行平均可以獲得轉(zhuǎn)型后乳狀液的性能參數(shù)：

式中，v為乳狀液的運(yùn)動(dòng)黏度，mm2／s；c為黏度計(jì)常數(shù)，mm2／s2；t為流過毛細(xì)管刻度間體積的時(shí)間，s。如無特定說明，試驗(yàn)中均是在60℃下用坎農(nóng)－芬斯克黏度計(jì)測定O／W乳化原油轉(zhuǎn)型黏度。利用DV－Ⅲ＋黏度計(jì)測O／W乳化原油的黏度，轉(zhuǎn)子為00號(hào)，剪切速率為6.12s－1。

2）乳狀液轉(zhuǎn)型的判斷方法 濾紙潤濕法測定乳狀液的類型。將乳狀液滴在濾紙上，若液體能快速的向四周滲入，最后在濾紙中心留一個(gè)小油滴，則可以認(rèn)為該乳狀液為O／W型乳狀液，若液滴不能很快在濾紙上展開，而是在液滴周圍出現(xiàn)油澤，則該液體屬W／O型乳狀液。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 原油組份對(duì)O／W乳化原油轉(zhuǎn)型的影響

膠質(zhì)和瀝青質(zhì)是從原油R3N11中分離出來的，芳香分用甲苯代替。對(duì)轉(zhuǎn)型黏度（μ）與原油組份含量進(jìn)行了線性擬合，對(duì)轉(zhuǎn)型時(shí)間（t）與原油組份含量進(jìn)行了多項(xiàng)式擬合，如圖1～3和表2。由表2可以看出，對(duì)O／W乳化原油的轉(zhuǎn)型黏度影響程度瀝青質(zhì)是膠質(zhì)的3.79倍，芳香分是膠質(zhì)的－2.73倍，即瀝青質(zhì)不利于O／W油乳化原油的穩(wěn)定，芳香分有利于O／W油乳化原油的穩(wěn)定。轉(zhuǎn)型時(shí)間和轉(zhuǎn)型黏度的總體影響程度見表2。

圖1 原油組分－膠質(zhì)對(duì)轉(zhuǎn)型的影響

圖2 原油組分－瀝青質(zhì)對(duì)轉(zhuǎn)型的影響

圖3 原油組分－芳香分對(duì)轉(zhuǎn)型的影響

表2 原油組分對(duì)水包油乳化原油轉(zhuǎn)型黏度和轉(zhuǎn)型時(shí)間的影響

通過對(duì)轉(zhuǎn)型時(shí)間進(jìn)行求導(dǎo)得出：

由式 （2）可知，在定義域內(nèi)瀝青質(zhì)的轉(zhuǎn)型時(shí)間變化率是膠質(zhì)的9.57倍，芳香分的轉(zhuǎn)型時(shí)間變化率是膠質(zhì)的－7.03倍，膠質(zhì)瀝青質(zhì)的轉(zhuǎn)型時(shí)間不斷降低，而芳香分的轉(zhuǎn)型時(shí)間不斷增大。

2.2 水質(zhì)對(duì)O／W乳化原油轉(zhuǎn)型的影響

地層水含有多種礦物質(zhì)，對(duì)O／W乳化原油轉(zhuǎn)型的影響很大，影響較大的主要有一價(jià)金屬離子、二價(jià)金屬離子、pH值等。

1）金屬離子的影響 ①一價(jià)金屬離子。一價(jià)金屬離子含量低于1000mg／L時(shí)，隨著離子含量的增加，轉(zhuǎn)型黏度急劇增加；離子含量在1000～4000mg／L范圍內(nèi)時(shí)，轉(zhuǎn)型黏度變化不大，為3181～3310mPa·s，近似階梯形；離子含量超過4000mg／L時(shí)，O／W乳化原油轉(zhuǎn)型黏度迅速增大，但比含量低于1000mg／L時(shí)變化略小 （見圖4（a））。②二價(jià)金屬離子。二價(jià)金屬離子的含量越高，轉(zhuǎn)型的時(shí)間越短，轉(zhuǎn)型的黏度越高。當(dāng)CaCl2含量超過0.6×103mg／L－1時(shí)，O／W型乳化原油迅速轉(zhuǎn)型，且轉(zhuǎn)型黏度急劇增大 （見圖4 （b））。

2）pH值的影響 在不同的pH值條件下配制穩(wěn)定的O／W乳化原油，在60℃恒溫水浴用DV－Ⅲ＋黏度計(jì)測其黏度。由圖5可以看出，當(dāng)pH＜10.0時(shí)，不能形成穩(wěn)定的O／W乳化原油；pH＞12.0時(shí)，導(dǎo)致O／W型乳化原油容易向W／O型的轉(zhuǎn)型，且轉(zhuǎn)型后黏度高達(dá)4880mPa·s；pH值在10.0～12.0范圍內(nèi)，O／W乳化原油穩(wěn)定性好，黏度低，降黏率最高達(dá)99.14%。

2.3 其他因素對(duì)O／W乳化原油轉(zhuǎn)型的影響

1）溫度的影響 在40℃到90℃溫度范圍內(nèi)，考察了O／W乳化原油轉(zhuǎn)型的時(shí)間，結(jié)果見圖6。由圖6可以看出，隨著溫度升高O／W乳化原油穩(wěn)定性降低，當(dāng)溫度達(dá)90℃時(shí)，O／W乳化原油5min就轉(zhuǎn)型增稠了。

圖4 金屬離子對(duì)轉(zhuǎn)型的影響

圖5 pH值對(duì)轉(zhuǎn)型的影響

圖6 溫度對(duì)轉(zhuǎn)型的影響

2）乳化降黏劑的影響 配制乳化降黏劑SLPS加量分別為0.5%、1.0%、1.5%和2.0%的乳狀液，結(jié)果見圖7所示。由圖7可以看出，隨著乳化降黏劑加量的增大，轉(zhuǎn)型的時(shí)間不斷增長，由初始的7min增長到36min；轉(zhuǎn)型的黏度先升高后降低，最后趨于平緩，當(dāng)加量高于2.0%時(shí)，轉(zhuǎn)型黏度低于原油黏度。

3）剪切速率的影響 通過不同的轉(zhuǎn)速考察剪切速率對(duì)O／W乳化原油轉(zhuǎn)型的影響。把配置好的乳化原油，在不同的轉(zhuǎn)速下測定其轉(zhuǎn)型時(shí)間，結(jié)果見圖8。由圖8可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于8r／s，隨著轉(zhuǎn)速增加，轉(zhuǎn)型時(shí)間降低很快；當(dāng)轉(zhuǎn)速高于8r／s，O／W乳化原油轉(zhuǎn)型時(shí)間趨于平緩。O／W乳化原油的轉(zhuǎn)型存在一個(gè)臨界剪切速率。

圖7 乳化降黏劑的加量對(duì)轉(zhuǎn)型的影響

圖8 轉(zhuǎn)速對(duì)轉(zhuǎn)型的影響

4）HPAM的影響 由圖9可以看出，轉(zhuǎn)型時(shí)間隨著HPAM （聚丙烯酰胺）加量的增加先增大后減小，當(dāng)加量為50mg／L時(shí)，乳化原油轉(zhuǎn)型時(shí)間長達(dá)120min，聚合物的加入對(duì)轉(zhuǎn)型黏度的影響不大。

圖9 HPAM對(duì)轉(zhuǎn)型的影響

3 預(yù)防O／W乳化原油轉(zhuǎn)型的對(duì)策

O／W型乳化原油轉(zhuǎn)型的影響因素很多而且非常復(fù)雜，預(yù)防其轉(zhuǎn)型的方法主要從以下幾個(gè)方面考慮：

（1）降低膠質(zhì)／瀝青質(zhì)含量，采用合適的水熱裂解催化劑配合適當(dāng)?shù)淖⑷敕绞?，在蒸汽吞吐的條件下，可以實(shí)現(xiàn)井下催化降黏、降低膠質(zhì)／瀝青質(zhì)含量［4］。

（2）根據(jù)油藏及開采條件優(yōu)選合適的原油乳化降黏劑體系。

（3）優(yōu)化并控制合理的乳化條件。

［1］黃有泉，尉小明，杭國敏，等 .高稠原油水基降黏劑GCJN－01的研制 ［J］.油氣地面工程，2002，21（5）：18－19.

［2］陳良，張慶，蔣宇，等 .稠油不加熱集輸技術(shù)現(xiàn)狀與應(yīng)用探討 ［J］.天然氣與石油，2010，28（1）：6－9.

［3］于洪喜，林立，劉敏 .稠油乳狀液穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)研究 ［J］.油氣田地面工程，2007，26（10）：17.

［4］范洪富，劉永建，趙曉非，等 .國內(nèi)首例井下水熱裂解催降黏開采稠油現(xiàn)場試驗(yàn) ［J］.石油鉆采工藝，2001，23（3）：42－44.