辛基酚聚氧乙烯醚羧酸鈉對(duì)塔河稠油的降黏作用研究

王 雷，朱曉明，冉云令，韓勝霞

(1.中國石化西北油田分公司 石油工程技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830011； 2.中國石油大學(xué)(華東) 石油工程學(xué)院，山東 青島 266580)

辛基酚聚氧乙烯醚羧酸鈉對(duì)塔河稠油的降黏作用研究

王 雷1，朱曉明2，冉云令2，韓勝霞2

(1.中國石化西北油田分公司 石油工程技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830011； 2.中國石油大學(xué)(華東) 石油工程學(xué)院，山東 青島 266580)

通過丙酮溶劑法合成了降黏劑辛基酚聚氧乙烯醚羧酸鈉(RJY-8)，考察了其在不同條件下的熱穩(wěn)定性和耐鹽性，降黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、油水比、溫度對(duì)其降黏效果的影響，以及助溶劑、聚合物對(duì)它的降黏增效作用，得到了適應(yīng)于塔河稠油的降黏配方。結(jié)果表明：RJY-8具有較高的熱穩(wěn)定性，在高鹽地層水中仍能保持優(yōu)異的界面活性；增大RJY-8用量、降低油水比以及升高乳化溫度均可提高塔河稠油的降黏率；尿素及部分水解聚丙烯酰胺均可提高RJY-8的降黏效果，二者復(fù)配使用能降低降黏劑的成本。因此，選用RJY-8與部分水解聚丙烯酰胺、尿素復(fù)配作為塔河稠油的降黏配方。

辛基酚聚氧乙烯醚羧酸鈉；稠油降黏劑；高溫耐力；高鹽耐力

我國新疆的塔河油田有豐富的稠油資源，目前中石化輪古項(xiàng)目組和新興石油公司在塔河油田年產(chǎn)稠油分別為150萬t和200萬t，同時(shí)在桑塔木油田的某些區(qū)塊也有高產(chǎn)的稠油井。

同東部稠油油藏不同，塔河油田和桑塔木油田的稠油井底溫度高(一般為108～128 ℃)、地層水礦化度高(含鹽量均高于2×105mg/L,鈣鎂離子含量高于104mg/L)，因此，適合這2個(gè)地區(qū)的稠油降黏劑應(yīng)具有較高的耐溫能力和較強(qiáng)的耐鹽能力。此外還應(yīng)滿足使用濃度低、乳狀液靜止時(shí)能較快分層(以不影響產(chǎn)出液處理為限度)等要求。

稠油降黏劑的主要成分是表面活性劑。目前，石油皂型、環(huán)烷酸鹽型、磺酸鹽型表面活性劑是研究較多的稠油降黏劑[1-7]，成本低使其具有較為廣闊的應(yīng)用前景。然而，以上降黏劑均需與一定的堿性物質(zhì)復(fù)配使用，才能對(duì)稠油有較好的乳化降黏效果,而添加堿性物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致采出液破乳困難、黏土膨脹、井筒結(jié)垢等后果,給油田生產(chǎn)帶來不利的影響[8-9]。

為滿足塔河稠油降黏劑耐溫耐鹽的要求，合成了一種非離子-陰離子型兩性表面活性劑辛基酚聚氧乙烯醚羧酸鈉(RJY-8)作為稠油降黏劑，考察了其耐溫耐鹽性能，并以此為基礎(chǔ)優(yōu)選出了適合塔河稠油的降黏體系。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑與儀器

藥品：辛基酚聚氧乙烯醚-4(江蘇省海安石油化工廠，工業(yè)品)；丙酮、氯乙酸、氫氧化鈉(均為分析純?cè)噭?；尿素(黑龍江大慶石化公司)；疏水締合聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺、聚氧乙烯吡咯烷酮、陽離子淀粉(勝利油田提供)。

儀器：BrukerV33紅外光譜儀(德國布魯克)；JYW-200A自動(dòng)界面張力儀(承德大華試驗(yàn)機(jī)有限公司)；Brookfield黏度計(jì)(美國博勒飛)。

油樣：塔河LG15-1、LG15-2、LG15-11稠油，其黏溫?cái)?shù)據(jù)見表1；水樣：塔河油田污水，主要組成和性質(zhì)見表2。

表1 塔河稠油的黏溫?cái)?shù)據(jù)

表2 塔河油田污水試驗(yàn)數(shù)據(jù)[10]

1.2 降黏率測(cè)定方法

準(zhǔn)確稱取一定量的塔河稠油置于燒杯中，將一定量的降黏劑溶于定量的模擬塔河油田水(按表2中離子組成配制，總礦化度為234 260.5 mg/L)中并使其完全溶解，再將溶液倒入稠油中并將燒杯放入恒溫水浴鍋中進(jìn)行攪拌,乳化一定時(shí)間，停止攪拌后使用Brookfield黏度計(jì)測(cè)定黏度。

2 結(jié)果與討論

2.1 RJY-8的制備與表征

將250 mL三口燒瓶置于水浴中，取適量辛基酚聚氧乙烯醚-4(JY-8)倒入三口燒瓶?jī)?nèi)，開動(dòng)攪拌器，緩慢加入研成粉末的氫氧化鈉，進(jìn)行堿化反應(yīng)。1 h后，按n(丙酮)∶n(JY-8)=5∶1的比例加入丙酮，再緩慢加入適量氯乙酸，進(jìn)行親核取代反應(yīng)0.5 h。調(diào)整水浴溫度至45 ℃，反應(yīng)3 h。再將水溫調(diào)至56 ℃，使大部分丙酮蒸出，得到黃色膏狀混合物，即為辛基酚聚氧乙烯醚羧酸鈉RJY-8。使用Vector33紅外光譜儀對(duì)JY-8和RJY-8進(jìn)行了紅外測(cè)定，結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出，對(duì)于RJY-8，1 631 cm-1處有-COONa的強(qiáng)吸收峰，而JY-8在1 631 cm-1沒有強(qiáng)吸收峰，說明制備反應(yīng)成功將-COONa引入到了JY-8分子中。

圖1 RJY-8和JY-8的紅外光譜

2.2 RJY-8的熱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

將1%的RJY-8密封于安瓿瓶中，在150 ℃條件下熱處理48 h，通過滴定法[11]測(cè)定熱處理后的表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)，發(fā)現(xiàn)RJY-8的保留率為100%；在250 ℃條件下熱處理12 h，其保留率為97%；在300 ℃條件下熱處理3 h，其保留率依然為95%。由此可以看出，RJY-8具有高的熱穩(wěn)定性，能夠在塔河油田地層條件(108～128 ℃)下使用。

2.3 RJY-8表面張力測(cè)定

向一定量的RJY-8中加入不同質(zhì)量濃度的氯化鈉溶液，用JYW-200A自動(dòng)界面張力儀通過吊環(huán)法測(cè)定了不同質(zhì)量濃度的RJY-8氯化鈉溶液的表面張力，結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯觯诒砻婊钚詣┤芤褐屑尤?×103～20×104mg/L氯化鈉，對(duì)表面張力影響不大，且隨著氯化鈉質(zhì)量濃度的提高，RJY-8的界面活性有增強(qiáng)的趨勢(shì)，說明RJY-8在高鹽地層水中具有優(yōu)異的界面活性。

圖2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)RJY-8的鹽水溶液的表面張力曲線

2.4 RJY-8對(duì)塔河稠油的降黏性能

2.4.1 降黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)降黏效果的影響 將塔河稠油與不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降黏劑溶液以6∶4的體積比混合，在60 ℃條件下測(cè)降黏率，結(jié)果見表3。

表3 RJY-8質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)降黏效果的影響

注：乳化狀況：“―”表示原油在活性劑溶液中不分散，“+”表示原油在活性劑溶液中以大塊狀分散，“++”表示原油在活性劑溶液中以大油珠狀分散，“+++”表示原油在活性劑溶液中以細(xì)小油珠分散；降黏率：“/”表示無法測(cè)定。降黏率是指加入降黏劑后原油黏度的降低值與原始黏度之比。

可以看出，當(dāng)降黏劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于等于1%時(shí)，降黏劑對(duì)塔河原油有好的降黏效果，但只能形成水包油的粗分散體系。當(dāng)降黏劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至3.5%時(shí)，可形成水包油的細(xì)分散體系，其降黏效果很好。通過顯微鏡觀察到的乳狀液形態(tài)(圖3)也驗(yàn)證了以上結(jié)果。由此說明增大RJY-8的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以增強(qiáng)其對(duì)稠油的乳化能力，提高降黏率。

圖3 乳狀液的微觀形態(tài)(圖中標(biāo)尺長度為10 μm)

2.4.2 油水體積比對(duì)降黏效果的影響 由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表3)可知，降黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)升至0.5%時(shí)，原油即可被較好地乳化。為降低降黏劑使用成本，在降黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的條件下考察油水體積比對(duì)降黏效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 油水體積比對(duì)RJY-8降黏效果的影響(60 ℃)

表4說明，當(dāng)油水體積比小于7∶3時(shí)，降黏劑對(duì)塔河原油有很好的降黏效果，當(dāng)油水比為5∶5時(shí)，降黏效果最佳。隨著油水比的增大，單位面積油水界面膜上的降黏劑分子減少，分布不均勻，使得乳化效果變差，降黏率降低[12-13]。考慮到降黏效果與成本因素，選擇最佳油水體積比6∶4。

2.4.3 乳化溫度對(duì)降黏效果的影響 在降黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的條件下，以6∶4的油水體積比將降黏劑溶液和原油LG15-2混合，不同乳化溫度條件下觀測(cè)的乳化狀況及降黏率見表5。

表5 乳化溫度對(duì)RJY-8降黏效果的影響

表5 說明，當(dāng)乳化溫度高于50 ℃時(shí)，降黏劑對(duì)塔河原油有好的降黏效果，溫度越高降黏率越高。一方面溫度升高有利于表面活性劑分子活性的增強(qiáng)，能夠形成較好的油水界面膜；另一方面，較高的溫度使得原油流動(dòng)性增強(qiáng)，黏度降低，油水兩相更易混合成為一相。因此，升高溫度有利于提高降黏劑的降黏效果。

2.5 RJY-8降黏性能的改進(jìn)

由于表面活性劑降黏劑成本較高，為降低其使用濃度，研究了助溶劑和聚合物對(duì)RJY-8的降黏增效作用。

2.5.1 助溶劑對(duì)RJY-8的降黏增效作用 通常認(rèn)為助溶劑能改善表面活性劑的水溶性，因而使其界面活性提高[14]，但這些規(guī)律是在低鹽含量情況下總結(jié)出來的。在高鹽含量的介質(zhì)中，由于助溶劑和無機(jī)鹽對(duì)表面活性劑的作用是相反的，因此助溶劑對(duì)界面活性的影響與上述規(guī)律并不一致。

常用的助溶劑有N,N-二甲基甲酰胺、尿素、二甲苯磺酸鈉等。試驗(yàn)了60 ℃、油水比為6∶4條件下不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)尿素/RJY-8復(fù)配體系對(duì)LG15-2稠油的降黏情況，結(jié)果見表6。可以看出，w(RJY-8)=0.4%與w(尿素)=3%復(fù)配組成的降黏劑配方，對(duì)LG15-2塔河稠油有較好的降黏效果，其降黏率可達(dá)99%以上。這說明，在高含鹽的介質(zhì)中，尿素明顯增強(qiáng)了RJY-8的界面活性，改善了降黏效果。

表6 尿素對(duì)RJY-8降黏效果的影響

2.5.2 聚合物對(duì)RJY-8的降黏增效作用w(表面活性劑)=0.4%與w(尿素)=3%組成的配方雖然對(duì)LG15-2稠油有較好的降黏效果，但存在使用濃度較大、成本較高的問題。鑒于此，對(duì)RJY-8的降黏性能作進(jìn)一步改進(jìn)。

將聚合物加入表面活性劑的水溶液中，可以影響表面活性劑的物理化學(xué)性質(zhì)，使溶液的表面張力、臨界膠束濃度、聚集數(shù)、水溶液增容量等發(fā)生變化，從而影響其使用性能[15-17]。

在“0.4%RJY-8+0.5%尿素”體系中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的聚合物，60 ℃、油水比為6∶4條件下測(cè)試其對(duì)LG15-2稠油的降黏效果，見圖5。

圖4 不同聚合物對(duì)RJY-8降黏效果的影響

從圖4可以看出，在“0.4%RJY-8+0.5%尿素”體系中添加疏水締合聚丙烯酰胺和部分水解聚丙烯酰胺后，降黏效果明顯得到改善，而添加聚氧乙烯吡咯烷酮和陽離子淀粉，則對(duì)降黏效果沒有影響。

雖然疏水締合聚合物對(duì)RJY-8的增效作用略強(qiáng)于聚丙烯酰胺，但由于其價(jià)格較高，因此選擇部分水解聚丙烯酰胺用作稠油降黏劑的助劑。

60 ℃條件下測(cè)試了不同分子結(jié)構(gòu)的部分水解聚丙烯酰胺對(duì)RJY-8降黏性能的影響，結(jié)果見表7。

表7 不同分子結(jié)構(gòu)的聚丙烯酰胺對(duì)RJY-8降黏效果的影響

注：所用降黏劑配方：w(表面活性劑)=0.4%,w(尿素)= 0.5%,w(HPAM)=0.01%。

從表7可以看出，部分水解聚丙烯酰胺的增效作用與分子量有關(guān)，高分子量的部分水解聚丙烯酰胺增效效果差，低分子量的部分水解聚丙烯酰胺增效效果好。這可能是因?yàn)楫?dāng)部分水解聚丙烯酰胺分子量過大時(shí)，其分子鏈段過長而導(dǎo)致相互纏繞，使得乳狀液黏度增大。因此，應(yīng)選用“0.4%RJY-8+0.5%尿素+0.01% HPAM(分子量700萬)”構(gòu)成降黏配方，以達(dá)到稠油降黏開采的目的。

3 結(jié) 論

(1)RJY-8具有較高的熱穩(wěn)定性，在高鹽地層水中仍能保持優(yōu)異的界面活性，可以在塔河油田地層條件下使用。

(2)增大RJY-8用量可改善塔河稠油的乳化效果，提高降黏率；增大油水比不利于降黏率的提高；升高乳化溫度有助于提高降黏率。

(3)尿素可提高RJY-8的降黏效果，但無法顯著降低RJY-8的使用成本；配方“0.4%RJY-8+0.5%尿素+0.01% HPAM(分子量700萬)”對(duì)塔河稠油的降黏率幾乎可達(dá)99%，而且可大大降低降黏劑的使用成本。

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責(zé)任編輯：董 瑾

2014-12-17

山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“具有邊界層和體相水流流動(dòng)狀態(tài)調(diào)控作用的低滲透油藏降壓增注技術(shù)研究”(編號(hào)：ZR2012EEM007)

王雷(1976-)，男，高級(jí)工程師，主要從事油氣田開發(fā)研究工作。E-mail：wangleiswpi@163.com

1673-064X(2015)03-0077-05

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