GCS-YR油溶性降黏劑的研制與應(yīng)用

李德儒中石化河南油田分公司采油二廠

GCS-YR油溶性降黏劑的研制與應(yīng)用

李德儒
中石化河南油田分公司采油二廠

河南油田稠油屬于特、超稠油，采用蒸汽吞吐輔助注降黏劑技術(shù)可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)采，但在開(kāi)采初期，地層中含水較少，水溶性降黏劑對(duì)油包水型乳狀原油難以起到降黏效果，為此，研制了耐高溫油溶性降黏劑。利用正交實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了GCSYR油溶性降黏劑的配方實(shí)驗(yàn)，確定了基本配方為：3%乙酸乙烯酯共聚物ZJ-3+2%脂肪胺聚氧乙烯聚氧丙烯醚ZJ-4+1%酯化改性聚醚ZJ-5+20%四氫萘ZZJ-6+74%溶劑油RJ-5，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)確定了最佳加藥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，該配方耐溫350 ℃，對(duì)低含水原油降黏率可達(dá)80%以上，并且與油田用AR型集輸破乳劑具有良好的配伍性。該降黏劑在井樓油田進(jìn)行6井次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，平均單井產(chǎn)量提高41 t，平均油氣比提高0.03。GCS-YR型油溶性降黏劑適用于河南油田蒸汽吞吐后的稠油開(kāi)采，可提高河南油田稠油油藏采收率。

河南油田；稠油開(kāi)發(fā)；油溶性降黏劑；正交實(shí)驗(yàn)；耐溫性；配伍性

國(guó)家專利：一種耐高溫油溶性降黏劑及其制備方法（201510375068.2）。

河南油田稠油儲(chǔ)量豐富，主要以特稠油、超稠油為主（動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量3 396×104t），占總動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量的66.2%，平均原油黏度在20 000 mPa·s以上。而河南油田采油二廠井樓油田區(qū)塊的稠油黏度更是高達(dá)30 000～50 000 mPa·s，利用蒸汽吞吐技術(shù)進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，需要輔助注入降黏劑以提高蒸汽吞吐效率。但是對(duì)于蒸汽吞吐開(kāi)采初期的油井，由于地層水含量較少，此時(shí)在高溫蒸汽作業(yè)下極易形成油包水乳狀液，使稠油黏度大大增加，此時(shí)，水溶性降黏劑使用效果較差，所以需要研究一種油溶性降黏劑，油溶性降黏劑可以在蒸汽注入過(guò)程中迅速接觸并分散于油包水乳狀液的外層稠油，達(dá)到對(duì)油包水乳狀液快速降黏的效果。

從降黏工藝角度看，要求稠油降黏劑具有物化性能穩(wěn)定、易破乳性、較高的降黏率等特點(diǎn)；從化學(xué)角度看，要求降黏劑的主要成分表面活性劑的親油基結(jié)構(gòu)與稠油組分的結(jié)構(gòu)有一定的相似性。根據(jù)以上原則，確定出油溶性降黏劑的組成如下［1-2］：主劑+溶劑+助溶劑，其中，主劑是利用其分子中的離子段與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)中的極性基團(tuán)反應(yīng)，使瀝青質(zhì)分子解離后無(wú)法形成網(wǎng)架，改變了大分子化學(xué)鍵之間的結(jié)合力，從而降低原油黏度；溶劑主要作用是溶解主劑；助溶劑作用是加快藥劑溶解。油溶性化學(xué)降黏劑可以改善原油流動(dòng)性、降低原油黏度，尤其是對(duì)含水低的乳化稠油，可以有效降低蒸汽吞吐初期地層中乳化稠油的黏度，提高蒸汽吞吐效率［3-7］；并且與集輸用破乳劑配伍良好，可提高破乳脫水速率。

1 GCS-YR油溶性降黏劑配方的研制Formula of the GCS-YR oil-soluble viscosity reducer

1.1實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)儀器

Test materials and instruments

油溶性降黏劑主劑：乙酸乙烯酯共聚物ZJ-3（無(wú)色透明溶液）、由脂肪胺為起始劑的聚氧乙烯聚氧丙烯醚ZJ-4（黃色黏稠膏狀物）、酯化改性聚醚ZJ-5（無(wú)色至淡黃色有一定黏度的液體），以上降黏劑主劑均為實(shí)驗(yàn)室自制；助溶劑為四氫萘ZZJ-6，分析純；溶劑為溶劑油RJ-5（餾程140～200 ℃）；原油為樓8-平5采出稠油（黏度33 687 mPa·s、含水量7.5%）。

ND J-99型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)（四川成都儀器廠）；DZF-6050型真空干燥箱（上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）； Diamond TG/DTG熱失重/差熱分析儀（美國(guó)Perkin Elmer公司）。

1.2正交試驗(yàn)

文中總結(jié)歸納了國(guó)外的一些關(guān)于開(kāi)洞板柱結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的抗沖切試驗(yàn)，結(jié)合各國(guó)的抗沖切承載力的設(shè)計(jì)公式，將得到的抗沖切承載力的設(shè)計(jì)值和試驗(yàn)中的實(shí)際值進(jìn)行對(duì)比分析，為我國(guó)規(guī)范的修訂提供參考。

Orthogonal tests

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是研究多因素多水平的設(shè)計(jì)方法，它是根據(jù)正交性從試驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，這些有代表性的點(diǎn)具備了“均勻分散，齊整可比”的特點(diǎn)。本次通過(guò)反復(fù)進(jìn)行正交試驗(yàn)，找出復(fù)配后最佳配比，形成最后的降黏劑配方，達(dá)到高降黏率、低成本的目的。

列出正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表，其中ZJ-3、ZJ-4、ZJ-5根據(jù)單劑篩選時(shí)2%降黏率較高，選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%～3%之間，助溶劑最高使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，最低使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。本實(shí)驗(yàn)考察指標(biāo)是降黏率。

實(shí)驗(yàn)步驟為：用燒杯裝入一定數(shù)量的脫游離水特稠油，在50℃恒溫水浴鍋中靜置60 min后，用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)得50℃下的稠油黏度。然后將50℃恒溫水浴鍋中的特稠油分成質(zhì)量相同的9份，在這9份特稠油中分別加入按照表1（L9（34））設(shè)計(jì)的配方配制的油溶性降黏劑并攪拌均勻，用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定乳狀液黏度，計(jì)算降黏劑的降黏率。見(jiàn)表1、表2。

表1　油溶性降黏劑實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors in tests for oil-soluble viscosity reducer

表2　油溶性降黏劑正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of orthogonal tests for oil-soluble viscosity reducer

本方案中，為四因素三水平，通過(guò)分析正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定出ZJ-3、ZJ-4、ZJ-5、 ZZJ-6這4種單劑對(duì)降黏效果的影響和各自的藥劑加入量范圍。同時(shí)為了進(jìn)一步確定出這4種單劑的加入量，又縮小加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍，繼續(xù)進(jìn)行正交試驗(yàn)。最終得出了降黏率最高的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果：3%ZJ-3+2%ZJ-4+1%ZJ-5+20%ZZJ-6+74%RJ-5。

2 GCS-YR油溶性降黏劑性能評(píng)價(jià)Assessment on performance of the GCSYR oil-soluble viscosity reducer

2.1降黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)降黏效果的影響

Impacts of mass fraction of the viscosity reducer on viscosity reduction performance

評(píng)價(jià)降黏劑加入量對(duì)降黏效果的影響主要是測(cè)原油中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的油溶性降黏劑然后測(cè)定其降黏率，根據(jù)降黏率大小來(lái)評(píng)價(jià)降黏效果。取10份裝有相同質(zhì)量的脫游離水特稠油，分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～10%的油溶性降黏劑并攪拌均勻，然后測(cè)定乳狀液黏度，按照黏度下降的比例計(jì)算降黏率。從圖1可以看出，GCS-YR油溶性降黏劑對(duì)特稠油具有較好的降黏效果，當(dāng)藥劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到3%后，降黏率在83%以上，但隨著油溶性降黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，降黏率增加較少，綜合考慮成本及降黏效果，降黏劑最適質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%。

圖1　降黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)降黏效果影響Fig.1 Impacts of mass fraction of the viscosity reducer on viscosity-reducing performance

2.2降黏劑對(duì)不同含水率原油降黏效果的影響

Performance of the viscosity reducer in viscosityreducing of crude oil with different water contents

蒸汽吞吐中添加油溶性降黏劑提高原油采收率的一個(gè)主要作用是使原油形成水外相乳狀液，降低稠油黏度。實(shí)驗(yàn)用完全脫水的稠油與原油采出游離水按照不同體積比例配制了不同含水量的乳化原油，然后測(cè)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%油溶性降黏劑在50℃時(shí)對(duì)純油、10%含水、30%含水、50%含水、70%含水、90%含水原油的降黏率。由表3可以看出：純油中加入該配方的油溶性降黏劑的降黏率為84.1%，降黏劑的降黏率基本不受含水影響，當(dāng)原油含水小于70%時(shí)，降黏率在80%以上；而當(dāng)原油含水大于90%時(shí)，由于受儀器限制，原油黏度無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定。

表3　降黏劑對(duì)不同含水原油的降黏效果Table 3 Viscosity-reducing performances of the viscosity reducer for crude oil with different water contents

2.3降黏劑耐溫性能評(píng)價(jià)

Assessment on heat resistance of the viscosity reducer

為保證降黏劑在熱采油藏溫度條件下能有效發(fā)揮作用，需要對(duì)降黏劑進(jìn)行耐溫性能評(píng)價(jià)，本文通過(guò)差熱分析法［8］與熱滾法［9］測(cè)定了油溶性降黏劑GCS-YR的熱穩(wěn)定性及耐溫性能。

2.3.1降黏劑的熱穩(wěn)定性 利用差熱分析法（熱重分析儀）測(cè)定油溶性降黏劑在高溫下的熱穩(wěn)定性。在惰性氣體氛圍中30～370 ℃范圍內(nèi)測(cè)量，得到差熱分析譜圖，為了進(jìn)一步研究損失部分的形式，在30～370 ℃范圍內(nèi)測(cè)量降黏劑的熱重分析譜圖（圖2）。

圖2　降黏劑的熱重曲線和差熱分析曲線Fig.2 Thermogravimetric curve and differential thermal analysis curve of the viscosity reducer

從圖2可以看出，隨著溫度升高，降黏劑質(zhì)量在30～160 ℃之間損失嚴(yán)重，質(zhì)量損失率達(dá)32.18%，表明該溫度范圍內(nèi)，降黏劑中存在或生成了易揮發(fā)小分子；在160～350 ℃之間曲線趨于平緩，即質(zhì)量不再損失，說(shuō)明降黏劑處于穩(wěn)定狀態(tài)，不再有分子逸出；超過(guò)350 ℃，質(zhì)量再次大幅度降低，說(shuō)明降黏劑又開(kāi)始熔融吸熱。因此，在160～350 ℃溫度范圍內(nèi)，GCS-YR體系的TG和DSC曲線都趨于平緩，表明無(wú)質(zhì)量變化和新相生成，即體系處于穩(wěn)定狀態(tài)。2.3.2 降黏劑的耐溫性 將GCS-YR油溶性降黏劑置于350 ℃條件下的高溫?zé)釢L爐中熱滾48 h。然后按照2.1中測(cè)定降黏率的方法測(cè)定熱滾后的降黏劑在不同加藥量下對(duì)稠油的降黏效果，并與熱滾前數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。如圖3所示，可以看出不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降黏劑經(jīng)過(guò)高溫?zé)釢L處理之后降黏率變化不大，表明該降黏劑具有很好的耐溫性能。

圖3　降黏劑耐溫性能評(píng)價(jià)Fig.3 Assessment on heat resistance of the viscosity reducer

2.4油溶性降黏劑與集輸破乳劑配伍性

Compatibility of the oil-soluble viscosity reducer with the de-emulsifier for oil gathering and transmission

根據(jù)原油破乳劑使用性能檢驗(yàn)方法（瓶試法）SY/T 5281-2000［10］，對(duì)破乳劑脫水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，選用目前河南油田采油二廠聯(lián)合站用AR型集輸破乳劑進(jìn)行了破乳脫水實(shí)驗(yàn)（表4），破乳劑加量為0.05%。實(shí)驗(yàn)時(shí)降黏劑加量從3%遞增至20%，實(shí)驗(yàn)溫度為50 ℃。

表4　油溶性降黏劑對(duì)破乳劑脫水的影響Table 4 Impacts of the oil-soluble viscosity reducer on dewatering of the de-emulsifier

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： 隨著加入的降黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，油水界面越來(lái)越清晰［11-12］，脫出的水質(zhì)也越來(lái)越好，脫水率也逐漸增加，說(shuō)明該油溶性降黏劑與該破乳劑具有很好的配伍性，同時(shí)GCS-YR油溶性降黏劑又能對(duì)原油脫水起到促進(jìn)作用。

3 應(yīng)用實(shí)例Applications

GCS-YR油溶性降黏劑于2014年2月份投入現(xiàn)場(chǎng)，取得了較好的效果。其中井樓油田七區(qū)南部的樓71000井是一口采油井，據(jù)原油全分析資料，該井生產(chǎn)的Ⅱ61層油層溫度下屬于超稠油，瀝青質(zhì)、膠質(zhì)含量34.14%，含蠟量21.66%，凝固點(diǎn)10.0 ℃。樓71000井上返到Ⅱ61層后，蒸汽吞吐第1周期平均日產(chǎn)油2.0 t，但有效生產(chǎn)時(shí)間較短。為降低原油黏度繼續(xù)保持油井產(chǎn)能，延長(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間，在第2周期配套實(shí)施水溶性降黏措施，生產(chǎn)時(shí)間有所延長(zhǎng)，但平均周期日產(chǎn)油1.1 t。分析認(rèn)為該井原油黏度高，且處于低周期生產(chǎn)，因此在第3周期配套使用GCS-YR油溶性降黏劑，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，該井現(xiàn)場(chǎng)取回的原油中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的GCS-YR油溶性降黏劑后，旋轉(zhuǎn)黏度劑測(cè)得原油表觀黏度由61 589 mPa·s降至9 563 mPa·s。見(jiàn)表5。

表5　樓71000井各吞吐周期生產(chǎn)情況Table 5 Huff-and-puff cycles of Well Lou-71000

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，低周期采用GCS-YR油溶性降黏措施效果好于單純蒸汽吞吐及水溶性降黏措施，生產(chǎn)天數(shù)有所增加并且日產(chǎn)油提高明顯，油汽比提高0.07，適用于河南油田稠油蒸汽吞吐的配套措施。

截至目前，GCS-YR油溶性降黏劑現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用6井次，取得了較好的效果，油井生產(chǎn)周期延長(zhǎng)33 d、平均單井產(chǎn)油量提高41 t，油汽比由工藝實(shí)施前的0.18提高至0.21。如表6所示。

表6　GCS-YR油溶性降黏劑的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果Table 6 Field application results of the GCS-YR oil-soluble viscosity reducer

4 結(jié)論Conclusions

（1）室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明：GCS-YR油溶性降黏劑對(duì)河南油田采油二廠超稠油降黏效果明顯，純油中加入該配方的油溶性降黏劑后降黏率達(dá)到80%以上，降黏劑降黏率基本不受含水影響；高達(dá)350 ℃的耐溫能力尤其適用于熱采井原油的降黏。

（2）GCS-YR油溶性降黏劑在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用6井次均取得良好效果，其中樓71000井注入降黏劑后產(chǎn)油量提高37 t，油汽比提高0.07，說(shuō)明該油溶性降黏劑在河南油田有廣闊的應(yīng)用前景。

（3）GCS-YR油溶性降黏劑對(duì)原油黏度為50 000 mPa·s以上的超稠油降黏后，黏度仍在10 000 mPa·s左右，此時(shí)原油流動(dòng)性仍較差，下一步需進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)配方，提高對(duì)超稠油的降黏效果。

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（修改稿收到日期 2016-01-25）

〔編輯 景 暖〕

Development and application of GCS-YR oil-soluble viscosity reducer

LI Deru
No.2 Oil Production Plant of Sinopec Henan Oilfield Company， Nanyang， Henan 473400， China

Heavy oil produced in the Henan Oilfield can be classified as extremely or super heavy oil， which can be developed economically and efficiently by using viscosity reducer with assistance of steam huff-and-puff. In earlier stage of development，formation contains less water， and water-soluble viscosity reducer can hardly reduce viscosity of water-in-oil emulsion. Accordingly， a temperature-resistant oil-soluble viscosity reducer was developed. Orthogonal test was conducted to determine formula of the GCS-YR oil-soluble viscosity reducer， namely， 3% vinyl acetate copolymer ZJ-3+2% fatty amine polyoxyethylene polyoxy propylene ether ZJ-4+1% esterified modified polyether ZJ-5+20% tetralin ZZJ-6+74% solvent naphtha RJ-5. Through laboratory tests， optimal mass fraction of agent was determined to be 3%. Test results show that the formula system can endure temperatures up to 350 ℃ with capacities to reduce viscosity of low-water crude oil over 80%. In addition， the system displayed satisfactory compatibility with de-emulsifier of AR type for oil gathering and transmission in oilfields. Field tests of the viscosity reducer were performed in 6 wells in the Jinglou Oilfield with single-well productivity enhanced by 47 t and OGR enhanced by 0.03 on average. The GCS-YR oil-soluble viscosity reducer can be used for development of heavy oil after steam huff-and-puff to enhance recovery of heavy-oil reservoirs in the Henan Oilfield.

Henan Oilfield； heavy oil development； oil-soluble viscosity reducer； orthogonal test； heat resistance； compatibility

LI Deru. Development and application of GCS-YR oil-soluble viscosity reducer［J］.Oil Drilling & Production Technology， 2016， 38（2）： 267-271.

TE357.4

B

1000 -7393（ 2016 ） 02 -0267-05

10.13639/j.odpt.2016.02.026

李德儒（1974-）。1997年畢業(yè)于大慶石油大學(xué)石油地質(zhì)專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣田開(kāi)發(fā)工作。通訊地址：（473400）河南省唐河縣采油二廠。電話：0377-63840418。E-mail：ldr7441@sohu.com

引用格式：李德儒. GCS-YR油溶性降黏劑的研制與應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2016，38（2）：267-271.