遼河稠油乳化降黏劑的性能評價

周 飛

(中國石油天然氣股份有限公司遼河油田分公司鉆采工藝研究院,遼寧 盤錦 124010)

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遼河稠油乳化降黏劑的性能評價

周 飛

(中國石油天然氣股份有限公司遼河油田分公司鉆采工藝研究院,遼寧 盤錦 124010)

通過實驗研制出適合遼河稠油的LY-5型乳化降黏劑，分析降黏機理并對溫度、加劑濃度、時間和含水率等影響因素進行了評價，對配伍性及腐蝕性進行了測試。結(jié)果表明：LY-5降黏劑中極性高滲助劑解離膠質(zhì)瀝青質(zhì)網(wǎng)狀構(gòu)架，稠油形成小顆粒，降黏劑的表面活性成分在小顆粒表面形成一層膜，阻止膠質(zhì)瀝青質(zhì)再次積聚形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，達到穩(wěn)定降低稠油黏度的目的。遼河稠油中膠質(zhì)瀝青質(zhì)質(zhì)量分數(shù)大于45%，地層水礦化度不大，LY-5型降黏劑最佳加劑質(zhì)量濃度1 000 mg/L，加劑后原油在50 ℃下黏度在100 mPa·s以下，降黏率達到99.8%且穩(wěn)定，達到油井舉升條件，乳狀液隨溫度升高黏度增大，水的質(zhì)量分數(shù)在20%～70%具有最佳降黏效果。降黏劑具有一定的緩蝕性，加量為5%時，緩蝕率可達100%，且對聯(lián)合站水處理無影響。

稠油 乳化降黏劑 評價 緩蝕率

稠油富含膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等重質(zhì)組分，這些組分之間存在強有力的締合作用，形成大分子聚合體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使稠油具有黏度高、密度大等特點。嚴重影響稠油的開采與運輸。因此，破壞稠油聚合體結(jié)構(gòu)，降低稠油黏度，改善稠油流動性，對于解決稠油開采、集輸和煉制等問題有重要意義[1]。該文對LY-5乳化降黏劑性能和影響因素進行了評價。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與藥品

實驗儀器：BROOKFIELD旋轉(zhuǎn)黏度計、恒溫水浴、電子天平、燒杯、比色管。

實驗藥品：自研藥劑LY-5，該品主劑為一種陰離子-非離子性表面活性劑、加入輔劑和快速滲透劑復(fù)配而成，HLB值在20～30，具有很好的親水性；遼河油田曙光采油廠作業(yè)六區(qū)、七區(qū)稠油、現(xiàn)場水。

1.2 實驗方法

(1)油水樣組分測定方法。按照石油行業(yè)標準SY/T 5523—2000《油氣田水分析方法》測定水樣中各離子含量；按照石油行業(yè)標準SY/T 7550—2004《原油中蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量測定》測定稠油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量。

(2)降黏效果評價方法。降黏率計算方法：

(1)

式中：P為降黏率，%；μ0為加降黏劑前稠油黏度，mPa·s；μ1為加降黏劑后稠油黏度，mPa·s。

(3)降黏劑對N80鋼的腐蝕評價方法。利用腐蝕質(zhì)量損失法計算腐蝕率與緩蝕率。相關(guān)計算公式見文獻[2]3。

1.3 實驗步驟

(1)樣品準備。將盛有稠油的磨口瓶放入恒溫水浴中，80 ℃靜置2 h，使磨口瓶內(nèi)油樣借助分子熱運動達到均勻狀態(tài)，在室內(nèi)靜置48 h以上，作為實驗基礎(chǔ)油樣；及時取現(xiàn)場水樣作基礎(chǔ)水樣。

(2)將油樣放入80 ℃水浴中加熱，油具有可流動性。稱量42 g加熱好的稠油和18 g水，分別滴加0.084 g降黏劑。

(3)將加入降黏劑的油水樣放入現(xiàn)場溫度水浴中進行充分攪拌。

(4)用旋轉(zhuǎn)黏度計測定攪拌后樣品的表觀黏度，并做平行實驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 油水樣性質(zhì)測定

(1)水中離子含量測定。礦化度的高低直接影響降黏劑的降黏效果。因為水中過多的陽離子或陰離子，將包裹著大分子的界面膜上電荷中和，使液滴間斥力減弱，液滴更易聚并，宏觀表現(xiàn)為油樣穩(wěn)定性降低[2]5。所取水樣為六區(qū)、七區(qū)水樣，因為兩區(qū)部分油井為地面摻水開采，因此水質(zhì)性質(zhì)基本一致，礦化度測得為1 270.46 mg/L，水樣離子質(zhì)量濃度見表1。

表1 水樣離子含量 mg/L

由表1可知，實驗所用水樣礦化度較低，鈣鎂離子質(zhì)量濃度不高，因此對降黏劑的降黏的降黏效果可以忽略不計。

(2)稠油黏溫特性研究。黏度是衡量稠油性質(zhì)的重要指標。隨溫度的升高稠油黏度迅速減小。因此，要考慮稠油在舉升與運輸過程中不同溫度下黏度值,見圖1。

圖1 原油黏度與溫度曲線

由圖1可以看出，曙光采油廠作業(yè)六區(qū)和七區(qū)原油黏度普遍偏大，其中六區(qū)原油在50 ℃時可達46 910 mPa·s，屬特稠油。

(3)原油膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量測定。當瀝青質(zhì)芳香度高時，瀝青質(zhì)聚集體形成的界面膜強度高，難以被降黏劑拆散，這種稠油難降黏。富含膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等重質(zhì)組分，這些組分之間存在強有力地締合作用，形成大分子聚合體結(jié)構(gòu)，膠質(zhì)分子吸附在瀝青質(zhì)聚集體上，形成瀝青質(zhì)粒子與液態(tài)油之間過渡層，使瀝青質(zhì)粒子懸浮在油中，形成石油膠體[3-4]，這類稠油具有黏度高、密度大等特點，因此難以達到預(yù)期的降黏效果。通過室內(nèi)實驗檢測遼河稠油基本性質(zhì)見表2。

表2 原油膠質(zhì)瀝青質(zhì)分析

由表2可知，遼河稠油的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)質(zhì)量分數(shù)高，高膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的存在大大增加了遼河稠油降黏的難度。

2.2 降黏效果的影響因素

(1)加劑濃度對降黏效果的影響。按照實驗步驟分別對加劑量為500 ，1 000，1 500和2 000 mg/L條件下的黏度值進行測試，結(jié)果見圖2。由圖2可知，當加劑量為2 000，1 500和1 000 mg/L時，表觀黏度均不到100 mPa·s，降黏率均達到99.8%，且靜態(tài)黏度均在200 mPa·s以下，滿足井筒舉液要求。當加劑量為500 mg/L時，雖然黏度在600 mPa·s以下，但是靜態(tài)黏度大于1 500 mPa·s，達不到標準Q/SY 118—2013《水色油型稠油降黏劑技術(shù)規(guī)范》的要求，因此優(yōu)選加劑量為1 000 mg/L。

圖2 加劑量對黏度的影響

(2)時間對降黏效果的影響。按照實驗步驟分別測試原油加劑量為500，1 000和2 000 mg/L的條件下的黏度值，并測定2 h(由現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示原油由井底到井口所運行的時間為1.5 h)之內(nèi)黏度值的穩(wěn)定性，結(jié)果見圖3。

圖3 時間對黏度的影響

六區(qū)原油與七區(qū)原油加劑量影響幾乎一致，由圖3可知，加劑量為2 000 mg/L和1 000 mg/L時，黏度在2 h內(nèi)均能保持很好的穩(wěn)定性，但是加劑量為500 mg/L時，黏度值波動較大，乳狀液不穩(wěn)定。這是由于2 000 mg/L和1 000 mg/L的降黏劑能夠在油水界面充分吸附并構(gòu)成致密的薄膜，且這層薄膜沒有隨著時間推移而受到破壞，表現(xiàn)出原油乳狀液穩(wěn)定。

(3)溫度對降黏效果的影響。測定1 000 mg/L加劑量的條件下，不同溫度下黏度的變化情況，結(jié)果見圖4。

圖4 溫度對黏度的影響

隨溫度升高，乳狀液穩(wěn)定性下降。這是因為溫度升高加劇液滴布朗運動，使液滴碰撞頻率增加，加劇液滴聚合速度；同時使得界面膜黏度變小，強度變低，易于破裂；內(nèi)相顆粒體積膨脹，使界面膜變薄，機械強度降低。

(4)含水率對降黏效果的影響。測定1 000 mg/L加劑量的條件下，不同含水率下黏度的變化情況，結(jié)果見圖5。

由圖5可知，水的質(zhì)量分數(shù)在20%～73%時，降黏效果均較好，在水的質(zhì)量分數(shù)小于20%時，由于含水過少，油與水達不到乳化條件，不能乳化。當水的質(zhì)量分數(shù)在73%時，黏度有上升趨勢，且出現(xiàn)少量分層現(xiàn)象。這是由于隨著水量的加大，藥劑所占比例減小，當水的質(zhì)量分數(shù)大于73%以上時，分層現(xiàn)象嚴重，不能進行乳化。因此，水的質(zhì)量分數(shù)在20%～70%效果最好。

圖5 含水率對黏度的影響

2.3 配伍性評價

降黏劑1 000 mg/L，同時做空白實驗。按照六區(qū)水處理流程(七區(qū)在聯(lián)合站不進行水處理)，來樣依次加入破乳劑、預(yù)脫劑、對水加入絮凝劑、助凝劑，破乳溫度90 ℃。測定其對水處理的影響，配伍性評價試驗。結(jié)果表明，加入降黏劑與未加降黏劑比色管的脫水量相等，均為75 mL，上層油中含水均小于5%，說明加入降黏劑后未對破乳產(chǎn)生影響。加入降黏劑與未加降黏劑比色管的脫出絮狀物量一致，水質(zhì)顏色相同，說明未對絮凝產(chǎn)生影響。因此，加入降黏劑不會對聯(lián)合站脫水產(chǎn)生影響。

2.4 緩蝕性能研究

用腐蝕質(zhì)量損失法測試不同質(zhì)量濃度降黏劑緩蝕性。配制5種腐蝕介質(zhì)：質(zhì)量分數(shù)分別為0%，0.5%，1%，2%和5%現(xiàn)場水樣，體積均為200 mL，置于50 ℃的恒溫水浴鍋內(nèi)，將經(jīng)過處理的5個N80鋼試片分別放入5種腐蝕介質(zhì)，進行掛片實驗。24 h后取出試片，沖洗干凈，酒精與石油醚混合物擦除表面疏松產(chǎn)物，干燥后稱質(zhì)量，最后觀察試片在不同介質(zhì)中的腐蝕情況。

部分鋼片發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，原因是所取水樣中329.69 mg/L的腐蝕性陰離子(Cl-)，Cl-的半徑比較小，穿透能力很強，易深入腐蝕產(chǎn)物內(nèi)。在N80鋼的部分區(qū)域，Cl-積聚成核，導(dǎo)致該區(qū)域陽極溶解加速，金屬基體被向下深挖腐蝕，形成點蝕坑[5]。加入降黏劑后，降黏劑中的有效物質(zhì)吸附于鋼片表面，形成保護膜，隔離Cl-與N80鋼的接觸，降低腐蝕程度和腐蝕產(chǎn)物膜生長，同時降低甚至抑制點蝕的發(fā)生。在降黏劑加量為5%時，緩蝕率可達100%。

3 結(jié) 論

(1)通過對遼河油田稠油性質(zhì)及水樣的分析，發(fā)現(xiàn)遼河現(xiàn)場水中離子礦化度較小為1 270.46 mg/L，對降黏效果影響不大，遼河稠油膠質(zhì)瀝青含量較高大于45%，稠油黏度大，50 ℃時六區(qū)原油黏度可達46 910 mPa·s，并隨著溫度的降低黏度大幅度升高。

(2)研制出適合于遼河稠油的降黏劑，并進行對比分析，LY-5型降黏劑最佳加劑質(zhì)量濃度為1 000 mg/L，加劑后稠油在50 ℃時黏度在100 mPa·s以下，降黏率達到99.8%且穩(wěn)定，達到油井舉升條件。并隨溫度升高黏度增大，在水的質(zhì)量分數(shù)為20%～70%具有最佳降黏效果。

(3)降黏劑具有一定的緩蝕性，對管道及井筒無腐蝕，加劑量為5%時對現(xiàn)場緩蝕速率為100%，且對聯(lián)合站水處理工作無影響。

[1] 谷俊標，申龍涉. 稠油降黏技術(shù)在采油工藝上的應(yīng)用[J]. 遼寧化工，2003，32(10)：40-43.

[2] 魏寶明. 金屬腐蝕理論及應(yīng)用[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1984：3-5.

[3] 梁文杰. 石油化學(xué)[M]. 東營：石油大學(xué)出版社，1993: 64-65.

[4] 韓顯卿. 提高采收率原理[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，1993: 131-169.

[5] 徐海升，李謙定，薛崗林，等. N80油管鋼在CO2/H2S介質(zhì)中的腐蝕行為研究[J]. 天然氣化工，2009，34(2)：51-52.

(編輯 寇岱清)

Performance Evaluation of Emulsion Thinner for Heavy Oil of Liaohe Oil Field

ZhouFei

(D&PTechnologyResearchInstitute,PetroChinaLiaoheOilfieldCompany,Panjin124010,China)

The LY-5 emulsion thinner has been successfully developed for Liaohe heavy oil through laboratory screening. The working mechanisms of LY-5 emulsion thinner is analyzed, the impact factors such as dosage, time, water content, etc are evaluated, and compatibility and corrosivity are tested. The results show that the polarity hypertonic agents in the LY-5 thinner dissociate the network structure of the resin and asphaltene. The small particles form from heavy oil. The active components of the thinner forms a layer of film on the surface of the small particles to prevent the formation of the network structure of resin and asphaltene so as to reduce the viscosity of heat oil. The asphaltene content of Liaohe heavy oil is over 45%. The salinity of formation water is low. At the 1 000 mg/L optimum dosage of LY-5 thinner, the viscosity of crude oil is under 100 mPa·at 50 ℃ and viscosity reduction rate is 99.8%. The apparent viscosity of heavy oil increases with the temperature and the optimum water mixing amount is 20%～70%. Results from the corrosion experiment show that this kind of emulsion thinner has good corrosion inhibition performance. The corrosion prevention rate is 100% at a dosage of 5%, and it has no impact on water treatment in the combination station.

heavy oil, emulsion thinner, evaluation, corrosion reduction rate

2016-01-18；修改稿收到日期：2016-04-07。

周飛，碩士學(xué)位，工程師，現(xiàn)在該公司鉆采工藝研究院油田化學(xué)技術(shù)研究所從事防腐蝕工作。E-mail：zhoufei_zcy@petrochina.com.cn