新疆油田九7區(qū)超稠油超聲波輔助化學降黏

賀麗鵬，丁 彬，耿向飛，丁萬成，羅健輝

（1. 中國石油 勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2. 中國石油 納米化學重點實驗室，北京 100083；3. 中國石油 新疆油田公司，新疆 克拉瑪依 834000）

新疆油田九7區(qū)超稠油超聲波輔助化學降黏

賀麗鵬1，2，丁 彬1，2，耿向飛1，2，丁萬成3，羅健輝1，2

（1. 中國石油 勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2. 中國石油 納米化學重點實驗室，北京 100083；3. 中國石油 新疆油田公司，新疆 克拉瑪依 834000）

以新疆油田九7區(qū)超稠油為研究目標，采用自制的活性大分子降黏劑，結(jié)合超聲波輔助混合技術(shù)，制備了超稠油降黏體系，考察了降黏劑用量、油水比及超聲波作用對降黏效果的影響，研究了超稠油降黏體系的穩(wěn)定性。實驗結(jié)果表明，活性大分子降黏劑對九7區(qū)超稠油具有良好的降黏效果，在降黏劑用量為0.4%（w）、m（油）∶m（水）=10∶3、超聲波輔助摻混30 s時制備的超稠油降黏體系初始表觀黏度小于300 mPa·s；超聲波作用使超稠油與降黏劑水溶液混合效率提高了50%以上，降黏劑用量降低25%（w）左右。在模擬現(xiàn)場工況條件下，制備的超稠油降黏體系動、靜態(tài)穩(wěn)定性良好，能滿足短距離集輸?shù)膶嶋H要求。

超稠油；化學降黏；降黏劑；超聲波

新疆油田九7區(qū)齊古組超稠油可采儲量大，但表觀黏度高，開采難度大，目前主要以蒸汽吞吐開采方式為主，由于油井采出液黏度過高，從井口到簡配站的輸送不能有效利用現(xiàn)有輸油管道。現(xiàn)有生產(chǎn)條件下，在油井出口處安裝儲液池，采出液從井口采出后首先收集在儲液池中，通過罐車不定期運送至簡配站處理，處理工藝繁瑣，不能滿足產(chǎn)量增加的集輸需求，不利于九7區(qū)的規(guī)模化開發(fā)。針對九7區(qū)超稠油生產(chǎn)現(xiàn)狀，急需開展超稠油降黏管道集輸技術(shù)研究，為九7區(qū)實現(xiàn)規(guī)模開發(fā)提供技術(shù)支持。

有效降低超稠油表觀黏度、改善超稠油體系流動性是超稠油經(jīng)濟、高效開發(fā)的關(guān)鍵［1］?；瘜W降黏技術(shù)［2-5］（催化裂解降黏、加堿降黏、加油溶性降黏劑降黏和加表面活性劑降黏）由于具有經(jīng)濟成本低、工藝簡單和適用范圍廣等優(yōu)點，一直是稠油降黏領(lǐng)域研究的熱點。

本工作以新疆油田九7區(qū)超稠油為研究對象，采用自制的活性大分子降黏劑（CVR）［6-7］，結(jié)合超聲波輔助混合技術(shù)，制備了超稠油降黏體系，考察了降黏劑用量、油水比及超聲波作用對降黏效果的影響，并研究了超稠油降黏體系的穩(wěn)定性。

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）：純度大于等于99%（w），北京化學試劑公司；壬基酚聚氧乙烯醚（OP-10）：工業(yè)品，江蘇省海安石油化工廠；超稠油：新疆油田九7區(qū)，基本物性見表1；實驗用水：九7區(qū)齊古組地層水，水型為碳酸氫鈉型，礦化度平均為4 119.17 mg/L。

XMTD-6000型電熱恒溫水?。罕本〇|方精瑞科技發(fā)展有限公司；攪拌器：IKA集團公司；布氏黏度計：Brookfield公司；蒸汽壓力滲透儀：德國Knauer公司；超聲波變幅桿：中國科學院聲學研究所，18 kHz，輸出電功率150 W；YZ35型微型蠕動泵：Omega公司。

表1 九7區(qū)超稠油基本物性Table 1 Physical properties of ultra heavy oil from Xinjiang block 9-7

1.2 降黏體系的制備

將九7區(qū)超稠油、降黏劑和水按一定比例加至燒杯中，在指定的恒溫水浴中預(yù)熱30 min，保持恒溫，采用攪拌器在一定的攪拌轉(zhuǎn)速下攪拌1 min或?qū)⒊暡ㄗ兎鶙U浸入試樣中超聲波處理一定時間，即得黑褐色超稠油降黏體系。

1.3 表觀黏度的測定

于250 mL高型燒杯中加入200 mL制備的降黏體系，置于恒溫水浴中，采用帶有V3-60-30型漿式轉(zhuǎn)子的布氏黏度計測定降黏體系表觀黏度［8］，剪切速率50 s-1。

1.4 降黏體系穩(wěn)定性的模擬研究

動態(tài)穩(wěn)定性：將降黏體系置于指定溫度的水浴內(nèi)，采用蠕動循環(huán)泵使降黏體系緩慢流動，并通過蠕動泵調(diào)節(jié)降黏體系流動速率。在不同時間段采取試樣，測定試樣的表觀黏度。

靜態(tài)穩(wěn)定性：將降黏體系移至量筒中，置于指定溫度的水浴內(nèi)靜置，在不同時間段采取試樣，測定試樣的表觀黏度。

2 結(jié)果與討論

2.1 降黏劑降黏效果

采用CVR對九7區(qū)超稠油進行降黏處理，降黏效果見表2。

表2 降黏劑對九7區(qū)超稠油的降黏效果Table 2 Efects of viscosity reducers on the ultra heavy oil from Xinjiang block 9-7

由表2可知，CVR比OP-10和SDBS具有更好的降黏效果，這是由于CVR分子鏈上強親油基團中含有苯基結(jié)構(gòu)，可與超稠油重質(zhì)組分產(chǎn)生強烈的附著力，有效的吸附在超稠油顆粒表面，同時，當強親油基團吸附在超稠油表面時，分子鏈上的弱親水基團可與水迅速形成隔離膜，包裹超稠油顆粒，由于CVR相對分子質(zhì)量明顯高于普通小分子降黏劑，形成的隔離膜較厚，不易破壞［9-10］；另一方面，由于弱親水基團末端具有電負性，可使包裹超稠油顆粒的隔離膜產(chǎn)生電性排斥作用，不易發(fā)生聚并。超稠油顆粒在介質(zhì)中呈穩(wěn)定分散狀態(tài)，體系黏度大幅下降［11］。

2.2 CVR用量對降黏效果的影響

CVR用量對降黏體系初始表觀黏度的影響見圖1。由圖1可見，當CVR用量小于0.3%（w）時，降黏體系分散不均勻，有結(jié)塊現(xiàn)象，降黏體系的初始表觀黏度大于500 mPa·s。增加CVR用量，降黏體系分散性逐漸變均勻，初始表觀黏度隨之降低。當CVR用量大于等于0.4%（w）時，超稠油降黏體系分散均勻，無結(jié)塊現(xiàn)象，表觀黏度小于200 mPa·s，降黏效果顯著。

圖1 CVR用量對降黏體系降黏效果的影響Fig.1 Efect of CRV concentration on the viscosity reduction of the ultra heavy oil.Emulsifcation conditions：m(oil)∶m(water)= 10∶3，50 ℃.

2.3 油水比對降黏效果的影響

油水比對降黏體系初始表觀黏度的影響見圖2。由圖2可見，當m（油）∶m（水）在10∶1～10∶3時，由于體系中水含量低，CVR與水無法形成足夠的隔離膜阻止超稠油顆粒之間的聚并，主要形成膏狀的降黏體系，超稠油顆粒之間仍然存在著一定的締合作用，初始表觀黏度較大。隨體系水含量的增加，超稠油降黏體系初始表觀黏度降低，此時超稠油顆粒表面基本形成帶有降黏劑的水膜，使其在水中可完全均勻分散。結(jié)合稠油集輸對整個體系表觀黏度的要求及CVR與水添加量對整體經(jīng)濟效益的影響，選取CVR用量為0.4%（w）、m（油）∶m（水）=10∶3較適宜。

圖2 油水比對降黏體系初始表觀黏度的影響Fig.2 Efect ofm(oil)∶m(water) on the initial apparent viscosity of the ultra heavy oil viscosity reduction system.Emulsifcation conditions：w(CVR)=0.4%，50 ℃.

2.4 超聲波對超稠油的輔助降黏效果

超聲波降黏作為稠油降黏的物理方法之一，主要是超聲波作用下產(chǎn)生的空化、機械、熱效應(yīng)使稠油發(fā)生顯著的物理、化學變化，增強不同介質(zhì)的混合效果，從而有效降低降黏體系的表觀黏度，改善其流動性［12-16］。超聲波對超稠油的輔助降黏效果見表3。從表3可看出：1）超聲波對單一的超稠油體系無降黏效果，說明現(xiàn)有超聲波作用下無法破壞或減弱九7區(qū)超稠油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)之間的分子作用力；2）在不加降黏劑的條件下，超聲波作用不能使超稠油與水混合成乳化體系。

表3 超聲波對超稠油的降黏效果Table 3 Efects of ultrasonic on the viscosity reduction system

攪拌與超聲波作用對超稠油降黏體系的影響見圖3。由圖3可知，攪拌與超聲波作用均可制備具有明顯降黏效果的超稠油降黏體系，表觀黏度均小于600 mPa·s，超聲波作用使超稠油與CVR具有更好的混合效果：一方面，超聲波作用30 s與攪拌1 min所制備的降黏體系的降黏效果基本一致，使超稠油與降黏劑水溶液混合效率提高了50%以上；另一方面，在超聲波作用條件下，CVR用量可降低25%（w）左右。由此可見，超聲波作用可大幅提高化學降黏效率，有效降低降黏成本。

2.5 超稠油降黏體系的穩(wěn)定性

九7區(qū)超稠油管道集輸相關(guān)參數(shù)見表4。從表4可知，日采出量按10～30 m3計，則井口采出液流速為2.09～6.27 m/min，在無任何增壓設(shè)備的條件下，超稠油勻速通過100～500 m管道所需時間約為16～240 min。

超稠油降黏體系的動態(tài)穩(wěn)定性見表5。由表5可知，超稠油降黏體系的初始表觀黏度均小于300 mPa·s。當體系溫度為50～90 ℃、模擬流速為2.09～6.27 m/min時，動態(tài)流動10 h，降黏體系的表觀黏度均小于300 mPa·s；在30 ℃下，動態(tài)穩(wěn)定性有所降低，但在模擬流速下，動態(tài)流動5 h，降黏體系的表觀黏度仍可保持在300 mPa·s以下。模擬實驗結(jié)果表明，超稠油降黏體系的動態(tài)穩(wěn)定性能滿足實際管輸需要。

圖3 攪拌與超聲波作用對超稠油降黏體系的影響Fig.3 Efects of stirring and ultrasonic on the viscosity reduction system. Emulsifcation conditions：m(oil)∶m(water)=10∶3，50 ℃.◆w(CVR) =0.3%；■w(CVR)=0.4%，stirring treatment 1 min；▲w(CVR)=0.3%，ultrasonic treatment 30 s

超稠油降黏體系的靜態(tài)穩(wěn)定性見表6。由表6可知，在30～90 ℃內(nèi)靜置5 h，降黏體系的表觀黏度小于300 mPa·s；靜置10 h，降黏體系的表觀黏度有所增加，但仍保持在600 mPa·s以下，體系分散均勻，能滿足非正常停電搶修的基本要求。

表4 九7區(qū)超稠油管道集輸相關(guān)參數(shù)Table 4 Transportation parameters of the ultra heavy oil from Xinjiang block 9-7

表5 超稠油降黏體系的動態(tài)穩(wěn)定性Table 5 Dynamic stability of the ultra heavy oil reduction system

表6 超稠油降黏體系的靜態(tài)穩(wěn)定性Table 6 Static stability of the ultra heavy oil reduction system

3 結(jié)論

1）活性大分子降黏劑（CVR）可有效降低新疆油田九7區(qū)超稠油表觀黏度，在CVR用量為0.4%（w）、m（油）∶m（水）=10∶3、超聲波輔助摻混30 s時制備的超稠油降黏體系的初始表觀黏度均小于300 mPa·s。

2）在模擬現(xiàn)場工況條件下，制備的超稠油降黏體系動、靜態(tài)穩(wěn)定性良好，能滿足短距離集輸?shù)膶嶋H要求。

3）超聲波作用使超稠油與降黏劑水溶液混合效率提高了50%以上，CVR用量降低了25%（w）左右，有效提高了超稠油的降黏效果。

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（編輯 平春霞）

日本開發(fā)異構(gòu)化烴類的有機鎂催化劑

Chem Eng，October 1，2015

自100多年前發(fā)現(xiàn)Grignard反應(yīng)以來，有機鎂化合物已成為在有機合成化學中非常重要的一類反應(yīng)物。這些化合物是強大且廉價的反應(yīng)物，可由金屬鎂和有機鹵化物容易地制備。在大多數(shù)應(yīng)用中，有機鎂化合物用作化學計量的反應(yīng)物，并且有關(guān)均相鎂催化反應(yīng)的報道很少。

日本大阪大學化學系Kazushi Mashima教授及同事最近發(fā)現(xiàn)，烷基鎂復(fù)合物承載單陰離子N，N-二齒配體能夠催化末端炔烴異構(gòu)化成為丙二烯，并進一步生成內(nèi)部炔烴。發(fā)現(xiàn)兩個異構(gòu)化步驟反應(yīng)機理的關(guān)鍵事件是C—H鍵的激活。從末端炔到丙二烯和進一步到內(nèi)部炔烴的反應(yīng)，通過臨時分開的自動串聯(lián)催化反應(yīng)進行，允許分離出丙二烯或內(nèi)炔烴，兩者都是研究者所期望獲得的。

這種有機鎂配合物由N，N-二烷基胺亞胺配體和二芐基通過亞胺基團的芐基化合成。當3-苯基-1-丙炔用作基質(zhì)時，在60 ℃下反應(yīng)18 h，這種鎂配合物催化3-苯基-1-丙炔時幾乎可完全轉(zhuǎn)化為苯丙氨酸。此外，通過使反應(yīng)混合物保持在60 ℃下，丙二烯被定量地轉(zhuǎn)化成1-苯基-1-丙炔。與此相反，簡單的烷基鎂化合物，如[Mg（CH2Ph）2（THF）2]和[Mg（CH2Ph）2（TMEDA）]，對兩步異構(gòu)化反應(yīng)均沒有活性。作為另一實例，在80 ℃下在甲苯中，3-芳-1-丙炔基質(zhì)，可分別轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的丙二烯類（高達89%）和內(nèi)炔烴（高達82%）。

用納米晶纖維素增強的聚丙烯

J Appl Polym Sci，September 10，2015

5種具有不同的相對分子質(zhì)量和酸值（AV）的不同牌號順丁烯二酸酐聚丙烯（MAPP） 在聚丙烯（PP）-納米晶纖維素（NCC）復(fù)合材料中被用作耦合劑。研究人員的主要目的是研究MAPP結(jié)構(gòu)（Mw，AV）和填料與耦合劑（F/C）比對力學性能的影響，以便找到在拉伸、彎曲和抗沖擊等方面的最佳力學性能。研究結(jié)果表明，Mw和AV都對力學性能有直接影響，兩者之間必須達到一個平衡來獲得最佳的性能。然而，無論MAPP結(jié)構(gòu)如何，在F/C=7.5/1下將獲得性能優(yōu)化改進。剪切流變數(shù)據(jù)顯示，在高MAPP含量下，MAPP可充當潤滑劑。示差掃描量熱法（DSC）和原子力顯微鏡（AFM）分析結(jié)果顯示，在NCC的存在下PP晶體的尺寸略有減小。研究結(jié)果顯示，力學性能的改善主要是和PP與NCC之間較好的附著力相關(guān)，就MAPP含量、Mw、AV以及加工（擠壓成型）條件而言，這是由于優(yōu)化耦合系統(tǒng)的原因。

Ultrasonic-assisted chemical viscosity reduction for Xinjiang block 9-7 ultra heavy oil

He Lipeng1，2，Ding Bin1，2，Geng Xiangfei1，2，Ding Wancheng3，Luo Jianhui1，2
（1. Research Institute of Petroleum Exploration & Development，Petrochina，Beijing 100083，China；2. Key Laboratory of Nano Chemistry，Petrochina，Beijing 100083，China；3. Xinjiang Oilfeld Branch Company，Petrochina，Karamay Xinjiang 834000，China）

A viscosity reduction system for ultra heavy oil from Xinjiang block 9-7 was prepared by using a self-made active macromolecule viscosity reducer combined with ultrasonic treatment. The effects of viscosity reducer concentration，oil-water ratio and ultrasonic treatment on the viscosity reduction system were investigated. The stability of the ultra heavy oil viscosity reduction system was studied. The results indicated that the active macromolecule viscosity reducer could be used in the viscosity reduction of the ultra heavy oil. Under the conditions of viscosity reducer concentration 0.4%(w)，oil-water volume ratio 10∶3 and ultrasonic treatment time 30 s，the apparent viscosity of the viscosity reduction system was kept less than 300 mPa·s. By the ultrasonic treatment，the mixing efciency of the ultra heavy oil and the viscosity reducer solution could improve by more than 50% and the viscosity reducer dosage could decrease by about 25%(w). Under simulated oil feld conditions，the viscosity reduction system showed good dynamic and static stability.

ultra heavy oil；chemical viscosity reduction；viscosity reducer；ultrasonic

1000 - 8144（2016）01 - 0097 - 05

TQ 357.46

A

10.3969/j.issn.1000-8144.2016.01.017

2015 - 08 - 21；［修改稿日期］2015 - 10 - 12。

賀麗鵬 （1981—），男，山西省長治市人，博士生，工程師，電話 010 - 83595500，電郵 helipeng@petrochina. com.cn。聯(lián)系人：丁彬，電話 010 - 83597979，電郵 dingb@petrochina.com.cn。

國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”資助項目（2011ZX05032-003）。