新型乳化劑用于江蘇油田高含蠟原油采輸?shù)膶?shí)驗(yàn)研究

楊付林，呂紅梅，余曉玲，康玉陽(yáng)，鄭國(guó)斌，崔永亮

(1.廣西高校北部灣石油天然氣資源有效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，欽州學(xué)院石油與化工學(xué)院，廣西 欽州 535011；2.中國(guó)石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225009;3.中國(guó)石化江蘇油田分公司采油一廠(chǎng)，江蘇 揚(yáng)州 225265；4. 中國(guó)石化江蘇油田分公司采油二廠(chǎng)，江蘇 淮安 211600)

新型乳化劑用于江蘇油田高含蠟原油采輸?shù)膶?shí)驗(yàn)研究

楊付林1，呂紅梅2，余曉玲2，康玉陽(yáng)3，鄭國(guó)斌4，崔永亮2

(1.廣西高校北部灣石油天然氣資源有效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，欽州學(xué)院石油與化工學(xué)院，廣西 欽州 535011；2.中國(guó)石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225009;3.中國(guó)石化江蘇油田分公司采油一廠(chǎng)，江蘇 揚(yáng)州 225265；4. 中國(guó)石化江蘇油田分公司采油二廠(chǎng)，江蘇 淮安 211600)

江蘇油田高含蠟原油，在開(kāi)采及集輸過(guò)程中，由于流動(dòng)性差、結(jié)蠟嚴(yán)重，影響油田的正常生產(chǎn)。利用DT區(qū)塊原油樣品，進(jìn)行了新型乳化劑體系ZX-2的防蠟降黏及對(duì)后續(xù)生產(chǎn)影響的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，ZX-2在含水40%條件下，降黏率大于75%，靜屈服值下降了34.8%，防蠟率大于86%，具有較好的降黏防蠟效果；當(dāng)采出液中加入ZX-2時(shí)，原油后續(xù)脫水不受影響。這種乳化劑體系在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得較好效果。

O/W型乳化劑 高含蠟原油 開(kāi)采 集輸

中國(guó)主要油田生產(chǎn)的原油含蠟量都比較高，一般在15%～37%，個(gè)別高達(dá)40%以上[1]。高含蠟原油在采油管柱、集輸管線(xiàn)、地面設(shè)施易出現(xiàn)嚴(yán)重的蠟沉積問(wèn)題，導(dǎo)致油井產(chǎn)量下降、管輸壓力增大，嚴(yán)重時(shí)造成停產(chǎn)和管線(xiàn)堵塞。因此，清防蠟是高含蠟原油開(kāi)采中流動(dòng)安全保障策略的一個(gè)關(guān)鍵因素。目前國(guó)內(nèi)外油田主要的方法是加溫(用熱水、熱油、電加熱等)或摻入一部分稀油，使原油變?yōu)榈宛ぁ⒌湍鸵院笤匍_(kāi)采和集輸[2-3]，采用這兩種方法的成本都很高?；瘜W(xué)方法則相對(duì)比較簡(jiǎn)單、成本低，由于清蠟的難度大、成本高，目前主要側(cè)重防蠟。主要的防蠟劑有稠環(huán)芳香烴型、高分子型、表面活性劑型三大類(lèi)[4]。2008年，大慶在對(duì)高含蠟原油采用摻熱水伴熱輸送、油井頻繁熱洗、采用多種清防蠟劑等措施均無(wú)效的情況下，王德民提出了“擬乳狀液”概念[5]，指出含水原油中加入原油流動(dòng)性改進(jìn)劑后，由油包水型(W/O)乳狀液變成適度穩(wěn)定性的水包油型(O/W)乳狀液，其流動(dòng)性得到改善，而原油的性質(zhì)沒(méi)發(fā)生改變。當(dāng)O/W型乳狀液靜止時(shí)油水自然破乳分層，利于在集中處理站進(jìn)行油水分離。截止2010年底，該方法已經(jīng)在大慶油田的819口井上使用8年，在大慶以外的油田也試驗(yàn)了100多口井，有一些井的原油黏度超過(guò)20 000 mPa.s，都取得了很好的效果。

江蘇油田已開(kāi)發(fā)的34個(gè)油田中有23個(gè)(占67.6%)存在嚴(yán)重的結(jié)蠟現(xiàn)象。通常采用加清防蠟劑、熱洗和抽油桿電加熱方式。抽油桿電加熱井普遍存在檢泵周期短、桿斷脫嚴(yán)重、電耗大、成本高等問(wèn)題。為了節(jié)能減排及降本增效，利用DT區(qū)塊原油樣品，進(jìn)行了新型乳化劑體系ZX-2的防蠟降黏及對(duì)后續(xù)生產(chǎn)影響的實(shí)驗(yàn)，探索一種高含蠟原油高效開(kāi)采和集輸?shù)牡统杀痉椒ā?/p>

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)材料及儀器和方法

1.1.1實(shí)驗(yàn)材料及儀器

(1)實(shí)驗(yàn)材料

原油和水樣取自江蘇油田DT區(qū)塊。在常壓下測(cè)量原油樣的物理性質(zhì)(見(jiàn)表1)。原油的凝固點(diǎn)為40℃，蠟含量為21.13%，屬于高含蠟高膠質(zhì)原油。地層鹽水取自油井的采出水。首先用2.5 μm孔徑濾網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾，然后，分析其離子成分(見(jiàn)表1)。根據(jù)其成分，在室內(nèi)人工配制實(shí)驗(yàn)用水。

表1 DT區(qū)塊原油和產(chǎn)出水的物理化學(xué)性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)用乳化劑體系ZX-2由江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院研制，有機(jī)氯含量為0，有效成分含量不低于40%，1%水溶液pH值7～9，無(wú)沉淀，不渾濁，使用溫度不高于150℃，其主劑為非離子表面活性劑。NaCl、MgCl2和CaCl2均為化學(xué)純?cè)噭?，?guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

(2)實(shí)驗(yàn)儀器

HaakeRS6000型流變儀，賽默飛世爾科技有限公司；Nikon 80i/90i型正置顯微鏡，日本尼康株式會(huì)社；空氣恒溫震蕩器，姜堰市儀器分析廠(chǎng)；OCA20型視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x，德國(guó)Dataphysics公司。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)方法

(1)結(jié)蠟率測(cè)試方法

為了測(cè)定油井采出液在井筒和集輸管線(xiàn)流動(dòng)過(guò)程中的結(jié)蠟規(guī)律，參考石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SY/T6300—2009》[6]，根據(jù)油田實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)，通過(guò)稱(chēng)量原油在鋼制實(shí)驗(yàn)瓶上的掛壁重量來(lái)衡量結(jié)蠟率。

實(shí)驗(yàn)步驟：①首先對(duì)鋼制空瓶進(jìn)行稱(chēng)重，然后加入適量的原油、模擬采出水和藥劑，充分震蕩后配制成不同含水率的實(shí)驗(yàn)樣品；②將配制的采出液樣品放入80℃搖床內(nèi)震蕩30 min，邊攪拌邊降溫至預(yù)設(shè)溫度，降溫速率為1.0℃/min，恒溫2 min；③利用旋轉(zhuǎn)倒杯儀將采出液樣品邊旋轉(zhuǎn)邊緩慢均勻倒出，倒空5 min后稱(chēng)重，實(shí)驗(yàn)瓶與空瓶重量相減得到掛壁原油的重量。

(2)破乳能力測(cè)試方法

測(cè)試方法按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SY/T5281—2000》[7]。實(shí)驗(yàn)步驟：①向帶有刻度的比色管中加入適量的原油、模擬采出水和藥劑，充分震蕩后配制成不同含水率的實(shí)驗(yàn)樣品；②將在50℃下?lián)u床內(nèi)充分震蕩30 min后，恒溫靜置5 min，記錄瓶?jī)?nèi)分出水相的體積和水的顏色，評(píng)價(jià)藥劑破乳能力。

(3)油珠聚并溫度測(cè)定[8]

測(cè)試步驟如下：①在燒杯中放入磁力攪拌棒；②加入適量的原油、模擬采出水和藥劑；③將燒杯放在磁力攪拌器上，加熱，并在最大轉(zhuǎn)數(shù)下進(jìn)行攪拌；④油水混合物均勻后，將燒杯轉(zhuǎn)移到另外一臺(tái)磁力攪拌器上進(jìn)行動(dòng)態(tài)攪拌降溫，記錄開(kāi)始油珠開(kāi)始聚并時(shí)的溫度即為油珠聚并溫度。

1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

ZX-2乳化劑體系可使采出液形成適度穩(wěn)定的O/W型乳狀液，顯著降低含水原油的表觀(guān)黏度，在相對(duì)靜止時(shí)，O/W型乳狀液自然破乳，不影響后續(xù)脫水。主要的防蠟機(jī)理：①表面活性劑在金屬管壁上吸附，形成親水膜，一方面降低了管壁的摩阻，另一方面抑制了蠟和凝油在管壁上的沉積；②在O/W型乳狀液中，表面活性劑在油珠表面的吸附，抑制了油珠的聚并，降低了油珠的聚并溫度，對(duì)O/W型乳狀液在原油凝點(diǎn)下具有穩(wěn)定作用，從而降低了凝油的形成溫度[5，8]。為了研究ZX-2對(duì)含水原油流變性、油珠聚并溫度、靜屈服值、防蠟、潤(rùn)濕性、后續(xù)脫水等性能的影響及消除油水比的影響，選定含水原油的油水比為60/40。由于油水乳狀液是熱動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定的，實(shí)驗(yàn)所用的油水乳狀液均為新配制，在沒(méi)有發(fā)生相態(tài)變化和明顯的凝結(jié)前使用。

1.2.1 含水原油流變性

在溫度范圍60～20℃內(nèi)，利用HaakeRS6000型流變儀測(cè)定含水原油流變性(如圖1所示)?？梢钥闯?，在相同溫度下，加入ZX-2后，含水原油的黏度明顯降低，降黏率大于75%，含水原油流變性得到改善。

圖1 加ZX-2乳化劑前后含水原油黏溫曲線(xiàn)

1.2.2 油珠的聚并溫度

油珠的聚并溫度是用來(lái)評(píng)價(jià)在低溫下O/W型原油乳狀液穩(wěn)定性的指標(biāo)。將配制的原油乳狀液放在燒杯中，在動(dòng)態(tài)攪拌降溫下，記錄油珠聚并時(shí)的溫度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，隨著乳化劑體系ZX-2濃度的增加，油珠的聚并溫度下降，當(dāng)ZX-2濃度增至1 000 mg/L時(shí)，油珠的聚并溫度降低到32℃，再增加ZX-2濃度，油珠的聚并溫度不變。因此，加入乳化劑ZX-2可以使含水原油的輸送溫度降低3～5℃，可以大幅度降低輸送管線(xiàn)的熱耗。

圖2 含水原油聚并溫度與加劑濃度變化關(guān)系

1.2.3 靜屈服值

靜屈服值在一定程度反映了管線(xiàn)停輸再啟動(dòng)壓力的大小。乳化劑體系ZX-2濃度為1 000 mg/L，在20℃下測(cè)得含水原油的靜屈服值如圖3所示。

圖3 加ZX-2乳化劑前后含水原油靜屈服值(20℃)

從圖3可以看出，加入乳化劑體系ZX-2后，含水原油的靜屈服值由1 239.8 Pa降至808.2 Pa，下降幅度34.8%，且到達(dá)靜屈服值的時(shí)間縮短了7 min。顯示加入乳化劑ZX-2后，因停輸形成的蠟晶空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較弱，用較小的啟動(dòng)壓力就可以使含水原油流動(dòng)起來(lái)。

1.2.4 防蠟性能

在溫度30℃、40℃和60℃，乳化劑體系ZX-2濃度為1 000 mg/L下，測(cè)量加入ZX-2的含水原油的防蠟率，結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，在30～60℃溫度范圍內(nèi)，乳化劑體系ZX-2具有較好的防蠟效果，隨著溫度的降低，防蠟效果越好。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因：一方面，隨著溫度的升高，ZX-2在金屬管壁形成親水膜能力減弱，O/W型乳狀液形成更加困難，趨于減少黏壁量減少率；另一方面，隨著溫度的升高，采出液中蠟晶的沉積也越來(lái)越難，管壁上沉積的蠟量減少，趨于降低黏壁量減少率。

圖4 加ZX-2乳化劑后含水原防蠟率與溫度關(guān)系

1.2.5 潤(rùn)濕性

溫度為50℃，乳化劑體系ZX-2濃度為800 mg/L條件下下，測(cè)量加入ZX-2的含水原油在N80鋼片上潤(rùn)濕性，結(jié)果如圖5所示。

圖5 加ZX-2乳化劑前后含水原油潤(rùn)濕角變化

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在地層水中，原油的接觸角為80.34°；在ZX-2濃度為800 mg/L溶液中，原油的接觸角為63.25°?？梢钥闯?，加入ZX-2，N80鋼片的潤(rùn)濕性由中間潤(rùn)濕向親水性轉(zhuǎn)變。這說(shuō)明ZX-2在N80鋼片表面形成了親水膜。

1.2.6 脫水能力

為了考察加入乳化劑體系ZX-2對(duì)后續(xù)脫水處理的影響，在溫度為50℃，乳化劑體系ZX-2濃度為1 000 mg/L的條件下，開(kāi)展了不同含水率的原油脫水實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，與空白樣相比，在30%～90%含水率下，加入ZX-2有助于后續(xù)原油的脫水。

表2 ZX-2對(duì)原油脫水的影響

圖6 加劑前后功圖變化

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

截至2017年4月底，新型乳化劑體系ZX-2在江蘇油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用7井次，取得較好的應(yīng)用效果。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)主要用于兩種場(chǎng)景：井筒降黏和短距離管線(xiàn)輸送。

2.1 井筒降黏

在X5-29、X5-4、X5-7、X5-12等井應(yīng)用4井次，加入ZX-2乳化劑后，停用電加熱桿加熱，生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定。X5-29井井口回壓由1.4 MPa降到0.9 MPa，抽油機(jī)最大載荷由84.8 kN降到76.7 kN，采出液的流動(dòng)性得到改善(見(jiàn)圖6)。對(duì)比兩種生產(chǎn)方式，每年可以節(jié)約16.1萬(wàn)元(見(jiàn)表3)。

表3 措施效果對(duì)比

注：耗電量為540 kW·h/d，電價(jià)為1.041元/kW·h，加藥量10 kg/d，乳化劑價(jià)格為1.2萬(wàn)元/t

2.2 管線(xiàn)輸送

F19和F13兩口油井共用同一集輸管線(xiàn)，到F5中轉(zhuǎn)站距離為800 m。試驗(yàn)前存在的問(wèn)題：①清蠟困難：由于原油物性差、黏度大、地層壓力低，無(wú)法進(jìn)行熱洗清蠟；②解堵作業(yè)頻繁：因管線(xiàn)壓力高，平均20天左右須對(duì)這段管線(xiàn)進(jìn)行掃線(xiàn)解堵，否則無(wú)法正常生產(chǎn)；③熱能耗大：采用熱水伴熱的方式，每天需要消耗原油0.3～0.4 t。

2016年8月1日開(kāi)始在F13和F19井試驗(yàn)。試驗(yàn)前后的井口回壓變化情況如圖7所示。

圖7 加ZX-2乳化劑前后井口回壓變化曲線(xiàn)

從圖7可以看出，加劑后，連續(xù)運(yùn)行9個(gè)月，掃線(xiàn)解堵1次，取得較好效果?，F(xiàn)場(chǎng)跟蹤取樣，測(cè)量加藥劑前后采出液的黏溫曲線(xiàn)(圖8)上可以看出，加劑后，在40～60℃范圍內(nèi)，降黏率達(dá)80%以上，析蠟點(diǎn)降低3℃以上。

3 結(jié)論

(1)對(duì)于含水40%的DT油田模擬采出樣品，ZX-2具有較好的降黏防蠟效果，在30℃下，防蠟率為92%。

(2)加入ZX-2，形成O/W型乳狀液，使油珠的聚并溫度下降3～5℃；在N80鋼表面形成水膜，可阻止蠟晶的沉積；在含水率30%～90%下，有助于后續(xù)原油的脫水。

(3)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，井口加入乳化劑體系ZX-2，抽油桿電加熱井可以停用電加熱，短距離集輸管線(xiàn)(≤800 m)管輸壓得到有效降低，是一種高含蠟原油高效開(kāi)采和集輸?shù)牡统杀痉椒ā?/p>

圖8 加ZX-2乳化劑前后采出液的黏溫曲線(xiàn)

[1] 陳剛，張潔.原油流動(dòng)性改進(jìn)劑研究進(jìn)展[J].天然氣與石油，2013，31(2):1-5.

[2] R Martinez-Palou，MDL Mosqueira，B Zapata-Rendon，et al. Transportation of Heavy and Extra-heavy Crude Oil by Pipeline: A review [J]. Journal of Petroleum Science & Engineering，2011 ， 75 (3-4) :274-282 .

[3] P Gateau，I Henaut，L Barre，et al. Heavy Oil Dilution [J]. Oil & Gas Science & Technology，2004，59(5):503-509.

[4] NE Mehbad.Efficiency of amphoteric surfactants as flow improvers and pour point depressants [J]. Journal of Power & Energy Engineering， 2013 ， 01 (5) :90-94.

[5] 王德民.強(qiáng)化采油方面的一些新進(jìn)展[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，34(5):3-7.

[6] 大慶油田工程有限公司.SY/T6300-2009采油用清、防蠟劑技術(shù)條件[S].北京:石油工業(yè)出版社，2010.

[7] 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司遼河石油勘探局勘察設(shè)計(jì)研究院.SY/T5281-2000原油破乳劑使用性能檢測(cè)方法(瓶試法)[S].北京:石油工業(yè)出版社，2001.

[8] 吳迪，張瑞泉，林森，等.高含水開(kāi)發(fā)期石蠟基原油低溫集油化學(xué)劑的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用[C]//.中國(guó)石油天然氣股份有限公司油氣田開(kāi)發(fā)技術(shù)座談會(huì)論文集.北京:中國(guó)石油天然氣股份有限公司，2004.

A new type emulsifier for production and transportation of high waxy crude oil in Jiangsu oilfield

Yang Fulin1, Lyu Hongmei2, Yu Xiaoling2, Kang Yuyang3,Zheng Guobin4, Cui Yongliang2

(1.GuangxiCollegesandUniversitiesKeyLaboratoryofBeibuGulfOilandNaturalGasResourceEffectiveUtilization,CollegeofPetroleumandChemicalEngineering,QinzhouUniversity,Qinzhou535011,China;2.PetroleumEngineeringTechnologyResearchInstituteofJiangsuOilfieldCompany,SINOPEC,Yangzhou225009,China;3.No.1OilProductionPlantofJiangsuOilfieldCompany,SINOPEC,Yangzhou225265,China;4.No.2OilProductionPlantofJiangsuOilfieldCompany,SINOPEC,Huai’an211600,China)

Flowablity and severe wax deposition can affect normal running during production and transportation of high waxy crude oil in Jiangsu Oilfield. Using crude oil samples taken from DT block in Jiangsu Oilfield, it was carried out performance tests of a new type emulsifier, ZX-2. Results showed that adding the ZX-2 into production fluid with an average water-cut of 40%, the viscosity and static yield stress of the production fluid were respectively reduced by more than 75% and 34.8%, having the wax reduction rate of more than 86%. So the ZX-2 was good at reducing viscosity and anti-wax deposition. Meanwhile, adding the ZX-2 was benefits for the oil-water separation. The type emulsifier system was successfully applied in Jiangsu Oilfield.

oil-in-water type emulsifier; high waxy crude oil; production; transportation

TE39

A

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.03.017

2017-05-16；改回日期：2017-07-18。

楊付林(1972—)，博士，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事提高原油采收率及常溫輸送方面的研究。E-mail：fulinyang@sinal.com。

科研項(xiàng)目：中國(guó)石化江蘇油田分公司(JS16026)；廣西高校北部灣石油天然氣資源有效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)基金資助(2017KLOG17)

(編輯 韓 楓)