稠油乳化降粘研究進展

衣哲（中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司石油工程技術研究院，山東 東營257000）

我國稠油油藏儲量豐富。陸上稠油資源占石油總儲量的百分之二十左右，預測稠油資源儲量198×108t[1]。隨著常規(guī)油藏不斷開發(fā)，如何提高稠油油藏采收率逐漸得到更廣泛的關注。目前開采稠油油藏的常規(guī)技術主要是熱開采技術、物理摻稀油技術和化學降粘技術。熱開采技術耗能大，成本高。摻稀油技術受稀油來源和摻入稀油量的制約?；瘜W降粘技術投資少，工藝簡單，具有廣闊前景。

1 乳化降粘機理

目前乳化降粘機理主要有三方面：一是乳液反轉機理。由于原油中含有膠質、瀝青質等天然表面活性物質，原油與水容易形成油包水乳狀液。根據Richarson 公式，μ=μ0kφ（式中，μ為乳狀液粘度，μ0為外相粘度，φ為內相所占體積分數；K為常數）可知，乳狀液粘度受連續(xù)相粘度影響較大。由于W/O乳狀液中連續(xù)相為油相，其粘度隨含水量的增加呈指數增長規(guī)律，因此W/O 乳狀液粘度一般遠大于原油粘度。同理，受水相粘度影響，O/W乳液粘度遠低于原油粘度。乳化降粘技術主要機理是通過將W/O 乳狀液變?yōu)镺/W 乳狀液實現稠油降粘的目的。通過外加表面活性劑使W/O型乳狀液反轉為O/W型乳狀液，使連續(xù)相由油相變?yōu)樗啵档统碛土鲃幼枇?，達到大幅度降低稠油粘度的目的[2]。

此外，近年研究發(fā)現水溶性降粘劑也可以通過氫鍵作用，滲入瀝青質的片狀分子中，降低瀝青質的有序程度，同時降粘劑分子較長的主碳鏈具有較好的延展性和屏蔽作用，阻礙片狀分子的聚集，起到降低稠油粘度的作用。

隨著乳化降粘機理研究的不斷深化，界面張力與乳化能力的關系得到更多關注。一般認為，界面張力越低乳化能力越好。但是近期有研究表明，界面張力與乳化能力不存在簡單的對應關系。乳化速率、界面張力和采收率之間的定量關系應該是今后乳化降粘機理研究的一個重要方向。

2 乳化降粘研究進展

國外從二十世紀六十年代開始研究稠油乳化降粘技術，二十世紀九十年代，國內開始研究稠油乳化降粘技術。目前在多個方面已經取得了較大的進展。

2.1 新型表面活性劑的研發(fā)

表面活性劑是乳化降粘劑的主要成分，大致可分為陰離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑、陰非表面活性劑以及其他類型表面活性劑。

(1)陰離子型表面活性劑

陰離子表面活性劑具有來源廣、活性高以及耐高溫等優(yōu)勢。其中磺酸鹽類陰離子表面活性劑用于降粘效果較好。十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉和烷基苯磺酸鹽用的也比較多。為提高硫酸鹽的耐溫抗鹽性能將含烷氧基鏈節(jié)引入硫酸鹽表面活性劑形成含烷氧基鏈節(jié)的硫酸鹽表面活性劑。該類表面活性劑不僅耐溫抗鹽而且降粘效果優(yōu)良，同時可以通過調節(jié)烷氧基鏈節(jié)數使降粘劑能夠適應不同礦化度的地層水[3]。

此外，將稠油進行磺化處理或者提取石油酸制成石油酸鹽具有較好的稠油降粘性能和較低成本，具有廣闊的應用前景。但陰離子表面活性劑容易與油藏中的陽離子反應，降低乳化降粘效果。

(2)非離子表面活性劑

在高溫條件下非離子表面活性劑與原油形成的O/W 乳狀液容易破乳，有效降低后續(xù)乳狀液的處理成本。目前，直鏈烷基酚聚氧乙烯醚是發(fā)展方向。非離子降粘劑中，脂肪醇聚氧乙烯醚發(fā)展最快，但脂肪醇聚氧乙烯醚很少單獨用來乳化降粘，一般與其他用劑復配使用。聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚是利用環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷制備而成，稠油降粘率高于90%，但是存在成本高、不穩(wěn)定等問題[4]。

(3)陰非表面活性劑

目前常用的陰-非離子乳化降粘劑主要是烷基酚聚氧乙烯醚硫酸酯鈉鹽和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯鈉鹽。為拓展乳化降粘劑應用范圍，提高降粘劑的耐溫性能，科研工作者進行了大量工作。有研究曾報道用聚氧乙烯二十醇醚磺酸鹽、聚氧乙烯酚醛樹脂膦酸鹽等陰非離子兩性表面活性劑作稠油降粘劑，可耐高溫300-320℃，但合成工藝復雜,成本較高[5]。

(4)復配表面活性劑

常用高效復配降粘劑以烷基磺酸鹽、烷基酚聚乙烯醚、其他添加劑等復配而成，具有降粘效率高、與破乳劑配伍性好等優(yōu)點。但是復配表面活性劑需要確保有效發(fā)揮各組分的協同效應，注意避免“色譜分離”現象的發(fā)生，同時也要考慮對高粘原油的適應性以及表面活性劑間的配伍性等問題。

(5)陽離子表面活性劑

陽離子型乳化降粘劑多為季銨鹽型表面活性劑。由于陽離子降粘劑容易與帶負電荷地層作用，消耗量過大，所以使用較少。

(6)其他類型降粘劑

雙極性基表面活性劑雙極性基分子同時具有兩條疏水鏈、兩個親水基團和一條聯接基團。聯接基團要么直接聯接親水基團，要么在離親水基團很近的位置聯接兩條疏水鏈。雙極性基表面活性劑分子的特殊結構使其表現出很高的表面活性、良好的溶解性和殺菌性能，是一種新型可用于稠油降粘的表面活性劑體系。但是高成本限制雙極性基表面活性劑的大規(guī)模應用。

2.2 稠油乳化降粘技術

(1)乳化降粘與摻稀稠油結合技術。

稠油摻稀技術能夠降低原油粘度，但存在稀油需求量大、整體價值被拉低等問題。將乳化降粘技術與摻稀稠油技術有機結合，實現優(yōu)勢互補是一條不錯的思路。先采用摻稀技術使稠油粘度有所降低，再使用乳化降粘技術實現大幅度降低稠油粘度的目的。有研究者曾針對輪古油田稠油條件，采用水基降粘劑乳化與摻稀稠油結合技術，成功地將摻稀稠油粘度從31600mPa·s降至低于400mPa·s，取得較好的開發(fā)效果[6]。

(2)熱采與化學復合降粘技術

該項技術主要是使降粘劑伴隨蒸汽一起注入地層，在地層中同時進行熱降粘與乳化降粘，大幅度降低稠油粘度。這項技術關鍵是研制高效耐高溫降粘劑。針對勝利油田的稠油油藏開展伴蒸汽注入降粘劑技術研究。研究結果表明，伴蒸汽注入技術能夠明顯降低開發(fā)初期注汽壓力，提高驅油效率，降低含水率[7]。

另一項熱采與化學復合降粘技術是稠油化學吞吐技術。主要是將稠油降粘劑加熱到預定溫度，從生產井注入地層并頂替至地層深部，然后關井一定時間后開井生產。該項技術主要從原油加熱、乳化降粘和提高洗油能力方面大幅度降低稠油粘度。

(3)自乳化降粘技術

針對油層厚度薄、滲透率低等特殊油藏條件，普通乳化降粘技術很難得到較好的開發(fā)效果。自乳化降粘技術為解決該問題提供了一條新思路。該項技術在無外界做功的條件下即可將原油乳化成O/W乳液，其乳液粒徑小于多孔介質孔喉。乳狀液液滴可以在無毛管力作用條件下通過多孔介質，降低稠油乳狀液滲流阻力，提高采收率。

(4)摻污水技術

一般稠油以W/O形式存在，這大大增加了稠油粘度。根據“最佳密堆積理論”，對于理想模型含水高于74.02%時即可將W/O 乳液轉變?yōu)榉€(wěn)定的O/W 乳液。雖然實際乳液乳化反向點不一定是74.02%，但是對于特定乳狀液，當含水達到某值后就可以成為穩(wěn)定的O/W乳液。該技術無需外加表面活性劑，但是存在摻水量大，摻水溫度高，腐蝕管線設備、容易結垢等問題[8]。

(5)類乳化降粘技術

類乳化降粘技術將油溶性降粘劑、乳化劑和其他添加劑配成乳狀液注入井筒，當降粘劑破乳后油溶性降粘劑通過重新建立氫鍵的方式破壞膠質、瀝青質原有聚集結構，達到初步降粘的目的。在水溶性降粘劑的作用下，初步降粘后的稠油形成介于O/W和W/O之間的乳狀液形態(tài)，實現進一步大幅度降低稠油粘度的目的。該技術具有乳化劑用量極少、攜帶水量少，降粘效率高、乳液穩(wěn)定性不強等特點[9]。

3 乳化降粘存在問題

乳化降粘技術具有降粘效率高、生產成本低等優(yōu)勢，但是該項技術仍然存在許多缺點：①稠油采出后破乳困難、乳液處理成本高；②摻水量大，至少30%以上。對于超稠油則超過50%，加大了后續(xù)污水處理負擔，使處理工藝難度增加；③稠油組分差異導致降粘配方通用性較差；④O/W乳狀液的腐蝕問題不容忽視；⑤降粘劑的抗溫、抗鹽的能力有限。即使效果較好，但成本比較高、不經濟[10]。

此外，乳化降粘機理方面還有很多問題需要深入研究，如稠油組成對乳化降粘效果的影響；乳化降粘劑結構與其性能的關系等都是今后乳化降粘方向研究的重要內容。

隨著原油需求的增長和油田開發(fā)技術的發(fā)展，需要開發(fā)條件更為復雜的油藏，這對稠油乳化降粘劑提出了更高的要求。不僅能達到超低界面張力還要具備抗礦鹽、耐高溫、低成本等特征。因此，研究廉價的耐鹽、耐高溫的降粘劑仍然是今后乳化降粘技術的重要發(fā)展方向。

4 結語

（1）近年稠油乳化降粘領域研究得到長足進步。

（2）根據實際礦場需求，乳化降粘劑的研發(fā)方向主要是耐溫抗鹽性能以及低成本高效率。

（3）針對實際油藏條件，采用多項稠油降粘技術結合的方式大幅度降低稠油粘度，達到提高產量和經濟效益的目的。