采輸用新型流動(dòng)改進(jìn)劑的研究與應(yīng)用

呂紅梅，余曉玲，鞏佳語

中國(guó)石油化工股份有限公司江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院，江蘇揚(yáng)州225001

江蘇油田有大量高黏度、高凝點(diǎn)、高含蠟的“三高”原油，在其采出舉升和集輸過程中，由于原油黏度大、凝固點(diǎn)高，極易造成油井井口回壓高、管輸阻力大而影響正常生產(chǎn)［1］。各油田常用的解決方法是物理升溫或摻入一部分稀油使原油變?yōu)榈宛?、低凝油。由于物理方法成本過高，因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開發(fā)了多種類型的流動(dòng)改進(jìn)劑以改善原油流動(dòng)性，包括防蠟劑、降凝劑、降黏劑、減阻劑等，在室內(nèi)研究和工業(yè)應(yīng)用中均取得了一定的成效，但仍存在作用機(jī)制單一、適應(yīng)范圍較窄及成本較高等問題［2］。

基于此，本研究采用流動(dòng)改進(jìn)劑使油、水兩相形成“擬乳狀液”，即運(yùn)動(dòng)時(shí)表現(xiàn)出乳狀液的特點(diǎn)，靜止時(shí)水包油（O/W）型乳狀液自然破乳，不影響后續(xù)脫水，以提高油田的采油輸油效率，降低能耗。

1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

1.1 材料

原油和水樣取自江蘇油田Z13、X5、M20 區(qū)塊。原油黏度為194.17～258.50 mPa·s，凝固點(diǎn)為38 ℃，蠟含量為13.67%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），屬于高凝、高膠質(zhì)稠油。Z13 區(qū)塊地層水取自油井的采出水，分析其離子成分，結(jié)果見表1。

表1 Z13區(qū)塊地層水的離子組成分析

實(shí)驗(yàn)用流動(dòng)改進(jìn)劑為中石化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≥40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）水溶液pH 7～9，無沉淀，不渾濁，使用溫度≤150 ℃，其主劑為非離子表面活性劑。

NaCl、MgCl2和CaCl2均為化學(xué)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

HH-6 型數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州國(guó)華電器有限公司；IKA-2000 型攪拌器，廣州儀科實(shí)驗(yàn)室技術(shù)有限公司；哈克RS6000 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。

2 結(jié)果與討論

2.1 降低原油轉(zhuǎn)相點(diǎn)

若油包水（W/O）型乳狀液中含水率升高到某一值，乳狀液會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)樗停∣/W）型乳狀液，該值稱之為轉(zhuǎn)相點(diǎn)，轉(zhuǎn)相點(diǎn)處乳狀液表觀黏度最大［3-5］。在油井井筒或者集輸管道中加入流動(dòng)改進(jìn)劑可降低原油乳狀液轉(zhuǎn)相點(diǎn)的含水率，提前形成具有適度穩(wěn)定性的O/W 型原油乳狀液或擬乳狀液，顯著降低含水原油的表觀黏度［3］。

2.1.1 剪切狀態(tài)下的轉(zhuǎn)相點(diǎn)

配制不同含水率的原油乳狀液，實(shí)驗(yàn)溫度50 ℃，流動(dòng)改進(jìn)劑加入量1 000 mg/L，利用RS6000型流變儀（剪切速率7.34 s-1），測(cè)試原油擬乳狀液加入流動(dòng)改進(jìn)劑前后的黏度，結(jié)果如圖1所示。

圖1 剪切狀態(tài)下流動(dòng)改進(jìn)劑對(duì)轉(zhuǎn)相點(diǎn)的影響

由圖1可知：未加入流動(dòng)改進(jìn)劑時(shí)，55%含水率時(shí)原油黏度為1 750 mPa·s；加入流動(dòng)改進(jìn)劑后，40%含水率時(shí)原油黏度下降至508.3 mPa·s，轉(zhuǎn)相點(diǎn)含水率下降15%，降黏率超過70%，顯著降低原油乳狀液轉(zhuǎn)相點(diǎn)的含水率和含水原油的表觀黏度。

2.1.2 模擬管輸狀態(tài)下的轉(zhuǎn)相點(diǎn)

利用盤管式原油阻力測(cè)定裝置，測(cè)試不同含水率條件下原油乳狀液的輸送壓降［6］，繪制壓降與含水率關(guān)系曲線，結(jié)果如圖2所示。

圖2 模擬管輸狀態(tài)下流動(dòng)改進(jìn)劑對(duì)轉(zhuǎn)相點(diǎn)的影響

由圖2 可知：未加入流動(dòng)改進(jìn)劑時(shí)，轉(zhuǎn)相點(diǎn)的含水率為55%；加入1 000 mg/L 流動(dòng)改進(jìn)劑后，轉(zhuǎn)相點(diǎn)含水率下降至40%，流動(dòng)阻力下降74%。此結(jié)果與靜態(tài)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一致。

2.2 改善油水流變性

采用RS6000流變儀，研究不同溫度條件下加入流動(dòng)改進(jìn)劑前后原油乳狀液的流變性，油水比為7∶3［7-9］，結(jié)果如圖3所示。

圖3 流動(dòng)改進(jìn)劑加入前后原油黏度-溫度曲線

由圖3 可知：加入流動(dòng)改進(jìn)劑后，原油黏度顯著降低，原油流動(dòng)性改善，低溫區(qū)間的降黏效果更加突出；當(dāng)溫度低于35 ℃，降黏率高于99%，效果明顯高于高溫度條件的降黏率。

2.3 降低原油結(jié)蠟量

原油流動(dòng)改進(jìn)劑作用的機(jī)制之一就是在井筒和集油管線內(nèi)形成親水膜，減小管壁摩擦阻力，使原油易于流動(dòng)。為了進(jìn)一步模擬現(xiàn)場(chǎng)，量化結(jié)蠟量，因此測(cè)試Z13 區(qū)塊油樣加入流動(dòng)改進(jìn)劑后的結(jié)蠟率與防蠟率，結(jié)果見圖4。

由圖4 可知：與未加入流動(dòng)改進(jìn)劑的空白樣相比，在低于原油凝固點(diǎn)的溫度條件下，加入流動(dòng)改進(jìn)劑后，原油的結(jié)蠟率僅為3.15%，而隨著溫度的降低，空白樣品的結(jié)蠟量增多?？梢姡鲃?dòng)改進(jìn)劑在溫度較低時(shí)，防蠟效果較為明顯。加入流動(dòng)改進(jìn)劑能在低溫時(shí)降低原油結(jié)蠟，達(dá)到防蠟的效果，增加原油流動(dòng)性。

圖4 流動(dòng)改進(jìn)劑對(duì)防蠟效果的影響

2.4 降低原油屈服值

通過加入流動(dòng)改進(jìn)劑來抑制原油中蠟晶體的生長(zhǎng)，在宏觀上表現(xiàn)為原油黏度下降或者凝點(diǎn)有所降低。所以，可以用原油的屈服值來宏觀表征流動(dòng)改進(jìn)劑對(duì)蠟晶體生長(zhǎng)的抑制作用。

低溫原油在恒定剪切速率作用下，在初始階段剪切應(yīng)力隨剪切時(shí)間的推移而增大，當(dāng)增大到一定值時(shí)，剪切應(yīng)力陡然降低，其中最大的剪切應(yīng)力值被定義為靜屈服值，它在一定程度上反映管線停輸再啟動(dòng)壓力的大小［10］。依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 7547—2014《原油屈服值的測(cè)定 旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)法》開展原油屈服值測(cè)定，結(jié)果見圖5。

圖5 加入流動(dòng)改進(jìn)劑后原油靜屈服值變化

由圖5 可知：加入流動(dòng)改進(jìn)劑后，原油的剪切應(yīng)力明顯降低，即明顯降低了原油的靜屈服值，由原油的1 239.8 Pa 降低至加劑原油的808.2 Pa，且到達(dá)靜屈服值的時(shí)間縮短了7 min。由此可見，該流動(dòng)改進(jìn)劑能有效降低原油的靜屈服值。

2.5 不影響原油后續(xù)脫水

在油井中添加的化學(xué)試劑可能給采出液站內(nèi)脫水處理帶來不利，本文研究的流動(dòng)改進(jìn)劑具有形成“擬乳狀液”的特點(diǎn)。為了考察其靜置狀態(tài)的脫水能力，開展加劑原油脫水實(shí)驗(yàn)，乳狀液脫水測(cè)試參照SY/T 5281—2000中的方法。

在50 ℃條件下，考察原油和加劑原油在不同時(shí)間下的脫水率，結(jié)果見表2。由表2 可知：加入流動(dòng)改進(jìn)劑后靜置10 min 脫水率達(dá)到94.4%。從界面情況及水相清晰度來看，原油樣的界面不齊，出現(xiàn)原油掛壁；加入流動(dòng)改進(jìn)劑后樣品界面較齊，原油掛壁量少，水相較清。因此，流動(dòng)改進(jìn)劑的加入不但不會(huì)對(duì)原油脫水造成影響，而且還有助于原油脫水，使脫出的水更加清澈。

表2 流動(dòng)改進(jìn)劑對(duì)原油脫水的影響

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

流動(dòng)改進(jìn)劑能夠大幅度降低原油黏度，應(yīng)用后采出原油黏度降低70%以上，中頻加熱井有效縮短中頻開啟時(shí)間，井口回壓下降10%～50%，采油井電加熱桿停用，生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定，最大載荷降幅在10%以上。另外，應(yīng)用流動(dòng)改進(jìn)劑后減少了掃線、檢泵等常規(guī)措施的次數(shù)，具體效果如下。

3.1 降低原油黏度

分別取X5-29井加入流動(dòng)改進(jìn)劑前后的現(xiàn)場(chǎng)油樣，利用流變儀測(cè)試黏度-溫度曲線［11］，結(jié)果如圖6所示。

由圖6 可知：在低溫條件下，加入流動(dòng)改進(jìn)劑后，加劑原油的降黏率在99%以上，原油黏度顯著降低，流動(dòng)性增強(qiáng)。

圖6 X5-29井加劑前后油樣黏度對(duì)比

3.2 降低井口回壓

M20 區(qū)塊3 口加劑井閔20-8、閔20-34、閔20-43 于2020年6月21月加入流動(dòng)改進(jìn)劑后，考察回壓情況，結(jié)果見圖7。

圖7 M20區(qū)塊3口井加劑前后回壓曲線

由圖7 可知：加入流動(dòng)改進(jìn)劑后，井口的回壓降低30%以上，而加劑前回壓的最高值達(dá)到1.9 MPa，加劑穩(wěn)定后最高1.0 MPa，穩(wěn)定在0.7～1.0 MPa，現(xiàn)場(chǎng)縮短中頻開啟時(shí)間，采輸能耗明顯降低，測(cè)算單個(gè)中頻控制點(diǎn)日節(jié)能約400千瓦時(shí)。

3.3 降低抽油機(jī)載荷

在X5-29 井加入流動(dòng)改進(jìn)劑后，井口回壓從1.4 MPa降至0.9 MPa，井口溫度從41 ℃降至32 ℃，效果突出，分別錄取抽油機(jī)在加劑前后的現(xiàn)場(chǎng)示功圖，結(jié)果見圖8。

由圖8 可知：在加入流動(dòng)改進(jìn)劑后，抽油機(jī)示功圖的面積變小，光桿功率下降10%以上，最大載荷下降9.58%。

圖8 X5-29井加入流動(dòng)改進(jìn)劑前后示功對(duì)比

4 結(jié)論

1）通過加入流動(dòng)改進(jìn)劑，原油降黏率超過70%，轉(zhuǎn)相點(diǎn)含水率降低15%，且不影響原油后續(xù)站內(nèi)處理，有利于采出液常溫采輸，降低生產(chǎn)能耗。

2）將流動(dòng)改進(jìn)劑現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，采出原油黏度降低99%，對(duì)于中頻加熱井有效縮短中頻開啟時(shí)間，電加熱桿停用，生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定，有效減少采輸能耗。