稠油降粘劑制備方法的研究與進(jìn)展

＊王亞娜 韓超 王麗娟

（1.華北理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 河北 063210 2.唐山冀油瑞豐化工有限公司 河北 063200）

1.概述

稠油是指黏度較高的原油，通常具有低瀝青質(zhì)含量、高樹脂含量、低金屬含量、高黏度和低相對密度的特點(diǎn)。其黏度常常超過100mPa·s，而常規(guī)原油的黏度通常在10～100mPa·s范圍內(nèi)[1]。由于稠油黏度高，在地層和管道中的流動能力較差，因此降低稠油黏度是開采的關(guān)鍵。稠油的高黏度使其在采收、輸送和加工過程中面臨很多困難，因此稠油降粘劑的研究和開發(fā)變得越來越重要。

目前，對于稠油的開采、運(yùn)輸以及加工等過程通常采用降粘的技術(shù)，以便于降低稠油的黏度，提高流動性。稠油降粘按照降粘機(jī)理的分類，主要包括物理法和化學(xué)法兩種。物理法主要是利用物理原理來改變原油的物理性質(zhì)，例如加熱、稀釋、機(jī)械剪切等，但這些方法存在能耗大、成本高、效果不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。化學(xué)法是一種更為有效的方法，主要是通過添加化學(xué)降粘劑來改變原油的化學(xué)性質(zhì)，使其黏度降低，常用的化學(xué)降粘劑包括表面活性劑、溶劑、聚合物等?；瘜W(xué)降粘劑按照其機(jī)理不同大體上分為水溶性稠油降粘劑和油溶性稠油降粘劑[2]。

降粘劑的研究有助于解決稠油的開采與運(yùn)輸問題，為以后的稠油開采提供幫助，有助于緩解能源緊張的局勢，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會效益的雙贏。

2.油溶性稠油降粘劑及其機(jī)理

(1)機(jī)理

油溶性降粘劑分子中含極性基團(tuán)側(cè)鏈和高碳烷基主鏈[3]。主碳鏈作用是使降粘劑分子能通過滲透分散作用溶于稠油中，側(cè)鏈的極性基團(tuán)與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)中的極性基形成更活潑的氫鍵，破壞其原有的有序結(jié)構(gòu)，使其形成的新產(chǎn)物結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定且結(jié)構(gòu)松散，降低稠油的內(nèi)部分子的吸引力，分散稠油中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，使其黏度降低，增大稠油的湍動速度，減少其流體阻力，起到降粘作用。

(2)油溶性降粘劑

隨著油溶性降粘劑的快速發(fā)展，油溶性降粘劑大概可分為三類[4]：縮聚物型、聚合物型、表面活性劑型。

縮聚物型稠油降粘劑的制備是由降凝劑機(jī)理來的，所以其具有降凝劑提高石油低溫流動性的優(yōu)良特性。聚合物型稠油降粘劑主要是由丙烯酸十八酯，馬來酸酐，苯乙烯等不飽和單體聚合來的，其制備受單體摩爾配比、引發(fā)劑質(zhì)量百分比、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度等因素的影響。聚合物是一類高分子化合物，可以在原油中形成一層聚合物膜，從而減少原油分子間的作用力，降低黏度。表面活性劑是一類具有親水性和疏水性的分子，可以在原油表面形成一層分子膜，從而降低原油的黏度。常用的表面活性劑包括十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉等[5]。

①縮聚物型

縮聚反應(yīng)的產(chǎn)物稱為縮聚物，常見的縮聚物包括聚酰胺、聚縮醛和蛋白質(zhì)?？s聚物型稠油降粘劑最早是酚和氯化石蠟的縮聚物或者萘和氯化石蠟的共縮聚物[6]。但是這種稠油降粘劑應(yīng)用局限性較大，主要針對石蠟的降粘，對于稠油的降粘效果不佳，所以應(yīng)用不廣泛，近幾年對這種降粘劑研究也非常少。

②聚合物型

聚合物型降粘劑應(yīng)用廣泛，主要可分為二元聚合物、三元聚合物和四元聚合物等。相較于二元聚合物，多元聚合物具有較多特定功能的官能團(tuán)，致使其擁有較高的降粘率，近幾年來對多元聚合物研究也逐漸增多。

倪斌[7]在2015年針對勝利孤東K92稠油，研發(fā)了一種以馬來酸酐，苯乙烯，丙烯酸十八酯和丙烯酰胺為原料的四元聚合物ASMZ，用量在500μg/g時(shí)降粘率可達(dá)48.49%。但是倪通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這種油溶性稠油降粘劑和其他降粘劑復(fù)配可增加其降粘率，其中以SDS復(fù)配的稠油降粘劑對勝利孤東K92稠油降粘率可達(dá)68.59%。

陳小凱[8]在2016年通過溶液聚合法將丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸甲酯和乙烯基三乙氧基硅烷按照1:0.8:0.5的摩爾比合成了一種白色三元共聚物VTEO/SA。在稠油含水量為50%，用量為500mg/L時(shí)對遼河油田高3618塊稠油降粘率高達(dá)90%。陳通過對比發(fā)現(xiàn)VTEO/SA降粘效果明顯優(yōu)于國內(nèi)其他降粘劑，較好的適用于低含水油田。

2020年，李洋等[9]將丙烯酸十二酯，α-甲基苯乙烯和2-丙烯酰胺基十六烷磺酸三元聚合成一種油溶性稠油降粘劑，按照6:3:1的摩爾比，引發(fā)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，反應(yīng)時(shí)間為5h，溫度為70℃時(shí)引發(fā)劑AIBN分解速度最快、自由基最多、單體聚合反應(yīng)程度最大，降粘率最高。實(shí)驗(yàn)證明，AMS加量為4000mg/L時(shí)，對塔河油田TK1058井降粘率為56.94%，優(yōu)于市售降粘劑EVA和MVA。

③表面活性劑型

2021年陳浩等[10]用聚氧乙烯烷基苯酚醚、烷基苯磺酸鈉，聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯和堿性物質(zhì)合成了一種表面活性劑型稠油降粘劑。陳等在制備過程中加入的堿性物質(zhì)與稠油中的有機(jī)酸發(fā)生反應(yīng)，降低稠油的流體阻力，提高其流動度。而且當(dāng)這種稠油降粘劑與其它稠油降粘劑復(fù)合使用時(shí)，可以有效降低其他降粘劑的用量，大大節(jié)約了成本，更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

同年毛金成等[11]先將馬來酸酐與壬基酚聚氧乙烯醚反應(yīng)得到中間產(chǎn)物，然后加入丙烯酰胺與上述階段的中間產(chǎn)物反應(yīng)，制備出了一種高分子表面活性劑型稠油降粘劑。該降粘劑在溫度為50℃時(shí)降粘效果最佳，降粘率為92.7%。該種高分子表面活性劑型稠油降粘劑適用范圍廣，可以對不同類型的稠油有很高的降粘率。這種降粘劑比普通表面活性劑型降粘劑的制備方法更簡單、成本更低、稠油降粘效果也更好，可以更好地實(shí)現(xiàn)效益最大化。

3.水溶性稠油降粘劑及其機(jī)理

(1)機(jī)理

水溶性降粘機(jī)理是利用表面活性劑乳化降粘，是在稠油中摻入降粘劑水溶液，將W/O型油包水狀態(tài)轉(zhuǎn)化成O/W型水包油狀態(tài)，從而減少流體阻力，使其油膜與油膜之間的摩擦變?yōu)樗づc水膜之間的摩擦，降低黏度。這種方法降粘率高，而且具有近井地帶油層的解堵效果[12]。

(2)水溶性降粘劑

水溶性降粘劑是最為重要的一類稠油降粘劑，能夠有效減少油和水之間的界面張力，提高采油效率，促進(jìn)稠油分散和乳化，在稠油降粘中廣泛應(yīng)用[13]?？梢赃M(jìn)一步細(xì)分為非離子表面活性劑型，陰離子表面活性劑型和陰-非離子表面活性劑型[14]，其按照性能又分為耐高溫和耐鹽性稠油降粘劑。

①非離子表面活性劑型

2014年周繼柱等[15]以丙烯酰胺、疏水烷基丙烯酰胺、丙烯酰胺基烷基氯化銨季銨鹽和非離子聚醚丙烯酸酯四元共聚合成了一種抗溫耐鹽型水溶性兩親聚合物稠油降粘劑。該稠油降粘劑對中低黏度稠油降粘率超過98%，對中高黏度稠油，降低稀油摻稀量70% ～85%以上。兩親聚合物降粘劑相較于普通水溶性降粘劑具備與稠油較高的親、疏水潤濕性作用，其親水基團(tuán)能更好的吸附在稠油表面，增加其對稠油的乳化作用。

2021年劉炳圻等[16]采用氧化反應(yīng)制備新型水溶性稠油降黏劑SWQ-1。當(dāng)合成條件為脂肪酰胺丙基二甲基叔胺與過氧化氫摩爾比為1:1.6，SWQ-1質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，降粘率可達(dá)到85%以上，表面張力可以降低到27mN/m以下。因此，可以說明這種新型稠油降粘劑不僅可以降低稠油黏度，而且可以有效的降低稠油表面張力，更加適用于普通稠油油藏的驅(qū)油。

②陰離子表面活性劑型

2023年石昀等[17]選擇反相乳液聚合法，用親油單體乙烯基吡嗪、馬來酸十三酯、親水單體AMPS和丙烯酰胺制備成一種水溶性雙基稠油降黏劑。該降黏劑22h可實(shí)現(xiàn)稠油完全剝離，稠油的降黏率均可達(dá)95%以上。耐溫達(dá)180℃，耐鹽達(dá)50000mg/L，對大港南部油田5種不同類型稠油的降黏率均達(dá)95%以上，具有很好的降黏效果。該降黏劑對大港南部油田風(fēng)8-XX-X，大港南部油田棗41-X和家37-XX起到了很好的降粘效果。石昀等人還表明下一步的研究方向是采取復(fù)合技術(shù)提高稠油采出率，為以后新型復(fù)合水溶性稠油降粘劑的制備奠定了基礎(chǔ)。

③陰-非離子表面活性劑型

2020年王艷萍等[18]針對渤海稠油用雙酚、對羥基苯磺酸、聚氧乙烯辛基苯酚醚等原料制備了一種陰-非離子水溶性稠油降粘劑AFOP-10。當(dāng)單體配比雙酚：對羥基苯磺酸；聚氧乙烯辛基苯酚醚為1:6:9時(shí)，降粘劑AFOP-10耐高溫高達(dá)363℃，耐鹽濃度最高為49476mg/L。該降粘劑分子中含有-SO3H和-CH2CH2O-親水基團(tuán)，同時(shí)還含有三氟甲基、苯環(huán)、長鏈烷基三類親油基團(tuán)，所以AFOP-10既具備陰離子型水溶性降粘劑的性能，也具有非離子型水溶性降劑的性能優(yōu)勢，對渤海稠油降粘率可達(dá)98.50%以上，適用范圍也比較廣。

4.水溶性降粘與油溶性降粘劑對比

（1）水溶性降粘劑比油溶性降粘劑應(yīng)用更加廣泛，降粘率更高。

（2）油溶性降粘劑的儲存運(yùn)輸不便且更加危險(xiǎn)，而且味道刺鼻，因此使用時(shí)需要注重溫度，濕度等因素影響。

（3）水溶性降粘劑更加適合含水量較低的油田中，油溶性降粘劑則適合含水量較高的油田中。但是對于膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量大的油田，油溶性降粘劑無論是在其降粘速度、剝離程度上都更加適合，而且清洗速度快[19]。

（4）水溶性降粘劑摻水量大，后續(xù)處理工藝比較復(fù)雜，但是水溶性降粘劑經(jīng)濟(jì)效益高，應(yīng)用范圍廣，受影響因素較少。

5.總結(jié)與展望

總的來說，稠油降粘劑的制備方法多種多樣，每種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)。未來的研究方向應(yīng)當(dāng)是尋找更為高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的制備方法，尋求更高的降粘率和適應(yīng)性廣等特點(diǎn)以滿足稠油開采和加工的需求。采用復(fù)合技術(shù)提高稠油降粘率是未來一個(gè)新的研究方向。