一種稠油降黏劑的制備及其性能研究*

賀亞維

（陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院煤炭與化工產(chǎn)業(yè)學(xué)院，陜西咸陽(yáng) 712000）

稠油的開(kāi)采是解決時(shí)下石油資源短缺的重要方法，但受其自身特性的影響，稠油的開(kāi)采存在很多的問(wèn)題。與降黏劑進(jìn)行配合使用是稠油開(kāi)采過(guò)程中必不可少的一環(huán)，但傳統(tǒng)稠油油藏開(kāi)采使用的乳化降黏劑存在選擇性弱、耐溫耐鹽性能差的問(wèn)題，對(duì)稠油的開(kāi)采產(chǎn)生了很大的影響。開(kāi)發(fā)出一種高性能的稠油降黏劑是目前較為重要的研究方向，對(duì)此，部分學(xué)者也進(jìn)行了很多實(shí)驗(yàn)，如龐少聰[1]針對(duì)稠油降黏劑的耐高溫性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，制備的稠油降黏劑經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間高溫老化后，仍舊表現(xiàn)出較好的耐黏效果。杏長(zhǎng)鑫[2]對(duì)ZC-11 型原油阻降黏劑進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該降黏劑能有效改善原油黏度，且不對(duì)催化裝置產(chǎn)生負(fù)面影響。魏焜[3]則研究了一種高效水溶性降黏劑SJJNJ-2 對(duì)稠油的降黏作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該降黏劑在50℃、質(zhì)量濃度為0.5%的條件下實(shí)現(xiàn)降黏率95%以上，表現(xiàn)出良好的降黏效果。以上學(xué)者為稠油降黏劑性能的優(yōu)化提供了一些方法，但并未解決稠油降黏劑耐溫耐鹽性差的問(wèn)題。基于此，本實(shí)驗(yàn)參考趙士元[4]論文中的方法，制備了一種新型稠油降黏劑，從而提升了稠油降黏劑的綜合性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與設(shè)備

AEO-7（AR 嘉景化工）；NaHSO3（AR 鑫冠化工）；氯化亞砜（SOCl2AR 鑫超瑞化工）。

TENSOR 27 型紅外光譜儀（善福電子）；NDJ-5S8S 型黏度計(jì)（烔創(chuàng)科技）；WRT-124 型熱重分析儀（北光宏遠(yuǎn)）；TX-500C 型液滴界面張力儀（東方化玻）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）在連接有尾氣回收裝置的三口燒瓶?jī)?nèi)放入0.05mol AEO-7，提升溫度至60℃后將0.06mol SOCl2逐滴滴入三口燒瓶?jī)?nèi)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為2h，連接的尾氣回收裝置用來(lái)回收反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的SO2和HCl 氣體，反應(yīng)產(chǎn)物為SOCl2中間體。

（2）反應(yīng)結(jié)束后取下尾氣回收裝置，并往三口燒瓶?jī)?nèi)通入N2，然后將0.06mol 磺化劑NaHSO3逐滴放入三口燒瓶?jī)?nèi)進(jìn)行反應(yīng)。

（3）對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分離處理，然后將異丙酮作為溶劑對(duì)分離產(chǎn)物進(jìn)行減壓蒸餾，得到脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸鈉降黏劑。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 產(chǎn)率測(cè)定 降黏劑產(chǎn)率表達(dá)式為[5，6]：

式中E：降黏劑產(chǎn)率，%；M1、M2：實(shí)際和理論降黏劑質(zhì)量，g。

1.3.2 材料的結(jié)構(gòu) 通過(guò)紅外光譜儀分析。

1.3.3 材料的熱穩(wěn)定性 通過(guò)熱重分析儀分析。

1.3.4 降黏率測(cè)試 通過(guò)黏度計(jì)測(cè)試稠油黏度，并計(jì)算降黏率。降黏率表達(dá)式為[7，8]：

式中 η：降黏率，%；μ1、μ2：原油、乳化后原油黏度，mPa·s。

1.3.5 界面張力 通過(guò)液滴界面張力儀測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 制備條件優(yōu)化

2.1.1 反應(yīng)溫度優(yōu)化 反應(yīng)溫度對(duì)降黏劑產(chǎn)率的影響結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1 可見(jiàn)，當(dāng)反應(yīng)溫度為70℃時(shí)，降黏劑產(chǎn)率達(dá)到最高值。這說(shuō)明在該溫度條件下，反應(yīng)的更完全，因此，選擇適合的反應(yīng)溫度為70℃。

圖1 反應(yīng)溫度對(duì)降黏劑產(chǎn)率的影響Fig.1 Effect of reaction temperature on viscosity reducer yield

2.1.2 反應(yīng)時(shí)間優(yōu)化 圖2 為反應(yīng)時(shí)間對(duì)降黏劑產(chǎn)率的影響。

圖2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)降黏劑產(chǎn)率的影響Fig.2 Effect of reaction time on viscosity reducer yield

由圖2 可見(jiàn)，隨反應(yīng)時(shí)間的增加，降黏劑產(chǎn)率表現(xiàn)出先增加后趨于平衡的變化趨勢(shì)。這是因?yàn)樵诜磻?yīng)初期，原料間接觸的不充分，因此，降黏劑產(chǎn)率相對(duì)較低。隨反應(yīng)時(shí)間的增加，原料的接觸也更加的充分，使得產(chǎn)率直線(xiàn)上升。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到7h 后，此時(shí)原料基本已經(jīng)充分接觸反應(yīng)，產(chǎn)率達(dá)到最高。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇的反應(yīng)時(shí)間為7h。

2.2 FTIR 光譜分析與熱重分析

2.1.1 FTIR 分析 圖3 為降黏劑的紅外光譜測(cè)試結(jié)果。

圖3 降黏劑的紅外光譜圖Fig.3 Infrared spectrum of viscosity reducer

由圖3 可見(jiàn)，在脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸鈉降黏劑的紅外曲線(xiàn)中，在1179.4cm-1和1058.4cm-1處可以觀察到不屬于AEO-7 的-C-O-C-和-S=O 特征峰，同時(shí)在625.6cm-1處可以觀察到屬于S-O 鍵的特征峰[9，10]，說(shuō)明成功合成目標(biāo)降黏劑。

2.2.2 熱重分析 圖4 為降黏劑的熱重分析結(jié)果。

圖4 降黏劑的TG 曲線(xiàn)Fig.4 TG curve of viscosity reducer

由圖4 可見(jiàn)，在200℃前，磺酸鈉降黏劑重量幾乎不發(fā)生改變。當(dāng)溫度繼續(xù)上升至300℃，降黏劑開(kāi)始出現(xiàn)重量損失，繼續(xù)提升溫度，重量損失明顯增加，證明降黏劑在300℃前穩(wěn)定性良好。

2.3 降黏劑降黏性能

2.3.1 降黏劑濃度的影響 降黏劑濃度是影響其降黏效果的重要因素，為了避免造成浪費(fèi)和降低降黏效果，對(duì)降黏劑濃度進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果見(jiàn)圖5。

由圖5 可見(jiàn)，隨磺酸鈉降黏劑濃度的增加，原油降黏率表現(xiàn)出先增加后趨于平衡的變化趨勢(shì)。當(dāng)磺酸鈉降黏劑濃度達(dá)到0.8%時(shí)，對(duì)原油的降黏率最高可以達(dá)到99.7%，表現(xiàn)出良好的降黏效果。出現(xiàn)這個(gè)變化的主要原因在于，體系內(nèi)降黏劑濃度較小時(shí)，無(wú)法形成完全連續(xù)的水相，對(duì)原油的降黏效果有限[11]。體系內(nèi)降黏劑濃度的增加，增加了稠油界面表面活性物質(zhì)，界面膜強(qiáng)度和厚度也明顯增加，結(jié)構(gòu)從疏松逐漸朝緊密結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，表面活性物質(zhì)增加，體系內(nèi)為性能較為穩(wěn)定的O/W 型乳狀液。繼續(xù)增加降黏劑濃度，體系內(nèi)穩(wěn)定的O/W 型乳狀液狀態(tài)基本不受影響，同時(shí)受降黏劑高活性特性的影響，析水率隨之增加，稠油黏度反而有一定回升[11]。以上分析說(shuō)明了降黏劑濃度并不是越高越好，當(dāng)降黏劑濃度為0.6%～0.8 %時(shí)，稠油降黏率達(dá)到最高點(diǎn)，因此，認(rèn)為該濃度為最佳濃度?；撬徕c降黏劑降黏機(jī)理在于，在稠油表面形成一定強(qiáng)度的界面膜，有效避免了水包油乳狀液因碰撞而重新聚集，提升了得到乳狀液的穩(wěn)定性[12，13]。

2.3.2 老化溫度的影響 圖6 為老化溫度對(duì)降黏效果的影響。由圖6 可見(jiàn)，當(dāng)老化溫度提升至300℃后，稠油降黏率開(kāi)始出現(xiàn)下降。這是因?yàn)樵诟邷貭顟B(tài)下，磺酸鈉降黏劑活性組分被分解，因此，降黏劑濃度有一定降低。界面膜排列重新變得松散，其強(qiáng)度和厚度均有一定降低，導(dǎo)致降黏劑在稠油表面無(wú)法形成連續(xù)水相，降低了稠油的降黏率[14，15]。以上變化說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)制備的磺酸鈉降黏劑在300℃前耐溫性良好。

2.3.3 老化時(shí)間的影響 在2.3.2 節(jié)中已經(jīng)確定了磺酸鈉降黏劑在300℃前表現(xiàn)出良好的耐溫性。但300℃位于老化溫度臨界點(diǎn)，因此，在進(jìn)行老化時(shí)間實(shí)驗(yàn)時(shí)，選擇老化溫度為200℃，觀察老化時(shí)間對(duì)稠油降黏率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖7。由圖7 可見(jiàn)，在該老化溫度條件下，隨老化時(shí)間的增加，降黏率有一定下降，但降黏率仍舊維持在99%以上。這說(shuō)明在該老化溫度條件下制備的磺酸鈉降黏劑穩(wěn)定性良好。

圖7 老化時(shí)間對(duì)降黏效果的影響Fig.7 Effect of aging time on viscosity reduction

2.3.4 油水比優(yōu)化 表1 為油水比優(yōu)化結(jié)果。

表1 油水比優(yōu)化結(jié)果Tab.1 Optimization results of oil-water ratio

由表1 可見(jiàn)，稠油降黏率隨油水比的增加而下降。當(dāng)油水比增加至8∶2 時(shí)，降黏率降低明顯。這是因?yàn)樵谠撚退葪l件下，體系內(nèi)可能同時(shí)存在W/O和O/W 型乳狀液，此時(shí)體系內(nèi)的連續(xù)相從水相逐漸向稠油相轉(zhuǎn)變。流動(dòng)過(guò)程中阻力增大，黏度隨之增大。因此，油水比比例應(yīng)不超過(guò)7∶3。

2.3.5 礦化度的影響 表2 為礦化度優(yōu)化結(jié)果。

表2 礦化度的影響Tab.2 Effect of salinity

由表2 可見(jiàn)，降黏劑對(duì)稠油的降黏率隨礦化度的增加而下降。當(dāng)?shù)V化度超過(guò)15000mg·L-1時(shí)，降黏劑幾乎不發(fā)揮作用。這是因?yàn)轶w系礦化度較高時(shí)，對(duì)表面活性劑有明顯的鹽析通，降低了乳化劑的有效組分，使得降黏效果降低。同時(shí)，體系的礦化度較高，會(huì)減弱液滴間靜電斥力，液珠不穩(wěn)定，相互間容易聚集，再次降低了降黏效果。再加上堿可能與體系內(nèi)Ca2+和Mg2+發(fā)生反應(yīng)生成沉淀，降低了磺酸鈉降黏率在油水界面的吸附量，進(jìn)而降低了乳化效果。

2.4 界面張力測(cè)試

界面張力測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 界面張力測(cè)試結(jié)果Tab.3 Interface tension test results

由表3 可見(jiàn)，在未添加降黏劑的體系內(nèi)，稠油界面張力為18.3mN·m-1，界面張力越高對(duì)采油率影響越大。降黏劑加入后，稠油界面張力低至10-1mN·m-1，經(jīng)過(guò)老化處理后，界面張力幾乎不發(fā)生變化，這說(shuō)明磺酸鈉降黏劑具備較好的降黏性能和穩(wěn)定性能。

2.5 稠油乳狀液穩(wěn)定性

通過(guò)對(duì)室溫條件和50℃條件下降黏劑析水率的變化表征降黏劑對(duì)稠油乳狀液穩(wěn)定性的影響，結(jié)果見(jiàn)圖8。

圖8 乳狀液穩(wěn)定性Fig.8 Emulsion stability

由圖8 可見(jiàn)，在室溫條件下，降黏劑析水率隨時(shí)間的增加而增加，當(dāng)時(shí)間增加至36h 后，析水率逐漸趨于平衡，約為20%。在50℃條件下，12h 即可析出90%的水，說(shuō)明在該溫度條件下，乳狀液破乳。以上變化說(shuō)明在室溫條件下，磺酸鈉降黏劑對(duì)稠油具備較好的穩(wěn)定性，在開(kāi)采出來(lái)后，50℃放置12h 就可以實(shí)現(xiàn)油水分離，實(shí)現(xiàn)稠油的收集。

2.6 驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

表4 為驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表4 驅(qū)油效率測(cè)試結(jié)果Tab.4 Test results of oil displacement efficiency

由表4 可見(jiàn)，磺酸鈉降黏劑的驅(qū)油效率均明顯高于空白蒸汽驅(qū)驅(qū)油效率，表現(xiàn)出良好的降黏性能。同時(shí)，降黏劑在高溫條件下的驅(qū)油效率較好。出現(xiàn)上述變化的原因在于，受降黏劑低界面張力的影響，降黏劑與稠油接觸時(shí)，界面張力快速降低，油滴被拉長(zhǎng)。這種特殊形狀的液滴形成了低阻力流動(dòng)通道，剩余油可在該通道流動(dòng)，驅(qū)油效率隨之提高。而在高溫作用下，稠油分子間作用力有一定減弱，降低了稠油黏度，磺酸鈉降黏劑受熱擴(kuò)散作用的影響，提升了波及體積和驅(qū)油效率。

3 結(jié)論

綜上所述，本實(shí)驗(yàn)制備的磺酸鈉降黏劑表現(xiàn)出良好的降黏、耐溫和耐鹽性，在稠油黏度較大的油田具備較好的應(yīng)用前景。

（1）磺酸鈉降黏劑制備條件優(yōu)化結(jié)果為：反應(yīng)溫度和時(shí)間分別為70℃和7h 時(shí)，降黏劑產(chǎn)率最高達(dá)到了88.6%。

（2）在磺酸鈉降黏劑的紅外曲線(xiàn)中可以觀察到不屬于AEO-7 特征峰，證明成功制備出磺酸鈉降黏劑。

（3）降黏劑在300℃前重量幾乎不發(fā)生明顯變化，表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。

（4）降黏劑濃度為0.6%～0.8%、老化溫度為200℃、老化時(shí)間為10d、油水比的比例為7∶3、礦化度不超過(guò)15000mg·L-1時(shí)，降黏劑對(duì)稠油的降黏率高達(dá)99%，表現(xiàn)出良好的耐鹽、耐溫和降黏性能。

（5）對(duì)界面張力進(jìn)行測(cè)試，稠油初始界面張力為18.3mN·m-1，使用磺酸鈉降黏劑后，稠油界面張力降低至10-1mN·m-1，且?guī)缀醪皇芾匣挠绊?，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。

（6）室溫條件下，36h 磺酸鈉降黏劑析水率穩(wěn)定在20%，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性；在50℃條件下，12h即可析出90%的水，乳狀液破乳。即在室溫條件下，磺酸鈉降黏劑對(duì)稠油具備較好的穩(wěn)定性，在開(kāi)采出來(lái)后，50℃放置12h 就可以實(shí)現(xiàn)油水分離，從而實(shí)現(xiàn)稠油的收集。

（7）磺酸鈉降黏劑的驅(qū)油效率均明顯高于空白蒸汽驅(qū)驅(qū)油效率，表現(xiàn)出良好的降黏性能。同時(shí)，降黏劑在高溫狀態(tài)的驅(qū)油效率更優(yōu)。