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稠油掺表面活性剂水溶液降粘机理研究

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稠油掺 表面活性剂 水溶液 机理 研究
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© 1994 (1972 - ) ,男 ,高 级 工 程 师 ,1994 年 毕 业 于 大 庆 石 油 学 院 石 油 工 程 专 业 ,2003 年 博 士 后 出 站 ,现 从 事 稠 油 开 采 研 究 和 管 理 工 作 。 电 话 :0427- 7827118。文 章 编 号 : 1006 - 6535 (2004) 04 - 0092 - 03稠 油 掺 表 面 活 性 剂 水 溶 液 降 粘 机 理 研 究尉 小 明 ,郑   猛 ,白 永 林(中 油 辽 河 油 田 分 公 司 ,辽 宁   盘 锦   124010)摘 要 :从 理 论 分 析 (包 括 原 油 乳 状 液 理 论 及 最 佳 密 堆 积 理 论 ) 、 微 观 分 析 (包 括 红 外 光 谱 分 析 、 透射 照 像 分 析 及 显 微 照 片 分 析 等 )及 室 内 实 验 数 据 等 3 个 方 面 对 稠 油 掺 活 性 水 降 粘 机 理 进 行 了研 究 。 综 合 分 析 结 果 认 为 :稠 油 掺 活 性 水 降 粘 分 为 两 个 阶 段 :第 一 阶 段 是 破 乳 降 粘 ,第 二 阶 段是 乳 化 降 粘 ,起 主 要 降 粘 作 用 的 是 乳 化 降 粘 。 吸 附 作 用 有 利 于 降 低 摩 阻 ,对 降 粘 效 果 贡 献 较小 。关 键 词 :稠 油 ;活 性 水 ;降 粘 机 理 ;理 论 分 析 ;微 观 分 析 ;室 内 实 验中 图 分 类 号 :   文 献 标 识 码 : 言目 前 ,稠 油 和 超 稠 油 一 般 采 用 掺 稀 释 剂 (如 稀油 等 )和 电 加 热 方 式 开 采 ,但 均 存 在 不 足 之 处 ,因 此有 必 要 对 其 它 稠 油 降 粘 工 艺 进 行 室 内 实 验 及 矿 场试 验 研 究 。 掺 表 面 活 性 剂 水 溶 液 (活 性 水 ) 降 粘 输送 便 是 其 中 一 种 很 有 发 展 前 途 的 稠 油 输 送 工 艺 ,已先 后 在 国 内 外 油 田 开 展 了 先 导 性 试 验 [1~ 4 ] 。表 面 活 性 剂 降 粘 机 理 通 常 归 结 为 3 种 :乳 化 降粘 、 破 乳 降 粘 [5 ]以 及 吸 附 降 粘 [6 ] 。 这 3 种 降 粘 机 理往 往 同 时 存 在 ,但 是 不 同 活 性 剂 和 不 同 条 件 起 主 导作 用 的 降 粘 机 理 也 各 不 相 同 。 本 文 从 理 论 分 析 、 微观 分 析 及 室 内 实 验 数 据 3 个 方 面 对 稠 油 掺 活 性 水降 粘 机 理 进 行 了 分 析 研 究 。1   理 论 分 析111   原 油 乳 状 液 理 论 [6 ,7 ]由 于 原 油 中 含 有 天 然 乳 化 剂 (包 括 胶 质 、 沥 青质 、 环 烷 酸 、 卟 啉 族 化 合 物 等 ) ,当 原 油 含 水 之 后 ,易形 成 油 包 水 (W/ O) 型 乳 状 液 ,使 原 油 粘 度 急 剧 增加 。 原 油 乳 状 液 的 粘 度 可 用 式 表 示 :μ =μ 0e 1)式 中 :μ 为 原 油 乳 状 液 的 粘 度 ,s ;μ 0 为 外 相 的粘 度 ,s ;Φ 为 内 相 在 乳 状 液 中 所 占 的 体 积 分数 ; k 为 常 数 ,决 定 于 Φ ,当 Φ ≤ 0174 时 为 710 ,当Φ > 0174 时 为 810 ;e 为 自 然 对 数 的 底 。由 式 (1) 可 知 : ① 水 包 油 乳 状 液 的 粘 度 只 与 水的 粘 度 有 关 ,而 与 油 的 粘 度 无 关 ; ② 水 包 油 乳 状 液的 粘 度 随 油 在 乳 状 液 中 所 占 的 体 积 分 数 增 加 而 以指 数 形 式 增 加 ; ③ 对 于 油 包 水 型 乳 状 液 ,其 粘 度 与油 的 粘 度 成 正 比 ,含 水 越 高 粘 度 越 大 。112   最 佳 密 堆 积 理 论 [7 ,8 ]根 据 立 体 几 何 的 最 佳 密 堆 积 原 理 ,原 油 中 的 含水 小 于 25198 %时 应 形 成 稳 定 的 W/ O 型 乳 状 液 ,含水 大 于 74102 %时 应 形 成 稳 定 的 O/ W 型 乳 状 液 ,在25198 %~ 74102 %范 围 内 ,属 于 不 稳 定 区 域 ,可 形成 W/ O 型 ,也 可 形 成 O/ W 型 。 但 由 于 原 油 存 在 天然 的 W/ O 型 乳 化 剂 ,一 般 形 成 W/ O 型 乳 状 液 ,使原 油 粘 度 大 幅 度 增 加 。 化 学 降 粘 就 是 添 加 一 种 表面 活 性 剂 或 利 用 稠 油 中 所 含 的 有 机 酸 与 碱 反 应 ,生成 表 面 活 性 剂 ,其 活 性 大 于 原 油 中 天 然 乳 化 剂 的 活性 ,使 W/ O 型 乳 状 液 转 变 成 O/ W 型 乳 状 液 ,从 而达 到 降 粘 目 的 。2   微 观 分 析211   红 外 光 谱 及 透 射 照 像 分 析第 11 卷 第 4 期2004 年 8 月                            特 种 油 气 藏il                          004© 1994   红 外 光 谱 分 析陈 艳 玲 等 [9]将 降 粘 前 后 的 胶 质 、 沥 青 质 与 压 片 做 成 红 外 分 析 样 本 ,在 红 外 光 谱 仪 上 选 择灵 敏 度 3 ,摄 取 红 外 光 谱 图 。 从 红 外 光 谱 图 上可 以 看 出 ,胶 质 和 沥 青 质 加 降 粘 剂 后 ,4 000~ 3 000间 土 丘 状 吸 收 峰 移 向 低 波 数 方 向 ;胶 质 的 1 370、 840、760 ,沥 青 质 的 1 370、 840、 760 的 峰 形 和 强度 都 有 明 显 变 化 。21112   透 射 照 像 分 析陈 艳 玲 等 [9 ]用 透 射 电 镜 明 场 像 观 察 降 粘 前 后胶 质 、 沥 青 质 的 形 貌 像 ,可 以 看 到 降 粘 前 后 胶 质 、 沥青 质 的 形 貌 差 异 。 分 析 原 油 降 粘 的 可 能 机 理 为 :降粘 剂 分 子 借 助 强 的 形 成 氢 键 的 能 力 ,渗 透 、 分 散 进入 胶 质 和 沥 青 质 片 状 分 子 之 间 ,部 分 拆 散 平 面 重 叠堆 砌 而 成 的 聚 集 体 ,形 成 片 状 分 子 无 规 则 堆 砌 ,有序 程 度 降 低 ;聚 集 体 中 包 含 的 胶 质 、 沥 青 质 分 子 数目 也 减 小 ,原 油 的 内 聚 力 降 低 ,起 到 降 粘 的 作 用 。这 也 间 接 证 明 了 破 乳 降 粘 作 用 的 存 在 。212   显 微 镜 照 片 分 析为 了 对 稠 油 降 粘 进 行 分 析 , 借 助 2 显 微 镜 等 手 段 进 行 分 析 和 判 断 。 通 过 2 显 微 镜 拍 摄 图 1(杜 5 - 5 - 53 井 含 水 50 %原图 1   油 包 水 型 (W/ O 型 )乳 状 液 微 观 照 片 (160 倍 )1   of 160 2   水 包 油 型 (O/ 乳 状 液 微 观 照 片 (160 倍 )2   of 160 ,放 大 160 倍 ) 可 看 出 ,大 多 数 液 滴 呈 W/ O 型 小滴 液 ,仅 有 少 量 的 O/ W 型 大 液 滴 ,由 于 其 粘 度 大 ,拍 照 过 程 中 看 不 出 流 动 。 图 2 是 杜 5 - 5 - 53 井 原油 按 照 油 水 比 7∶ 3 掺 013 %的 W - 01 活 性 水水 溶 液 形 成 的 乳 状 液 照 片 (放 大 160 倍 ) 。 从 照 片中 看 出 ,形 成 了 许 多 分 散 均 匀 的 O/ W 型 小 液 滴 ,由于 外 相 是 水 ,乳 状 液 粘 度 很 小 ,拍 照 过 程 中 可 看 出小 液 滴 不 停 地 运 动 ,有 时 甚 至 像 小 溪 中 的 水 一 样 流动 ,说 明 此 乳 状 液 流 动 性 很 好 。 为 进 一 步 证 实 图 2所 形 成 的 是 O/ W 型 乳 状 液 ,将 图 2 分 别 放 大 5 倍和 10 倍 得 到 图 3、 4。 由 图 3、 4 更 为 直 观 地 看 到 所图 3   水 包 油 型 (O/ 微 观 照 片 (800 倍 )3   of 800 4   水 包 油 型 (O/ 微 观 照 片 (1600 倍 )4   of 1600 成 的 的 确 是 低 粘 度 的 O/ W 型 乳 状 液 ,液 珠 的 分散 相 为 油 ,连 续 相 为 水 。 由 此 可 推 断 :表 面 活 性 剂(即 降 粘 剂 )分 子 分 布 于 油 水 界 面 中 ,从 而 形 成 了 相对 稳 定 的 低 粘 度 油 水 乳 状 液 ,获 得 稠 油 降 粘 效 果 。3   室 内 实 验 数 据 分 析为 了 进 一 步 探 讨 稠 油 掺 活 性 水 降 粘 的 主 要 降粘 机 理 ,在 室 内 条 件 下 开 展 了 不 同 含 水 情 况 下 的 原油 掺 活 性 水 降 粘 效 果 对 比 评 价 实 验 ,实 验 结 果 见 表1。由 表 1 可 看 出 :同 一 油 水 比 条 件 下 (如 8∶ 2) ,当 油 样 含 水 低 于 一 定 值 (如 20 %) 时 ,不 能 乳 化 ;当油 样 含 水 达 到 或 超 过 一 定 数 值 (如 20 %) 后 ,表 现出 较 为 理 想 的 乳 化 降 粘 效 果 。39第 4 期                         尉 小 明 等 :稠 油 掺 表 面 活 性 剂 水 溶 液 降 粘 机 理 研 究© 1994 ,并 依 据 最 佳 密 堆 积 理论 及 原 油 乳 状 液 理 论 可 得 出 :原 油 中 掺 入 活 性 水后 ,首 先 发 生 破 乳 作 用 ,脱 出 原 油 部 分 含 水 ,然 后 脱出 水 与 活 性 水 共 同 与 原 油 形 成 低 粘 度 的 水 包 油 型乳 状 液 ,从 而 实 现 降 粘 的 目 的 。表 1   不 同 含 水 情 况 下 原 油 掺 活 性 水 降 粘 效 果 对 比1   of by 水 / % 油 水 比 是 否 乳 化 降 粘 率 / %5 8∶ 2 否 2410 8∶ 2 否 3315 8∶ 2 否 3720 8∶ 2 是 9230 8∶ 2 是 96注 :温 度 60℃ ,活 性 水 浓 度 3‰ ,5 %含 水 原 油 50℃ 粘 度 为 18 462 s。根 据 表 面 活 性 剂 两 亲 分 子 结 构 特 征 ,由 以 上 实验 结 果 亦 可 得 出 :破 乳 后 形 成 低 粘 度 油 水 乳 状 液 ,表 面 活 性 剂 分 子 主 要 分 布 于 油 水 界 面 形 成 O/ W 型乳 状 液 ,因 此 游 离 于 乳 状 液 体 系 之 外 的 活 性 剂 分 子较 少 ,所 以 吸 附 在 管 壁 上 进 行 的 吸 附 降 粘 机 理 并 非主 要 降 粘 作 用 方 式 。 同 时 ,吸 附 降 粘 作 用 主 要 是 有利 于 降 低 摩 阻 ,对 降 粘 效 果 作 用 不 大 [10 ] 。综 上 所 述 ,稠 油 掺 活 性 水 降 粘 分 2 个 阶 段 进行 :第 1 阶 段 是 破 乳 降 粘 ,第 2 阶 段 是 乳 化 降 粘 ,起主 要 降 粘 作 用 的 是 乳 化 降 粘 阶 段 。4   结 束 语稠 油 掺 活 性 水 降 粘 工 艺 技 术 室 内 研 究 工 作 已取 得 较 大 的 突 破 和 进 展 ,但 国 内 外 油 田 大 面 积 推 广使 用 的 相 对 较 少 ,主 要 问 题 在 于 工 艺 技 术 不 配 套 ,尤 其 是 忽 视 了 搅 拌 工 艺 的 作 用 ,所 以 现 场 试 验 中 稠油 掺 活 性 水 降 粘 主 要 体 现 出 了 破 乳 降 粘 作 用 ,而 最主 要 和 有 效 的 乳 化 降 粘 作 用 没 有 完 全 体 现 出 来 ,因此 降 粘 效 果 不 理 想 ,今 后 应 加 强 配 套 工 艺 技 术 的 研究 ,使 该 项 工 艺 技 术 得 到 推 广 使 用 。参 考 文 献 :[1 ] an P]. 1999.[2 ] of an in a P]11997.[3 ] M , ]11989 ,28(4) :81~ 84.[4 ] 方 战 强 ,方 战 胜 1 表 面 活 性 剂 在 工 业 中 的 应 用 [J ]1 日用 化 学 品 科 学 ,2000 ,23 (1) :35~ 37.[5 ] 张 卫 东 1J - 50 油 井 破 乳 降 粘 剂 在 原 油 生 产 集 输 中 应 用效 果 分 析 [J ]1 油 田 化 学 ,1989 ,6 (2) :128~ 132.[6 ] 王 惠 敏 ,王 积 龙 1 化 学 降 粘 开 采 技 术 在 小 断 块 稠 油 油田 的 应 用 [J ]1 石 油 规 划 设 计 ,1996 ,2 :23~ 25.[7 ] 赵 福 麟 1 采 油 化 学 [M]1 东 营 :石 油 大 学 出 版 社 ,1989 :149~ 152.[8 ] 贝 歇 尔 1 乳 状 液 理 论 与 实 践 [M]1 北 京 :科 学 出 版 社 ,1978 :97~ 98.[9 ] 陈 艳 玲 ,胡 江 ,张 巧 莲 1 垦 西 特 稠 油 化 学 降 粘 机 理 的 研究 [J ]1 地 球 科 学 — 中 国 地 质 大 学 学 报 ,1998 ,23 (6) :605~ 609.[10 ] 王 诗 中 ,余 五 星 ,郑 南 方 ,等 1 超 稠 油 高 温 降 粘 降 阻 技术 及 其 应 用 [J ]1 石 油 钻 采 工 艺 ,2002 ,24 (3) :62~   姜   岭大 天 9 - 1 井 石 炭 系 地 层 产 出 凝 析 油这 是 一 个 罕 见 的 地 质 问 题 。 重 庆 垫 江 石 炭 系 碳 酸 盐 岩 气 藏 ,本 质 上 属 干 气 藏 ,大 面 积 区 域 都 是 如 此 。在 大 天 9 - 1 开 发 井 定 向 侧 钻 至 井 深 2 270 m ,进 入 石 碳 系 目 的 层 ,经 固 井 射 孔 测 试 结 果 ,天 然 气 产 量 为 16× 104d ,令 人 奇 怪 的 是 同 时 产 出 凝 析 油 316 t/ d。 再 经 大 型 酸 化 作 业 后 ,放 喷 测 试 结 果 仍 然 油 、 气 同 产 ,且 产 量 均 大 幅 度 提 高 ,气 产 量 为 73 × 104d ,产 凝 析 油 16 t/ d ,且 油 气 井 处 于 低 压 高 产 状 态 。 对 于 这 种 罕见 的 异 常 地 质 现 象 ,仍 有 待 做 出 科 学 的 地 质 解 释 。吴 月 先   供 稿49                         特 种 油 气 藏                                       第 11 卷© 1994 (1. 30074 , 2. 24010 , of in on of of in in to is in 4 of 0 %. At is of is in of u - 34000 , as an in of of of in to of u - J a , o. , 57231 , by be to It is to a of of is by of 24010 , by is on i. e. , , 1994 , is a is to a to of of 10065 , of on is of is is to In of it in of of by i - 39363 , In in is by of is is of on of i - o. , 57000 , of of of is in It is of be to to of by 2 e - . 00083 , 2. 00286 , of of by 2 is
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