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稠油的类乳化复合降粘作用机理30962934

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乳化 复合 作用 机理 30962934
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第19卷第4期 油 田化 学 9 1111生!!曼!!! 坌塑塑曼!!墨!!!坚 翌罂:竺些.文章埔号:1000—4092(2002)04—0311风山,吴瑾光(北京大学化哔与分子工程学院,北京100871)摘要:讨论了油水乳状液的粘度与水外相体积分敷之闾关系的3种理论论式(真宾扎状泣的吝种点索类型,包括极少量水与油形成的桩心.密:状流。提出在稠油中加入少量的术、油溶性降粘荆、扎化荆。使稠油形成油相不易泉蛄的水外相类扎状液,烈大大肇低拥油粘度的方法井讨论了涉压的机理。将50℃、63.5 s.1下粘度>17.8的胜刺乐鲁稠油与加有0.1%特制扎化荆、0 05%油溶性共聚物降粘刑畚。油水体积出奇烈为8.5:1.5和8.0:2.0。药荆加量以赫荆与稠油的质量比表示.形成的类乳状液.々粘度分别为673.2和241.5 0℃.儿3.5 5叫),降粘率分别为96.6%扣98.8%:1.5.5%,轧化舟%.温度50~80蝶油代替水,在74%时6~73,57 6—8.4可见,要使稠油(不管它的粘度多么高)乳化后能够降粘,必要条件是乳化后形成O/充分条件是稠油在乳状液中所占的体积分数(或油水体积比)不太大,否则,即使形成O/的粘度也会很高。采用乳化降粘技术开采稠油时,稠油与水的体积比一般为70:30~80:20,按7珊约为130~600。2类乳化复合降粘原理2.1乳状液类型按照,5],大小相同的园球最紧密堆积时,球体体积只能占总体积的74.02%,其余25.98%是空隙。对于乳状液,分散相体积分数大于0.74时,液滴堆积的紧密程度已经超过其最大可能值,必然导致乳状渡的破坏或变型。著分散相体积分数在0.26~0.74之间,W/两种类型的乳状液均可形成;小于0.26或大于0.74时只能形成一种类型的乳状液。事实上,真实乳状液的液滴大小是不同的,小液滴可充填在大液滴的空隙之间。使内相体积分数超过0.74。当内相体积分数很高时,分散相可被挤成大小和形状不同的多面体,此时内相体积也可大大超过74%。根据文献【3,副报道,比较极端的例子是石蜡油.水乳状液的内相油含量高达99%时仍为O/据状液的粘度主要与外相牯度和内相体积分数有关。按复合降粘方案,虽然水外相体积不到20%(一般为10%~15%),但借助于特殊的表面活性剂仍可制备出一种倾向或类似于O/粘度介于水与稠油之间。若形成的是W/粘度将高于稠油。2.2乳化剂加量形成稳定乳状液的条件之一是有足够量的类型合适的乳化剂。目前,稠油乳化降粘工艺所用乳化荆多为阴离子和非离子型表面括性剂的混合物,加量一般为0.5%^一1.0%。按本文复合降粘方法要求,特制乳化剂的加入量仅约0.1%,体系粘度较低也较稳定,乳化剂量过多或过少都不能获得好效果,这与单纯的O/分析并检测,如此低的乳化剂加量不足以使体系形成O/不可能形成W/是形成介于O/之间的过渡型乳状液(类乳液)。这种类乳液体系稳定性不商,但粘度也不高,正好符合稠油开来的工艺要求。2.3相粘度的变化经典的乳状液理论认为,乳状液的粘度仅与外相的粘度和内相的体积分数有关,面与内相的粘度无关[1]。采用复合降牯方法得到的是非O/的过渡型乳状液,50℃时其粘度虽远低于稠油(降粘率在96%左右),但却远高于水(505 s)和O/'为典型同条件下降粘率应为98%)。由此可认为这种类乳液的粘度与内相(即稠油)的粘度有关,这与典型乳状液是不同的。其实,真实的稠油/水乳化体系不会是单一的二万方数据第19卷第4期 周风山.吴瑾光;稠油的类乳化复台降粘作用机理 313相体系[61,文献[7、8]在研究稠油/水乳状液形态时都拍摄到了o/w/o/样的体系,其牯度绝不会与内相粘度无关。文献【9]在研究单家寺稠油/水乳状液的粘度时。发现用反演的方法求得的不具有原来的物理意义(外相粘度)。因而可以认为,对于这种过渡型乳状液和具有复台内相结构的乳状液,于内相粘度如何影响乳状液粘度,由于实验手段有限,未进行深入探讨。2 4复合降粘稠油体系的微观结构仔细分析复合降粘工艺的实施过程和结果可以看出,携带有油溶性降粘剂乳化液滴的水溶液在井底与稠油接触后。由于水相体积分数太小、乳化剂加量太少,不能使稠油与水形成O/V【,乳状液,而是在井底高温作用下破乳,预乳化在水中的油溶性降粘剂与水相分离并与稠油中一些组分相互作用,使稠油粘度降低。分离出的水成为自由水或游离水,在与稠油一起上升的过程中与稠油形成“水套油心”、“悬浮油”或“水漂油”,局部可能形成O/为复合降粘所用乳化剂均为O/这种体系是一种介于O/之间的过渡型乳状液(更倾向于O/其粘度很低(但高于O/可以达到使稠油降粘的目的。用少量的水或活性水与稠油形成的“水套油“或“悬浮油”这样的核心.环状流(输送高粘稠油在国内外都有先例“献[10]报道,在委内瑞拉的一条203 水通过形成核心.环状流就能输送粘度为1.1×105 现对每一个油流速度,都存在一个压力梯度较低的最佳含水量,这个最佳值约为8%~12%。可见。用少量的水携带油溶性降粘剂通过井下条件的改变形成内相粘度较低的倾向于O/状流低粘体系,是复合降粘工艺舶主要降粘机理。3类乳化复合降粘作用特性在某些特定条件下,以稀油作为携带液将油溶性降粘荆带入井下在经济上是合算的。但在多数情况下,以稀油作为携带液并不经济.必须考虑以水为携带液将油溶性降粘剂带人井下实现复合降粘。这种复台降粘方式所用的携带液(水)量仅为15%~20%。不足以产生稳定的乳化降粘作用。按照传统的乳化降粘理论[1,6,71,加水量小于30%时就会形成W/度将大于油相粘度,即会使体系增粘。但在本文的研究条件下并未出现这种情况,反而使体系具有更低的粘度。以胜利油田乐安区块的稠油为例研究以水为携带液时种油溶性降粘剂,化学成分为马来酸酐、苯乙烯、丙烯酸酯三元共聚物,实验室制品)对稠油的复合降粘特性。采用转子系统,112 r/3.5 8.1)测定的乐安稠油在不同温度下的粘度如下(>表示超出量程):50℃下>17 800 s.60℃下14 288 s,70℃下5 417.1 下实验研究中降粘剂%表示。3.1 降粘剂加■对降粘效果的影响从图粘剂加量较少时,降粘率随当加量超过一定量后。降粘剂大分子反而起增粘作用,约在0.05%时具有较好的降粘率。这一结果与用油作携带液时的结论是一致的。奄釜饕圈l 0水体积比5。乳化荆加量0.I%,牯度捆定时剪切速率63.5。“3.2乳化剂加量对降粘效果的影响单纯的乳化降粘就是将乳化剂溶解到水中制成活性水,将活性水注入井下使之与原油形成O/生产经验看,要达到较好的阵牯效果.需使用大量的乳化剂(1%~5%),这将大大提高采万方数据314 油田化学 2002年油成本,而且采出的稠油很难破乳脱水。本文设计仅用微量的特定乳化剂并配合油溶性降粘剂就能达到降粘目的。表2反映复合降粘时乳化剂的使用极限。表2乳化剂加量对降粘效果的影响’*油水件租比8.5/1 5,降粘荆5%。当乳化剂加量为0.05%时,稠油无法与水形成乳状液,因而不能降低稠油的粘度。值得注意的是,乳化剂加量为0.1%时的降粘效果反而比0.2%时好,这一现象与纯粹的乳化降粘不同,与微乳液降粘也是不同的…J。这也显示了本文降粘方法的独特性与可行性。出现此现象的原因可能是降粘剂油的粘度已经降低,用微量的乳化剂就能比较容易地与水形成类似O/而使粘度大幅度降低。根据此实验结果,选用特定乳化荆加量为0.1%。3.3油水比对降粘效果的影响根据前人研究及油田现场应用情况[1,12,13】,采用乳化降粘方法时要形成稳定的O/水体积比必须小于"//3,也就是要有足够量的水。通过多次实验发现,采用复合降粘方法可以大大提高这一比例(即加大油量),结果见表3所示。衰3油水体积比对降粘效果的影响‘*降粘剂5%,乳化刑加量0 1%。从表3看出,温度较低时,是符合乳化降粘机理的。但是当温度升高时,油水体积比小的乳状液却发生破乳,这是由于这些乳状液含水量较大,在微量乳化剂作用下与稠油形成的O/者形成的是水外环,温度升高或时间延长都会导致分散的小油滴重新聚集成团。选用油水体积比为8.5/1.5。3.4温度对降粘效果的影响从降粘剂加人温度对稠油粘度的影响(表4)可以明显看出,加入温度为60℃时降粘效果最好。在温度较低时(降粘荆不能与稠油充分作用,在温度较高时所形成的类乳状液逐渐趋于不稳定,原本分散开的小油滴有聚集趋势,粘度逐渐升高。直至乳状液最终破乳。囊4加入沮度对稠油粘鹰的影响温度/'C 50 60 70 舯113 5 673.2 427.6 299 3 不稳定降牯率/% 96.6 97.0 94.5*降粘剂5%,乳化剂加量0 1%。3.5降粘方案的比较以等量的煤油和水分别将较其降粘效果(图2)。粘度值系用转子系统,200 r/13.55%。以水为携带液时稠油、水体积比为8.5/1.5,乳化荆加量0.1%;以煤油为携带液时稠油、煤油体积比为8.5/1.5。从图2可以看出,以水为携带液时击0 70 80温度/℃图2不同降粘方案的温粘曲线比较降粘剂5%1一体积比8.5/1.5的稠油/煤油体系{2一体积比8.5/1.5的捌油/插性水悻摹,乳化荆加量0.I%由以上实验研究结果可见,复合降粘方案在技术上是合理可行的。用该法开采稠油将会改变传统的井简掺稀油降粘开采方式。从而节约大量稀油资源。降低稠油开采成本,为生产单位带来巨大的经济效益。万方数据第19卷第4期 周风山,昊瑾光:稠油的类乳化复合降粘作用机理 3154结论(1)本文提出的复合降粘技术使用特定的乳化剂和油溶性降粘剂,与稠油形成的类乳状液体系具有较低粘度和一定稳定性,该技术可用于稠油化学降粘开采。(2)在少量表面活性剂水溶液作用下,稠油在井下形成核心.环状流低粘体系是复合降粘工艺的主要降粘机理。(3)按复合降粘方案,当油水体积比8.5/1.5,水相中特定乳化剂加量0.1%,添加5%,在50时可使胜利乐安稠油降粘率达到97%以上。参考文献:[I]赵福辩.呆油化学[M】.山东东营:石油大学出版社.1994.149一152.【2]赵国玺.表面活性剂物理化学[M】北京:北京大学出版社,1984.384~388.子锌,樊西惊腔体与界面化学原理及其应用[M】.武汉:湖北科学技术出版社。1994.406]阵茂涛,于书平。王满学.等.O/流变性研究[J]油田化学,1991,8(2):137一142.[5]周粗康.顾悔人,马季铬腔体化学基础[M].北京:北京大学出版社,1987:295—311.[6]马宝岐,吴安明油田化学原理与技术[M]北京:石油工业出版杜.1995.218—222.【7]于大森.黄越章。踪权.原油叫。乳状瘟流变形态与机理研究[J】.抽田化学.1992.9(4):348—351.【8]张劲军,严大凡.单家寺原油/水乳状撒流变性的研究[A],石油大学稠油研究论文集[c].东瞀:石油大学出版社,1990.[9]乌亚男.徐捧清,杨劲.单家寺稠油脱水脱盐研究[A】,石油大学稠油研究论文集[c].求营:石油大学出版社,1990【10].J,ot"c]989.【咏梅.王插慧,俞蒜慵.石油磺酸盐件系中相徽}]物理化学学报.2000.16(8):724—728.【12]韩发瞢.高牯厚袖集输工艺韧探[J].油田地面工程.1989,8“):163]棣军.赵建,崔荚怀.吐玉克深层疆油开发方式研究[J】.吐暗油气,1999.4(1):22il 啪U d^,s s in /W c. of m he of /W in f b wh∞of he a" e’i,of 7.8 0"C 3.5 %.05%SA in ma∞0℃.5:1.5 .0:2.0 23.2 41.5 0℃13.5 s“%8.8%.嘴of .,:1.5。.05%of %0一80℃。0℃}le f .01%卅.I%'.05一O.1%)..5:1.5—7.0:3.O)t 0)he be of t}in w/周风山, 吴瑾光作者单位: 北京大学化学与分子工程学院,北京,100871刊名: 油田化学英文刊名: (期): 2002,19(4)被引用次数: 7次参考文献(13条)油化学 面活性剂物理化学 体与界面化学原理及其应用 /991(02)体化学基础 田化学原理与技术 油/水乳状液流变形态与机理研究 1992(04)家寺原油/水乳状液流变性的研究 家寺稠油脱水脱盐研究 an 油磺酸盐体系中相微乳液研究[期刊论文]000(08)粘原油集输工艺初探[期刊论文]989(04)玉克深层稠油开发方式研究 1999(01)相似文献(10条)油井筒化学降粘技术室内试验及现场应用 8(3)东辛油田辛73、辛100为高矿化度、特超稠油断块油藏,实验室研究的基础上进行了稠油井筒掺活性剂水溶液的井筒化学降粘工艺试验,应用结果表明,该技术不仅可解决稠油井筒举升的难题,同时可解决地面输送困难的问题,新军 塔河油田重质稠油外输化学降粘工艺技术研究 2006油田外输稠油胶质沥青质含量高、粘度高、密度大,原油流动性差、管道输送非常困难。由于受稠、稀油分采分输的限制,不可能采用掺稀油输送工艺,掺水及掺水乳化输送工艺不适于净化稠油的外输,而加热降粘工艺又存在着安全问题,所以稠油和重质油外输化学降粘工艺技术的研究就显得格外重要了。本课题针对塔河油田外输稠油特性及其集输现状,围绕塔河油田外输稠油化学降粘剂的开发和塔河油田外输稠油加剂前后的宏观性能、微观形态及其主要影响因素,开展了大量的基础实验研究,进而进行了塔河油田外输稠油化学降粘输送模拟实验研究,探讨了塔河油田外输稠油化学降粘机理,形成了一套可供其它稠油化学降粘研究参考的方法。油化学降粘研究进展 3(23)化降粘、油溶性降粘剂降粘、井下水热催化裂化降粘、微生物法降粘等)的研究与应用,出油溶性降粘剂的研究思路:在降粘剂分子中引入稠环芳香基团、具有表面活性基团、含氟表面活性剂基团,幼强 稠油油田自生学降粘复合吞吐技术研究 2008根据大港油田采油工艺研究院2006年4月份的《大港油田稠油油藏储量潜力调查》报告显示,而稠油年产量只有69万吨,因此,改善稠油油藏的开发效果已成为大港油田公司开发上产的重要工作内容。虽然注蒸汽开采稠油是目前提高稠油开发效果的有效吞吐之一,但该项技术属于热力采油范畴,由于要求严格,技术性很强,在应用范围和经济上受到限制。2006年油田公司研究中心稠油热采潜力调查表明,大港油田绝大部分稠油区块不适合热采(块小、层薄,井深、产能低、出砂、底水、低渗等),只有枣35断块、孔102和羊三木三断块馆一油组等初步具备热采条件,稠油储量仍需依靠冷采技术实现开发动用。本文利用自生为适合大港油田油层特点和原油物性。通过研制出适用于稠油冷采的复合吞吐体系,利用化学剂在地层中自生到既能降低原油粘度,又能降低界面张力和溶解气驱替原油的作用,同时与化学降粘剂复合,提高降粘和驱替协同效应,有效改善稠油在地层中的流动性,形成了适合于大港油田的提高稠油油藏原油流动性的吞吐工艺技术。该技术受技术、成本等因素影响,尚处于研究试验阶段,工艺适应性和有效性有待于进一步完善和提高,提高稠油油藏采收率工作任重而道远。油化学降粘方法研究进展 1(3) 综述稠油化学降粘方法(井下水热催化裂化降粘、表面活性剂降粘、油溶性降粘剂降粘、降凝剂降粘)的研究与应用,阐述了这些化学降粘技术作用机理和存在的问题,飞 稠油化学降粘在塔河油田六、十区的替代应用 (5)塔河油田六、十区属于超稠油区块,目前的稠油开采方式主要有掺稀油降粘、电加热降粘、油掺稀生产需要的稀油资源出现了较大缺口,而电加热降粘虽然技术比较成熟,效果较好,但用电量大、成本高,因此使用降粘剂替代稀油进行稠油掺稀生产,减少掺稀油用量,能有效解决稀油资源短缺的难题,油化学降粘技术研究进展 8(3)综述了稠油开采、集输和管道输送中使用的化学降粘剂(主要是油溶性聚合物降粘剂)油溶性降粘剂降粘技术:原理,降粘剂结构特点及国内油田应用于稠油井采油的一个实例.②油溶性降粘剂:发展简史,结构类型(主要为共聚物降粘剂)及国内外现场应用的11种商品降粘剂(10种用于长距离管输,1种用于稠油井生产).③在我国油田的应用问题:集输,水乳化降粘(使用水溶性乳化剂),作为辅助手段的油溶性降粘剂,稠油改质降粘.④研究中存在的问题与方向:油溶性降粘剂的作用机理及合成中的新思路,适当结构的降粘剂与表面活性剂的复配,油化学降粘开采工艺动态管道流动模拟实验研究 2006采用流体动态管道流动模拟评价实验装置,分别对比评价了辽河油田曙光采油厂1702井稠油,采用掺稀油和化学降粘两种开采工艺条件下的管道流动参数变化(降粘率、减阻率、摩阻系数等)油掺稀油(1:1比例)降粘率为96%,而稠油化学降粘(油水比为6:4)稠油掺稀油(1:1比例)稠油化学降粘(油水比为6:4)综合分析认为,静 稠油化学降粘技术及机理研究 2005稠油是指粘度高、相对密度大的原油,由于其流动性差,给稠油的开采和输送提出了巨大的挑战。由于采用降粘剂降粘具有操作容易、用量小、成本低、对原油加工无影响等优点,已引起广泛的关注。本文以塔河稠油为例,通过室内实验对稠油添加降粘剂处理技术进行了研究,其主要内容如下:1、对稠油流变性进行了系统的实验分析,发现稠油的粘温曲线可用温度降低稠油体系中胶体结构逐渐增强,并且热处理温度对稠油低温下的粘度没有任何影响。2、对稠油添加降粘剂处理技术进行了研究,发现分子结构中含有多种极性官能团的多元聚合物对稠油有较好的降粘效果;通过不同结构类型的降粘剂之间的复配,可提高油溶性降粘剂对稠油的适应性;通过降粘剂与合适的表面活性剂之间的复配,可增加对稠油胶体结构的分散性,提高降粘效果。3、影响降粘剂降粘效果的外部因素很多,包括溶剂种类、加剂量、加剂温度等对其效果的发挥都有影响。实验确定了最优加剂条件,并对其影响机理进行了分析。4、稠油体系中含有由胶质稠油成为一种多分散的胶体系统,是引起稠油体系高粘的根本原因。通过对加剂前后稠油流变性、透射电镜图像以及现油溶性降粘剂作用于稠油后,改变了稠油的微观结构,从而导致粘度的降低。由此,进一步提出了油溶性降粘剂的作用机理,为开发更为高效的油溶性降粘剂指明了方向。油冷采配套技术在深西稠油油藏的应用 套化学预处理地层、井筒化学降粘、地面换热输送、油管锚定、螺杆泵优化、螺杆泵转速确定、变频控制、原油处理、自动控制等工艺,成功地开发了泽70(特))04吨,单井连续生产时间最长的达2515天,条)刊论文]008(1)油化学降粘方法研究进展[期刊论文]007(3)油化学降粘研究进展[期刊论文]005(23)稠油水热裂解反应催化剂及其载体的研制[学位论文]博士 河油田杜84块超稠油抗高温降粘剂的研制及现场实施方案设计[学位论文]硕士 河冷家油田特稠油降粘剂刊论文]学版) 2004(5)溶性稠油降粘剂研究进展[期刊论文]004(2)本文链接::中国地质大学(授权号:010年9月9日
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