辛基酚聚氧乙烯醚羧酸钠对塔河稠油的降黏作用研究

王 雷，朱晓明，冉云令，韩胜霞

(1.中国石化西北油田分公司 石油工程技术研究院，新疆 乌鲁木齐 830011； 2.中国石油大学(华东) 石油工程学院，山东 青岛 266580)

辛基酚聚氧乙烯醚羧酸钠对塔河稠油的降黏作用研究

王 雷1，朱晓明2，冉云令2，韩胜霞2

(1.中国石化西北油田分公司 石油工程技术研究院，新疆 乌鲁木齐 830011； 2.中国石油大学(华东) 石油工程学院，山东 青岛 266580)

通过丙酮溶剂法合成了降黏剂辛基酚聚氧乙烯醚羧酸钠(RJY-8)，考察了其在不同条件下的热稳定性和耐盐性，降黏剂质量分数、油水比、温度对其降黏效果的影响，以及助溶剂、聚合物对它的降黏增效作用，得到了适应于塔河稠油的降黏配方。结果表明：RJY-8具有较高的热稳定性，在高盐地层水中仍能保持优异的界面活性；增大RJY-8用量、降低油水比以及升高乳化温度均可提高塔河稠油的降黏率；尿素及部分水解聚丙烯酰胺均可提高RJY-8的降黏效果，二者复配使用能降低降黏剂的成本。因此，选用RJY-8与部分水解聚丙烯酰胺、尿素复配作为塔河稠油的降黏配方。

辛基酚聚氧乙烯醚羧酸钠；稠油降黏剂；高温耐力；高盐耐力

我国新疆的塔河油田有丰富的稠油资源，目前中石化轮古项目组和新兴石油公司在塔河油田年产稠油分别为150万t和200万t，同时在桑塔木油田的某些区块也有高产的稠油井。

同东部稠油油藏不同，塔河油田和桑塔木油田的稠油井底温度高(一般为108～128 ℃)、地层水矿化度高(含盐量均高于2×105mg/L,钙镁离子含量高于104mg/L)，因此，适合这2个地区的稠油降黏剂应具有较高的耐温能力和较强的耐盐能力。此外还应满足使用浓度低、乳状液静止时能较快分层(以不影响产出液处理为限度)等要求。

稠油降黏剂的主要成分是表面活性剂。目前，石油皂型、环烷酸盐型、磺酸盐型表面活性剂是研究较多的稠油降黏剂[1-7]，成本低使其具有较为广阔的应用前景。然而，以上降黏剂均需与一定的碱性物质复配使用，才能对稠油有较好的乳化降黏效果,而添加碱性物质会导致采出液破乳困难、黏土膨胀、井筒结垢等后果,给油田生产带来不利的影响[8-9]。

为满足塔河稠油降黏剂耐温耐盐的要求，合成了一种非离子-阴离子型两性表面活性剂辛基酚聚氧乙烯醚羧酸钠(RJY-8)作为稠油降黏剂，考察了其耐温耐盐性能，并以此为基础优选出了适合塔河稠油的降黏体系。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

药品：辛基酚聚氧乙烯醚-4(江苏省海安石油化工厂，工业品)；丙酮、氯乙酸、氢氧化钠(均为分析纯试剂)；尿素(黑龙江大庆石化公司)；疏水缔合聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺、聚氧乙烯吡咯烷酮、阳离子淀粉(胜利油田提供)。

仪器：BrukerV33红外光谱仪(德国布鲁克)；JYW-200A自动界面张力仪(承德大华试验机有限公司)；Brookfield黏度计(美国博勒飞)。

油样：塔河LG15-1、LG15-2、LG15-11稠油，其黏温数据见表1；水样：塔河油田污水，主要组成和性质见表2。

表1 塔河稠油的黏温数据

表2 塔河油田污水试验数据[10]

1.2 降黏率测定方法

准确称取一定量的塔河稠油置于烧杯中，将一定量的降黏剂溶于定量的模拟塔河油田水(按表2中离子组成配制，总矿化度为234 260.5 mg/L)中并使其完全溶解，再将溶液倒入稠油中并将烧杯放入恒温水浴锅中进行搅拌,乳化一定时间，停止搅拌后使用Brookfield黏度计测定黏度。

2 结果与讨论

2.1 RJY-8的制备与表征

将250 mL三口烧瓶置于水浴中，取适量辛基酚聚氧乙烯醚-4(JY-8)倒入三口烧瓶内，开动搅拌器，缓慢加入研成粉末的氢氧化钠，进行碱化反应。1 h后，按n(丙酮)∶n(JY-8)=5∶1的比例加入丙酮，再缓慢加入适量氯乙酸，进行亲核取代反应0.5 h。调整水浴温度至45 ℃，反应3 h。再将水温调至56 ℃，使大部分丙酮蒸出，得到黄色膏状混合物，即为辛基酚聚氧乙烯醚羧酸钠RJY-8。使用Vector33红外光谱仪对JY-8和RJY-8进行了红外测定，结果如图1所示。由图1可以看出，对于RJY-8，1 631 cm-1处有-COONa的强吸收峰，而JY-8在1 631 cm-1没有强吸收峰，说明制备反应成功将-COONa引入到了JY-8分子中。

图1 RJY-8和JY-8的红外光谱

2.2 RJY-8的热稳定性评价

将1%的RJY-8密封于安瓿瓶中，在150 ℃条件下热处理48 h，通过滴定法[11]测定热处理后的表面活性剂质量分数，发现RJY-8的保留率为100%；在250 ℃条件下热处理12 h，其保留率为97%；在300 ℃条件下热处理3 h，其保留率依然为95%。由此可以看出，RJY-8具有高的热稳定性，能够在塔河油田地层条件(108～128 ℃)下使用。

2.3 RJY-8表面张力测定

向一定量的RJY-8中加入不同质量浓度的氯化钠溶液，用JYW-200A自动界面张力仪通过吊环法测定了不同质量浓度的RJY-8氯化钠溶液的表面张力，结果如图2所示。可以看出，在表面活性剂溶液中加入5×103～20×104mg/L氯化钠，对表面张力影响不大，且随着氯化钠质量浓度的提高，RJY-8的界面活性有增强的趋势，说明RJY-8在高盐地层水中具有优异的界面活性。

图2 不同质量分数RJY-8的盐水溶液的表面张力曲线

2.4 RJY-8对塔河稠油的降黏性能

2.4.1 降黏剂质量分数对降黏效果的影响 将塔河稠油与不同质量分数的降黏剂溶液以6∶4的体积比混合，在60 ℃条件下测降黏率，结果见表3。

表3 RJY-8质量分数对降黏效果的影响

注：乳化状况：“―”表示原油在活性剂溶液中不分散，“+”表示原油在活性剂溶液中以大块状分散，“++”表示原油在活性剂溶液中以大油珠状分散，“+++”表示原油在活性剂溶液中以细小油珠分散；降黏率：“/”表示无法测定。降黏率是指加入降黏剂后原油黏度的降低值与原始黏度之比。

可以看出，当降黏剂的质量分数小于等于1%时，降黏剂对塔河原油有好的降黏效果，但只能形成水包油的粗分散体系。当降黏剂的质量分数增至3.5%时，可形成水包油的细分散体系，其降黏效果很好。通过显微镜观察到的乳状液形态(图3)也验证了以上结果。由此说明增大RJY-8的质量分数可以增强其对稠油的乳化能力，提高降黏率。

图3 乳状液的微观形态(图中标尺长度为10 μm)

2.4.2 油水体积比对降黏效果的影响 由上述实验结果(表3)可知，降黏剂质量分数升至0.5%时，原油即可被较好地乳化。为降低降黏剂使用成本，在降黏剂质量分数为0.5%的条件下考察油水体积比对降黏效果的影响，实验结果如表4所示。

表4 油水体积比对RJY-8降黏效果的影响(60 ℃)

表4说明，当油水体积比小于7∶3时，降黏剂对塔河原油有很好的降黏效果，当油水比为5∶5时，降黏效果最佳。随着油水比的增大，单位面积油水界面膜上的降黏剂分子减少，分布不均匀，使得乳化效果变差，降黏率降低[12-13]。考虑到降黏效果与成本因素，选择最佳油水体积比6∶4。

2.4.3 乳化温度对降黏效果的影响 在降黏剂质量分数为0.5%的条件下，以6∶4的油水体积比将降黏剂溶液和原油LG15-2混合，不同乳化温度条件下观测的乳化状况及降黏率见表5。

表5 乳化温度对RJY-8降黏效果的影响

表5 说明，当乳化温度高于50 ℃时，降黏剂对塔河原油有好的降黏效果，温度越高降黏率越高。一方面温度升高有利于表面活性剂分子活性的增强，能够形成较好的油水界面膜；另一方面，较高的温度使得原油流动性增强，黏度降低，油水两相更易混合成为一相。因此，升高温度有利于提高降黏剂的降黏效果。

2.5 RJY-8降黏性能的改进

由于表面活性剂降黏剂成本较高，为降低其使用浓度，研究了助溶剂和聚合物对RJY-8的降黏增效作用。

2.5.1 助溶剂对RJY-8的降黏增效作用 通常认为助溶剂能改善表面活性剂的水溶性，因而使其界面活性提高[14]，但这些规律是在低盐含量情况下总结出来的。在高盐含量的介质中，由于助溶剂和无机盐对表面活性剂的作用是相反的，因此助溶剂对界面活性的影响与上述规律并不一致。

常用的助溶剂有N,N-二甲基甲酰胺、尿素、二甲苯磺酸钠等。试验了60 ℃、油水比为6∶4条件下不同质量分数尿素/RJY-8复配体系对LG15-2稠油的降黏情况，结果见表6。可以看出，w(RJY-8)=0.4%与w(尿素)=3%复配组成的降黏剂配方，对LG15-2塔河稠油有较好的降黏效果，其降黏率可达99%以上。这说明，在高含盐的介质中，尿素明显增强了RJY-8的界面活性，改善了降黏效果。

表6 尿素对RJY-8降黏效果的影响

2.5.2 聚合物对RJY-8的降黏增效作用w(表面活性剂)=0.4%与w(尿素)=3%组成的配方虽然对LG15-2稠油有较好的降黏效果，但存在使用浓度较大、成本较高的问题。鉴于此，对RJY-8的降黏性能作进一步改进。

将聚合物加入表面活性剂的水溶液中，可以影响表面活性剂的物理化学性质，使溶液的表面张力、临界胶束浓度、聚集数、水溶液增容量等发生变化，从而影响其使用性能[15-17]。

在“0.4%RJY-8+0.5%尿素”体系中加入不同质量分数的聚合物，60 ℃、油水比为6∶4条件下测试其对LG15-2稠油的降黏效果，见图5。

图4 不同聚合物对RJY-8降黏效果的影响

从图4可以看出，在“0.4%RJY-8+0.5%尿素”体系中添加疏水缔合聚丙烯酰胺和部分水解聚丙烯酰胺后，降黏效果明显得到改善，而添加聚氧乙烯吡咯烷酮和阳离子淀粉，则对降黏效果没有影响。

虽然疏水缔合聚合物对RJY-8的增效作用略强于聚丙烯酰胺，但由于其价格较高，因此选择部分水解聚丙烯酰胺用作稠油降黏剂的助剂。

60 ℃条件下测试了不同分子结构的部分水解聚丙烯酰胺对RJY-8降黏性能的影响，结果见表7。

表7 不同分子结构的聚丙烯酰胺对RJY-8降黏效果的影响

注：所用降黏剂配方：w(表面活性剂)=0.4%,w(尿素)= 0.5%,w(HPAM)=0.01%。

从表7可以看出，部分水解聚丙烯酰胺的增效作用与分子量有关，高分子量的部分水解聚丙烯酰胺增效效果差，低分子量的部分水解聚丙烯酰胺增效效果好。这可能是因为当部分水解聚丙烯酰胺分子量过大时，其分子链段过长而导致相互缠绕，使得乳状液黏度增大。因此，应选用“0.4%RJY-8+0.5%尿素+0.01% HPAM(分子量700万)”构成降黏配方，以达到稠油降黏开采的目的。

3 结 论

(1)RJY-8具有较高的热稳定性，在高盐地层水中仍能保持优异的界面活性，可以在塔河油田地层条件下使用。

(2)增大RJY-8用量可改善塔河稠油的乳化效果，提高降黏率；增大油水比不利于降黏率的提高；升高乳化温度有助于提高降黏率。

(3)尿素可提高RJY-8的降黏效果，但无法显著降低RJY-8的使用成本；配方“0.4%RJY-8+0.5%尿素+0.01% HPAM(分子量700万)”对塔河稠油的降黏率几乎可达99%，而且可大大降低降黏剂的使用成本。

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责任编辑：董 瑾

2014-12-17

山东省自然科学基金项目“具有边界层和体相水流流动状态调控作用的低渗透油藏降压增注技术研究”(编号：ZR2012EEM007)

王雷(1976-)，男，高级工程师，主要从事油气田开发研究工作。E-mail：wangleiswpi@163.com

1673-064X(2015)03-0077-05

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