风城超稠油强亲油弱亲水降黏体系

贺丽鹏丁彬耿向飞罗健辉刘勇

1.中国石油集团科学技术研究院；2.中国石油天然气股份有限公司纳米化学重点实验室；3.中国石油新疆油田分公司风城作业区

风城超稠油强亲油弱亲水降黏体系

贺丽鹏1，2丁彬1，2耿向飞1，2罗健辉1，2刘勇3

1.中国石油集团科学技术研究院；2.中国石油天然气股份有限公司纳米化学重点实验室；3.中国石油新疆油田分公司风城作业区

针对风城超稠油在蒸汽吞吐生产中后期低温条件下开采效果较差的现状，引入了活性大分子降黏剂辅助蒸汽吞吐开采技术。以风城超稠油胶质、沥青质含量等主要物化性能为依据，设计制备了具有强亲油弱亲水特征的活性大分子降黏剂。模拟蒸汽吞吐工艺，室内评价显示降黏剂用量0.2%、油水质量比10∶3时，所形成O/W降黏体系初始表观黏度小于300 mPa·s，降黏体系静态稳定，降黏剂耐温高达300 ℃，与正相破乳剂TA1031配伍。现场试验显示开采温度低于60 ℃时，试验轮产油量比上一轮产量增加40.38 t，是上一轮产油量的2.27倍。研究结果表明活性大分子降黏剂可大幅降低风城超稠油表观黏度，特别是改善超稠油在低温条件下的流动性，有效延长蒸汽吞吐的低温开采时间，提升周期产油量，应用前景广阔。

超稠油；降黏剂；表观黏度；O/W降黏体系；蒸汽吞吐

新疆风城超稠油饱和分、芳香分、胶质和沥青质含量分别为54.06%、21.52%、23.86%和0.56%，胶质含量高且易凝固，20℃时黏度高至（5～50）×104mPa·s，目前主要采用蒸汽吞吐方式进行开采。如何有效降低风城超稠油表观黏度，增加蒸汽吞吐中、后期低温条件下的开采时间，对风城超稠油的高效开发具有重要意义［1］。化学降黏技术［2］（包括催化裂解降黏［3］、加碱降黏［4］、加油溶性降黏剂降黏［5］和加表面活性剂降黏［6-7］）由于具有经济成本低、工艺简单和适用范围广等优点，一直是稠油降黏领域研究的热点。课题组在前期的研究中［8］，研发出一种单一组分的活性大分子降黏剂用于将稠油颗粒在水中分散，可以有效阻止稠油颗粒的凝聚，从而达到降低稠油黏度，改善稠油流动能力的效果。笔者以风城超稠油物化性能为依据，通过优选功能单体，制备了具有强亲油弱亲水特征的活性大分子降黏剂CVR，模拟蒸汽吞吐工艺条件，在室内考察了CVR的降黏效果，并开展了现场试验，达到增产效果。

1　室内实验

Laboratory test

1.1实验材料与仪器

Test materials and instruments

风城超稠油，新疆油田风城作业区提供，活性大分子降黏剂CVR，自制；壬基酚聚氧乙烯醚（OP-10）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、正相破乳剂TA1031、异丙烯苯、丙烯酸辛酯、丙烯酸，偶氮二异丁腈（AIBN），工业品。

IKA Eurostar power control搅拌器，德国IKA；XMTD-6000电热恒温水浴，北京东方精瑞；Nicolet 6700傅立叶红外光谱仪，德国Thermol；Kanuer-7000分子量测定仪，德国KNAUER公司；R/S流变仪，美国Brookfield。

1.2实验方法

Test methods

（1）活性大分子降黏剂（CVR）制备。向反应器中依次加入质量分数为20% 的异丙烯苯、30% 的丙烯酸辛酯和50% 的丙烯酸，搅拌、升温至65℃，再加入2% 的引发剂AIBN，引发聚合4 h，即得到带有强亲油弱亲水基团的活性大分子降黏剂CVR。

（2）红外光谱分析。采用Thermo Scientific Nicolet 6700智能型傅立叶红外光谱仪测定，分辨率1 cm-1，扫描次数65次/s（数据点分辨率8 cm-1，谱图分辨率16 cm-1）。

（3）分子量测定。相对分子量由Kanuer-7000相对分子质量测量仪测定，采用VPO方法以水为溶剂，测定温度为45.0 ℃。

（4）O/W降黏体系制备及性能评价。O/W降黏体系的制备及性能评价参照中国石油天然气集团公司企业标准Q/SY 118—2013（水包油型稠油降黏剂技术规范）。

1.3现场应用流程

Workflow of field tests现场试验流程见图1。

图1　现场试验流程Fig. 1 Workflow of field tests

2　结果与讨论

Results and discussions

2.1活性大分子降黏剂（CVR）合成及表征

Synthesis and characterization of active macromolecular viscosity reducer （CVR）

齐邦峰［9］和Bosch［10］曾报道胶质成分主要为芳香稠环非烃化合物，常以大分子缔合体形式存在于稠油中，是高黏的本质原因。风城超稠油胶质含量极高，为23.86%。为此，根据相似相溶原理，优选出强亲油功能单体异丙烯苯，并选取弱亲水单体不饱和有机酸（酯）：丙烯酸与丙烯酸辛酯，制备得到活性大分子降黏剂CVR，反应式见图2。

图2　活性大分子降黏剂制备Fig. 2 Preparation of active macromolecular viscosity reducer

采用VPO法测得CVR相对分子量为9 260，明显高于普通降黏剂分子量。由CVR红外光谱（图3）可见，650～900 cm-1，1 450～1 650 cm-1，3 050～3 150 cm-1为苯环吸收峰；1 650～1 700 cm-1为C=O吸收峰，表明制备的活性大分子降黏剂CVR结构中同时含有苯基与酯基（羧基），与所设计结构一致。

图3　活性大分子降黏剂的红外光谱Fig. 3 Infrared spectrum of active macromolecular viscosity reducer

2.2室内评价

Lab assessment

考察了CVR、小分子降黏剂OP-10及SDBS对风城超稠油的降黏效果，结果见表1。

表1　不同类型降黏剂对风城超稠油的降黏效果Table 1 Performances of various viscosity reducers for ultra heavy oil in Fengcheng Block

从表1中可以看出，CVR与OP-10、SDBS相比，降黏效果好，所得O/W降黏体系不仅初始黏度低，且分散均匀较稳定。这是因为CVR分子中的亲油基团能有效吸附在超稠油表面，覆盖有CVR的稠油液滴在静电排斥作用下不易发生聚集；此外，CVR分子量较大，可与稠油颗粒形成较厚的亲水膜，导致一定时间内聚集的液滴数量减少，静态稳定性得以提高。室内评价CVR降黏体系静态稳定性，降黏剂的耐温性与配伍性，结果见表2～表4。

表2考察了不同油水质量比对O/W降黏体系静态稳定性的影响，可以看出，当油水质量比为10∶2时，降黏体系的初始表观黏度较大，稳定性差，静置1 d即发生破乳。当油水比为10∶3～10∶4时，所形成O/W降黏体系表现出良好的静态稳定性，静置15 d后表观黏度仍低于500 mPa·s。说明增大体系中水的含量可以有效降低降黏体系的初始表观黏度，并明显改善降黏体系的稳定性。当油水比达到10∶5～10∶9时，降黏体系稳定性保持不变，可稳定35 d以上，满足现场试验要求。

表3考察了CVR耐温性，结果表明：CVR在300℃下放置15 d以上，所制备降黏体系仍能保持均匀分散，体系黏度小于500 mPa·s，说明CVR具有良好的耐温性，这是因为CVR分子结构中有含苯结构

表2　不同油水比条件下所形成O/W降黏体系的稳定性Table 2 Stability of O/W viscosity-reducing system generated under different oil/water ratios

单元，使大分子结构在高温下不易被破坏。

表3　活性大分子降黏剂耐温性Table 3 Heat resistance of active macromolecular viscosity reducer

表4考察了CVR对破乳脱水的影响，结果表明：加入CVR的降黏体系，用正相破乳剂TA1031脱水后，油水界面齐，无挂壁现象。与未加CVR的体系相比，脱水率仅降低4.5%，说明CVR与TA1031配伍性良好，不影响后期破乳脱水效果。

表4　活性大分子降黏剂配伍性Table 4 Compatibility of active macromolecular viscosity reducer

2.3现场应用效果

Result of field tests

风城超稠油60℃时表观黏度为10 000 mPa·s，处于开采的临界状态，考察了采出液温度为60 ℃时的生产状况。如图4，在上一轮吞吐过程中，采出液温度下降缓慢，吞吐周期结束后采出液温度仍保持在60 ℃左右。而试验轮中采出液温度下降较快，吞吐生产20 d后，采出液温度降到60 ℃以下。

图4　采出液温度与生产天数关系曲线Fig. 4 Temperature of produced fluids vs. production days

如图5，当试验井出油温度高于60 ℃时，上一轮产油68.97 t，试验轮累计产油57.13 t，未得到提高；而当出油温度低于60 ℃时，上一轮产油31.75 t，试验轮累计产油72.13 t，增加了40.38 t，是上一轮产油量的2.27倍。表明CVR的加入可大幅降低风城超稠油的黏度，特别是改善超稠油在低温条件下的流动性，有效延长蒸汽吞吐的低温开采时间，提升周期产油量。

图5　不同轮次累计产油关系Fig. 5 Cumulative oil productions in different rounds

3　结论

Conclusions

（1）以风城超稠油物化性能为依据，优选强亲油和弱亲水单体，制备了活性大分子降黏剂CVR。

（2）CVR对风城超稠油降黏效果显著。一定条件下，降黏体系可以长时间保持静态稳定，CVR耐温性与配伍性良好，满足现场实际要求。

（3）现场试验表明，试验轮产油量明显增加，尤其在较低温度（60 ℃）条件下，产油量是上一轮产油量的2.27倍。

References:

［1］ ALBOUDWAREJ H， FELIX J， TAYLOR S. Highlighting heavy oil ［J］. Oilfield Rev， 2006， 18（2）: 34-53.

［2］ 范晓娟，王霞，陈玉祥，范舟. 稠油化学降粘方法研究进展 ［J］. 化工时刊，2007，21（3）：46-49. FAN Xiaojuan， WANG Xia， CHEN Yuxiang， FAN Zhou. Advances in chemical viscosity-reducing methods ［J］. Chemical Industry Times， 2007， 21（3）: 46-49.

［3］ WU C， LEI G， Yao C， JIA X. In situ upgrading extraheavy oil by catalytic aquathermolysis treatment using a new catalyst based anamphiphilic molybdenum chelateIn ［R］. SPE 130333， 2010.

［4］ KAZEMPOUR M， SUNDSTROM E， ALVARADO V. Effect of alkalinity on oil recovery during polymer floods in sandstone ［R］. SPE 141331， 2011.

［5］ 陈秋芬，王大喜，刘然冰. 油溶性稠油降黏剂研究进展［J］. 石油钻采工艺，2004，26（2）：45-49. CHEN Qiufen， WANG Daxi， LIU Ranbing. Research progress of oil-soluble viscosity reducer ［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2004， 26（2）: 45-49.

［6］ 李甫，梁爱国，廖先燕，黄玲，帕提古丽·亚尔买买提. 新疆稠油油藏复合吞吐技术研究与应用［J］. 石油钻采工艺，2013，35（6）：87-90. LI Fu， LIANG Aiguo， LIAO Xianyan， HUANG Ling，PATIGUL Yarmamat. Research and application of compound steam huff and puff technology for heavy oil in Xinjiang oilfield ［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2013， 35（6）: 87-90.

［7］ FAUST M， WEATHERS T. Biphasic viscosity reducers as production aida for viscous oils ［R］. SPE 141037， 2011.

［8］ 丁彬，杨宇尧，穆龙新，王平美，罗健辉. 委内瑞拉超稠油降粘体系静态稳定性研究 ［J］. 石油化工，2012，41 （8）：933-937. DING Bin， YANG Yuyao， MU Longxin， WANG Pingmei，LUO Jianhui. Static stability of venezuela ultra heavy oil viscosity reduction system ［J］. Petro Chemical Technology， 2012， 41（8）: 933-937.

［9］ 齐邦峰，曹祖宾，陈立仁，张会成，王丽君，阙国和. 紫外吸收光谱研究胜利渣油胶质、沥青质结构特征［J］.石油化工高等学校学报，2001，14（3）: 14-17. QI Bangfeng， CAO Zubin， CHEN Liren， ZHANG Huicheng， WANG Lijun， QUE Guohe. Study on structure of resins and asphaltenes with U.V. Absorption Spetrum ［J］. Journal of Petrochemical Universities， 2001， 14（3）: 14-17.

［10］ BOSCH A， SERRA D， PRIETO C， SCHMITT J，NAUMANN D， YANTORNO O. Characterization of bordetella pertussis growing as biofilm by chemical analysis and FT-IR spectroscopy［J］. Applied Microbiology and Biotechnology， 2006， 71 （5）: 736-747.

（修改稿收到日期 2016-01-21）

〔编辑 薛改珍〕

Strong-lipophilic and weak-hydrophilic viscosity reducers for ultra heavy oil in Fengcheng Block

HE Lipeng1，2， DING Bin1，2， GENG Xiangfei1，2， LUO Jianhui1，2， LIU Yong1，2
1. CNPC Science and Technology Research Institute， Beijing 100083， China； 2. CNPC Nano-chemistry Key Laboratory， Beijing 100083， China；3. Fengcheng Working Area， PetroChina Xinjiang Oilfield Company， Karamay， Xinjiang 834000， China

In middle and late stages of ultra heavy oil development through steam huff-and-puff in Fengcheng Block， performances are poor under low temperatures. Accordingly， active macromolecular viscosity reducers are often selected to assist the steam huff-andpuff operations. Depending on specific properties （including contents of gel and asphalts） of ultra heavy oil in Fengcheng Block， stronglipophilic and weak-hydrophilic active macromolecular viscosity reducers were prepared. They were assessed in lab for simulated steam huff-and-puff operations. The test results show that the O/W viscosity-reducing system with viscosity reducer of 0.2% and oil/water mass ratio ofhas an initial apparent viscosity less than 300 mPa·s. The system displayed static stability. The viscosity reducer can endure high temperature up to 300℃ and have good compatibility with de-emulsifier TA1031. Field tests show that oil production in the test is 40.38 t higher than， or 2.27 times of， that in the preceding round， under temperatures below 60℃. It is suggested that the active macromolecular viscosity reducers can dramatically reduce apparent viscosity of ultra heavy oil in Fengcheng Block. These reducers can effectively enhance mobility of ultra heavy oil under low temperatures and prolong low-temperature production time of steam huff-andpuff operations to enhance oilfield productivity. These reducers are prospective for application in oilfields.

ultra heavy oil； viscosity reducer； apparent viscosity； O/W viscosity-reducing system； steam huff-and-puff

贺丽鹏 （1981-）， 2010年毕业于中国科学院长春应用化学研究所， 现从事油田化学研究工作。通讯地址： （100083）北京市海淀区学院路20号910信箱。电话：010-83595500。E-mail：helipeng@petrochina.com.cn

TE39

A

1000 - 7393（ 2016 ） 03 - 0378- 04

10.13639/j.odpt.2016.03.019

HE Lipeng， DING Bin， GENG Xiangfei， LUO Jianhui， LIU Yong. Strong-lipophilic and weak-hydrophilic viscosity reducers for ultra heavy oil in Fengcheng Block［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2016， 38（3）: 378-381.

国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”资助 （编号：2011ZX05032-003）；中国石油天然气股份有限公司科学研究与技术开发项目“纳米智能驱油剂研制”（编号：2014A-1001）。

引用格式： 贺丽鹏，丁彬，耿向飞，罗健辉， 刘勇.风城超稠油强亲油弱亲水降黏体系［J］.石油钻采工艺，2016，38（3）：378-381.