稠油乳化降粘研究进展

衣哲（中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司石油工程技术研究院，山东 东营257000）

我国稠油油藏储量丰富。陆上稠油资源占石油总储量的百分之二十左右，预测稠油资源储量198×108t[1]。随着常规油藏不断开发，如何提高稠油油藏采收率逐渐得到更广泛的关注。目前开采稠油油藏的常规技术主要是热开采技术、物理掺稀油技术和化学降粘技术。热开采技术耗能大，成本高。掺稀油技术受稀油来源和掺入稀油量的制约。化学降粘技术投资少，工艺简单，具有广阔前景。

1 乳化降粘机理

目前乳化降粘机理主要有三方面：一是乳液反转机理。由于原油中含有胶质、沥青质等天然表面活性物质，原油与水容易形成油包水乳状液。根据Richarson 公式，µ=µ0kφ（式中，µ为乳状液粘度，µ0为外相粘度，φ为内相所占体积分数；K为常数）可知，乳状液粘度受连续相粘度影响较大。由于W/O乳状液中连续相为油相，其粘度随含水量的增加呈指数增长规律，因此W/O 乳状液粘度一般远大于原油粘度。同理，受水相粘度影响，O/W乳液粘度远低于原油粘度。乳化降粘技术主要机理是通过将W/O 乳状液变为O/W 乳状液实现稠油降粘的目的。通过外加表面活性剂使W/O型乳状液反转为O/W型乳状液，使连续相由油相变为水相，降低稠油流动阻力，达到大幅度降低稠油粘度的目的[2]。

此外，近年研究发现水溶性降粘剂也可以通过氢键作用，渗入沥青质的片状分子中，降低沥青质的有序程度，同时降粘剂分子较长的主碳链具有较好的延展性和屏蔽作用，阻碍片状分子的聚集，起到降低稠油粘度的作用。

随着乳化降粘机理研究的不断深化，界面张力与乳化能力的关系得到更多关注。一般认为，界面张力越低乳化能力越好。但是近期有研究表明，界面张力与乳化能力不存在简单的对应关系。乳化速率、界面张力和采收率之间的定量关系应该是今后乳化降粘机理研究的一个重要方向。

2 乳化降粘研究进展

国外从二十世纪六十年代开始研究稠油乳化降粘技术，二十世纪九十年代，国内开始研究稠油乳化降粘技术。目前在多个方面已经取得了较大的进展。

2.1 新型表面活性剂的研发

表面活性剂是乳化降粘剂的主要成分，大致可分为阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、阴非表面活性剂以及其他类型表面活性剂。

(1)阴离子型表面活性剂

阴离子表面活性剂具有来源广、活性高以及耐高温等优势。其中磺酸盐类阴离子表面活性剂用于降粘效果较好。十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和烷基苯磺酸盐用的也比较多。为提高硫酸盐的耐温抗盐性能将含烷氧基链节引入硫酸盐表面活性剂形成含烷氧基链节的硫酸盐表面活性剂。该类表面活性剂不仅耐温抗盐而且降粘效果优良，同时可以通过调节烷氧基链节数使降粘剂能够适应不同矿化度的地层水[3]。

此外，将稠油进行磺化处理或者提取石油酸制成石油酸盐具有较好的稠油降粘性能和较低成本，具有广阔的应用前景。但阴离子表面活性剂容易与油藏中的阳离子反应，降低乳化降粘效果。

(2)非离子表面活性剂

在高温条件下非离子表面活性剂与原油形成的O/W 乳状液容易破乳，有效降低后续乳状液的处理成本。目前，直链烷基酚聚氧乙烯醚是发展方向。非离子降粘剂中，脂肪醇聚氧乙烯醚发展最快，但脂肪醇聚氧乙烯醚很少单独用来乳化降粘，一般与其他用剂复配使用。聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚是利用环氧乙烷和环氧丙烷制备而成，稠油降粘率高于90%，但是存在成本高、不稳定等问题[4]。

(3)阴非表面活性剂

目前常用的阴-非离子乳化降粘剂主要是烷基酚聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐。为拓展乳化降粘剂应用范围，提高降粘剂的耐温性能，科研工作者进行了大量工作。有研究曾报道用聚氧乙烯二十醇醚磺酸盐、聚氧乙烯酚醛树脂膦酸盐等阴非离子两性表面活性剂作稠油降粘剂，可耐高温300-320℃，但合成工艺复杂,成本较高[5]。

(4)复配表面活性剂

常用高效复配降粘剂以烷基磺酸盐、烷基酚聚乙烯醚、其他添加剂等复配而成，具有降粘效率高、与破乳剂配伍性好等优点。但是复配表面活性剂需要确保有效发挥各组分的协同效应，注意避免“色谱分离”现象的发生，同时也要考虑对高粘原油的适应性以及表面活性剂间的配伍性等问题。

(5)阳离子表面活性剂

阳离子型乳化降粘剂多为季铵盐型表面活性剂。由于阳离子降粘剂容易与带负电荷地层作用，消耗量过大，所以使用较少。

(6)其他类型降粘剂

双极性基表面活性剂双极性基分子同时具有两条疏水链、两个亲水基团和一条联接基团。联接基团要么直接联接亲水基团，要么在离亲水基团很近的位置联接两条疏水链。双极性基表面活性剂分子的特殊结构使其表现出很高的表面活性、良好的溶解性和杀菌性能，是一种新型可用于稠油降粘的表面活性剂体系。但是高成本限制双极性基表面活性剂的大规模应用。

2.2 稠油乳化降粘技术

(1)乳化降粘与掺稀稠油结合技术。

稠油掺稀技术能够降低原油粘度，但存在稀油需求量大、整体价值被拉低等问题。将乳化降粘技术与掺稀稠油技术有机结合，实现优势互补是一条不错的思路。先采用掺稀技术使稠油粘度有所降低，再使用乳化降粘技术实现大幅度降低稠油粘度的目的。有研究者曾针对轮古油田稠油条件，采用水基降粘剂乳化与掺稀稠油结合技术，成功地将掺稀稠油粘度从31600mPa·s降至低于400mPa·s，取得较好的开发效果[6]。

(2)热采与化学复合降粘技术

该项技术主要是使降粘剂伴随蒸汽一起注入地层，在地层中同时进行热降粘与乳化降粘，大幅度降低稠油粘度。这项技术关键是研制高效耐高温降粘剂。针对胜利油田的稠油油藏开展伴蒸汽注入降粘剂技术研究。研究结果表明，伴蒸汽注入技术能够明显降低开发初期注汽压力，提高驱油效率，降低含水率[7]。

另一项热采与化学复合降粘技术是稠油化学吞吐技术。主要是将稠油降粘剂加热到预定温度，从生产井注入地层并顶替至地层深部，然后关井一定时间后开井生产。该项技术主要从原油加热、乳化降粘和提高洗油能力方面大幅度降低稠油粘度。

(3)自乳化降粘技术

针对油层厚度薄、渗透率低等特殊油藏条件，普通乳化降粘技术很难得到较好的开发效果。自乳化降粘技术为解决该问题提供了一条新思路。该项技术在无外界做功的条件下即可将原油乳化成O/W乳液，其乳液粒径小于多孔介质孔喉。乳状液液滴可以在无毛管力作用条件下通过多孔介质，降低稠油乳状液渗流阻力，提高采收率。

(4)掺污水技术

一般稠油以W/O形式存在，这大大增加了稠油粘度。根据“最佳密堆积理论”，对于理想模型含水高于74.02%时即可将W/O 乳液转变为稳定的O/W 乳液。虽然实际乳液乳化反向点不一定是74.02%，但是对于特定乳状液，当含水达到某值后就可以成为稳定的O/W乳液。该技术无需外加表面活性剂，但是存在掺水量大，掺水温度高，腐蚀管线设备、容易结垢等问题[8]。

(5)类乳化降粘技术

类乳化降粘技术将油溶性降粘剂、乳化剂和其他添加剂配成乳状液注入井筒，当降粘剂破乳后油溶性降粘剂通过重新建立氢键的方式破坏胶质、沥青质原有聚集结构，达到初步降粘的目的。在水溶性降粘剂的作用下，初步降粘后的稠油形成介于O/W和W/O之间的乳状液形态，实现进一步大幅度降低稠油粘度的目的。该技术具有乳化剂用量极少、携带水量少，降粘效率高、乳液稳定性不强等特点[9]。

3 乳化降粘存在问题

乳化降粘技术具有降粘效率高、生产成本低等优势，但是该项技术仍然存在许多缺点：①稠油采出后破乳困难、乳液处理成本高；②掺水量大，至少30%以上。对于超稠油则超过50%，加大了后续污水处理负担，使处理工艺难度增加；③稠油组分差异导致降粘配方通用性较差；④O/W乳状液的腐蚀问题不容忽视；⑤降粘剂的抗温、抗盐的能力有限。即使效果较好，但成本比较高、不经济[10]。

此外，乳化降粘机理方面还有很多问题需要深入研究，如稠油组成对乳化降粘效果的影响；乳化降粘剂结构与其性能的关系等都是今后乳化降粘方向研究的重要内容。

随着原油需求的增长和油田开发技术的发展，需要开发条件更为复杂的油藏，这对稠油乳化降粘剂提出了更高的要求。不仅能达到超低界面张力还要具备抗矿盐、耐高温、低成本等特征。因此，研究廉价的耐盐、耐高温的降粘剂仍然是今后乳化降粘技术的重要发展方向。

4 结语

（1）近年稠油乳化降粘领域研究得到长足进步。

（2）根据实际矿场需求，乳化降粘剂的研发方向主要是耐温抗盐性能以及低成本高效率。

（3）针对实际油藏条件，采用多项稠油降粘技术结合的方式大幅度降低稠油粘度，达到提高产量和经济效益的目的。