稠油PS降黏剂的效果评价及应用

王 吉

稠油PS降黏剂的效果评价及应用

王 吉

（中海油天津化工研究设计院，天津 300131）

PS活性剂为一种效果显著的原油乳化降黏剂。为给现场使用提供依据，实验室内通过界面张力、乳化分散效果等方面筛选药剂使用质量分数及用量，并用乳液稳定性、自然沉降脱水率和降黏率等指标评价乳液效果。最终筛选出0.75% PS溶液为最适质量分数，此质量分数的PS溶液对原油乳化降黏效果好且用量经济合理。

PS降黏剂；PS溶液；稠油乳液；界面张力；乳化；降黏率

石油工业被称为世界经济发展的命脉，随着人类不断地开采石油，常规原油的可采储量越来越少，所以稠油的开采越来越受重视，但是稠油的凝点和黏度高，流动性差，给开采和运输带来许多困难[1]。开采稠油常用加热、掺稀油、稠油改质和加化学药剂等方法降黏[2]，其中化学降黏技术具有降黏幅度大、工艺简单、投资少及见效快等优点[3-5]。目前油田应用的普通降黏剂均有一定的缺陷，如阴离子型降黏剂虽有一定的分散降黏效果，但稳定性差，当温度超过200 ℃就会失效，基本不能降低油水界面张力；阳离子型降黏剂能耐高温，但水溶性较差、降黏效果差、乳化油相态不稳定；非离子型降黏剂同样不耐高温，使用温度不能超过200 ℃，乳化油相态不稳定、降低油水界面张力效果差；两性类降凝剂虽然弥补了上述3种产品的一些不足，但由于其基础产品不耐高温，乳化油相态不稳定，仍然不能满足油田增产的技术要求。

PS活性剂是一种大分子网状的结构，与原油中的重组分结构相近，符合“相似相溶”的基本理论。 PS活性剂的分子结构中含有阳、阴、非3种活性离子基团，其中阳离子约5%~10%，阴离子约 70%，非离子约20%~25%（电极实验测定），因此它属于三性表面活性剂，是表面活性剂领域的技术突破，满足驱油要求的5个条件，即乳化油相对原油降黏率高、大幅度降低油水界面张力、乳化油相态稳定、耐350 ℃的高温、易溶于水，其技术优势是其他产品所无法比拟的。

1 实验部分

1.1 药剂描述

PS中性降黏剂为黄色液体，用pH试纸检测pH 约为4。该药剂可溶于水形成透明溶液，溶于蒸馏水配制成1%的PS 溶液 pH=3.72；溶于某油田 H 平台注水（pH=8.46）配制成1%的PS 溶液pH=7.11。

1.2 实验仪器及材料

实验仪器：恒温水浴槽，旋转滴超低界面张力仪XZD-SP，数字式黏度计DV-79，奥林巴斯显微镜CX31。

主要实验材料：钢片，孔雀绿指示剂，某油田H平台注水（矿化度 11 000 mg·L-1），该油田H11井脱水原油50 ℃时黏度 526 mPa·s。

1.3 界面张力

配制质量分数为0.5%、0.6%、0.7%、0.75%、0.8%、0.9%、1%和1.2%的PS溶液，利用旋转滴超低界面张力仪分别测定不同质量分数PS溶液的界面张力，结果见表1。实验温度为60 ℃，实验转速为5 000 r·min-1，内相为脱水原油（密度 0.965 g·cm-3），外相为PS溶液。

表1 不同质量分数的PS溶液界面张力值

图1 不同质量分数的PS溶液界面张力值曲线图

由表1与图1可见，PS溶液在0.75%质量分数附近有最小界面张力值（即CMC），故后续实验选择配制0.75%的PS溶液继续进行。图2反映了油滴在旋转管中逐渐被拉长变细的过程。左图显示为刚加入油滴的状态；中图为0.75%的PS溶液达到最低界面张力时的状态，界面张力为1.182×10-4mN·m-1时油滴被拉断；右图为油滴被拉断后形成多个油丝的状态，此时界面张力为1.477×10-5mN·m-1。

图2 油滴在旋转管中逐渐被拉长变细的过程

1.4 乳化实验

取一部分0.75%的PS溶液和脱水原油，置于60 ℃恒温水浴中，恒温1 h后按照油/液比分别为 5∶5、6∶4、7∶3、8∶2和9∶1添加到玻璃瓶中，混匀（每只瓶子均用玻璃棒搅拌20下），观察每只瓶子内原油乳化情况。分别取每只瓶内的乳化液一滴，滴到盛满水的平板上，观察乳液的分散情况。实验结果见表2。

表2 不同油/液比的乳液乳化及在水中分散现象

由表2与图3结果分析可知，当油/液比为 8∶2时，乳化液已经具有较好的降黏效果。故后续实验选择0.75%PS溶液，油/液比为 8∶2 配成的乳液进行评价。（将按照上述比例配制的乳液称为稠油乳液*，下同）。

图3 不同油液比例乳化液在水中分散现象

1.5 洗油效果

将两片蘸有脱水原油的钢片，分别悬空浸没入盛有100 mL蒸馏水和100 mL 0.75%PS溶液的烧杯中，将烧杯放入 60 ℃恒温水浴中静置 24 h，观察钢片的洗油效果，结果见图4和图5。可以看出，PS溶液中的钢片上大部分油被洗下来，溶液颜色变深呈土黄色；而蒸馏水中的钢片上的油在钢片表面聚集，并未洗落下来，蒸馏水颜色未发生改变。

图4 洗油前钢片对比图

图5 洗油后钢片对比图

1.6 乳液评价

1.6.1 镜检

在载玻片上滴加稠油乳液*使其均匀铺开，再滴加一滴孔雀绿指示剂，轻轻盖上盖玻片，放到奥林巴斯显微镜CX31下40X目镜观察，结果见图6。由图6可以看出，稠油乳液*应为O/W型。

图6 稠油乳液*在显微镜下观察的图像

1.6.2 乳液稳定性

将稠油乳液*移入洁净干燥的具塞玻璃瓶中，静置5 min，立即在强烈照明的情况下，目测瓶中乳液所呈的现象，并按表3对乳液的稳定性进行评定，应符合（1～4）级要求，未见透明水层。

表3 乳液稳定性评价表

由图7与图8可以看出，烧杯底部初步可见相的分离（4级），符合标准要求。

图7 实验前

图8 静置5 min

1.6.3 自然沉降脱水率

将100 mL稠油乳液*加入100 mL量筒中，然后在60 ℃的恒温水浴中静止放置30 min，读取量筒下部出水体积V。

=/20×100%=11/20×100%=55%。

式中：—自然沉降脱水率，%；

—稠油乳液静止后的脱水体积，mL；

20 —100 mL稠油乳液的含水量，mL。

实验结果照片见图9与图10，结果不符合标准≥80%的要求，推测可能与油/水比例过大、PS溶液质量分数较低有关。

1.6.4 降黏率

将脱水原油和稠油乳液*放到60 ℃恒温水浴中静置1 h，用数字式黏度计DV-79分别测量其50 ℃时的黏度，记为0和。

=(0-)/0×100% 。

式中：—降黏率，%；

0—50 ℃时稠油油样的黏度，mPa·s；

—加入样品溶液后稠油乳液的黏度，mPa·s。

图9 实验前

图10 静置30 min后

实验结果见表4。结果符合标准≥95.0%的要求。注：稠油乳液*的黏度值不稳定，与水是连续相、 稠油乳液*为非牛顿流体有关。

表4 测试样黏度及其降黏率

2 结 论

质量分数为0.75%的PS溶液具有最低界面张力值1.182×10-4mN·m-1，此界面张力可达到超低界面张力（小于10-3mN·m-1）；0.75%的PS溶液可把原油从钢片表面洗脱下来；0.75%的PS溶液与脱水原油按照2∶8混合有较好的乳化降黏效果，此乳化液为O/W型，稳定性较好，自然沉降脱水率大于等于55%，降黏率可达95%以上。综上所述，PS中性降黏剂能显著降低原油黏度，可在油田推广使用。

［1］苑权，郑延成，李克华，等.稠油降黏剂复配降黏效果评价[J].精细石油化工进展，2004，5（11）：29-32．

［2］王学忠.稠油开采技术进展[J].当代石油化工，2010，18（1）：26-29．

［3］张立娟，岳湘安，郭振杰.ASP体系与大港和大庆原油的乳化特性研究[J].油气质地与采收率，2010，17（3）：74-76．

［4］康万利，刘延莉，孟令伟.永平油田稠油自发乳化降黏剂的筛选剂驱油效果评价[J].油气地质与采收率，2012，19（1）：59-61．

［5］丛娟，岳湘安，尤源.石油磺酸盐与原油乳化影响因素研究[J].油气地质与采收率，2010，17（5）：46-49．

Effect Evaluation and Application of PS Thinner to Heavy Crude Oil

（CNOOC Tianjin Chemical Research & Design Institute, Tianjin 300131, China）

PS active agent is a kind of crude oil emulsifying viscosity reducer with remarkable effect. In order to provide a basis for the field use, the mass fraction and dosage of the medicament were selected through analyzing interface tension and emulsifying and dispersing effect. The emulsion stability, natural sedimentation dehydration rate and viscosity reduction rate were used to evaluate the emulsion effect. Finally, 0.75% PS solution was selected as the optimum mass fraction, which had good viscosity reduction effect and reasonable dosage for crude oil emulsification.

PS thinner; PS solution; Heavy crude oil; Interface tension; Emulsification; Viscosity reduction rate

2020-03-20

王吉（1983-），男，满族，工程师，硕士，辽宁省锦州市人，2010年毕业于河北工业大学高分子化学与物理专业，研究方向：油田化学品的制备与应用。

TE357.46

A

1004-0935（2020）11-1360-03