稠油乳化降粘技术的关键PPT课件
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可用的氧化剂（主剂）为：NaIO4和30%H2O2 可提供H+ （助剂）为： NaH2O4 和CH3COOH
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感谢您的观看！
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μ——乳状液粘度，mPa·s μ0——分散介质粘度，mPa·s Φ——乳状液中分散相所占体积百分数，% k ——常数：
• Φ≤ 0.74时，k为 7.0， • 当φ>0.74时，k为 8.0；
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Richardson公式
0ek
启 （1）乳状液粘度取决于分散介质粘度。 示
（2）乳状液粘度取决于分散相所占体积分数。
环
抽油机负荷大、耗电量 多，机械事故多
节 影响地面输送 输送困难、麻烦
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第2节 稠油的升温降粘法
稠 105
油
塔河TK1055 胜利陈庄13-15 辽河齐40 塔河TK1244
粘度，mPa.s
粘
104
温 103
曲
线
102
30 40 50 60 70 80 90 100
温度，℃
结论 稠油的粘度受温度影响影响很大
稠油物性参数
油田 辽河
克拉 玛依 胜利
大港
区块 杜 84 杜 1-7-5 杜 84 九区 凤城全区 单家寺 草桥 孤岛 羊三木 枣园枣北
油层 杜家台油层 大凌河油层 兴隆台油层 齐古组 齐古组 Ng Ng Ng 明、馆 下第三纪孔一段
埋深 1122-1500 950-1090 650-750 160-230 150-500 1100-1200 820-960 1200-1400 1220-1430 1736-2036
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2、碱性物质也可以作为乳化降粘剂
说明
碱是发现最早的稠油降粘剂。 碱的降粘作用具有广谱性。 碱有最佳使用浓度，有时会形成油包水乳状液。 碱和外加的表面活性剂往往产生协同效应。 在碱的作用下形成的乳状液往往比较稳定。
第30页/共33页
第5节 稠油的氧化降粘法
在稠油中加入氧化剂，可使沥青质中稠环部分间连 接的碳链或杂原子碳链氧化断裂，减少沥青质形成结构的 能力，达到降粘的目的。
1若070则k70055mpas2718700773mpas2若080则k80055mpas2718800803310mpas有何启示image3稠油乳化降粘技术的关键1必须形成水包油乳状液油井产出液含水率大于10适应条件image4稠油乳化降粘剂主要成分是表面活性剂19ch聚氧乙烯壬基苯酚醚10十八酸钠十二烷基苯磺酸钠25so35coonaimage主要成分是表面活性剂19ch10羧甲基聚氧乙烯壬基苯酚醚10聚氧乙烯壬基苯酚醚硫酸酯钠盐10聚氧乙烯壬基苯酚醚乙基磺酸钠419ch10ch19chimage烯烃磺酸盐1非离子表面活性剂主要适应温度不高粘度不大的普通稠油降粘
密度 0.93 0.98 1.003 0.924-0.950 0.9377-0.9619 0.98-0.99 0.9671-1.061 0.95-0.99 0.95-0.96 0.9250
粘度(50℃、脱气) 320 30000-40000 2963（100℃） 2300-15000（23℃） 50000-170000（30℃） 8984-55880 10163-47223 250-5700 289-1073 2262
稠油与煤油质量比
100:0
粘度/mPa·s
62400
100:5
28300
100:10
12400
稠油与煤油质量比
100:15 100:20 100:30
粘度/mPa·s
6670 3220 1450
煤油的加入可使稀释后的稠油粘度大幅降低 由于稀油的加入增加了胶质、沥青质分散体之间的距离，减少了
它们经相验互间公的式作用：力，从而破坏了稠油的结构。 lg(lgd ) x lg(lgl ) (1 x)lg(lgv )
环烷环 烷基链
稠环芳 香环
杂原子
胶质沥青质单元片结构示意 图
第8页/共33页
单元薄片
似晶缔合 体微粒
环烷环及烷基链
芳香盘
胶束 超分子
沥青质似晶缔合体结构示意图
第9页/共33页
单元薄片 似晶缔合 体微粒
胶束
超分子
胶束
侧链束
微粒
胶质沥青状组分超分子结构模型
第10页/共33页
从稠油粘度与胶质沥青质含量的相关曲线可以看出：胶质沥青 质含量越高，原油粘度越大（ Fuel, 87(13-14), 2008, 3065-3070 ）
第11页/共33页
稠油流动时，相对移动液层间的内摩擦力为： 1、油质分子间 2、胶质分子间 3、沥青质分散相间 4、油质分子和胶质分子间 5、油质分子和沥青质分散相间 6、胶质分子与沥青质分散相间
第12页/共33页
4、稠油粘度大对开发有何影响？
影响油层采收率 剥离难、易指进
影
响
三ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ个
影响井筒举升
C9H19
O
CH2 CH2 O
H
10
聚氧乙烯壬基苯酚醚-10
C12H25
SO3Na
十二烷基苯磺酸钠
C17H35 COONa
十八酸钠
第23页/共33页
主要成分是表面活性剂
C9H19
O CH2 CH2 O 10SO3Na
聚氧乙烯壬基苯酚醚硫酸酯钠盐-10
C9H19
O CH2 CH2 O 4CH2 CH2 SO3Na
第14页/共33页
一、稠油粘度来源：
稠油的粘温曲线表明：稠油存在结构，稠油的粘 度像聚合物溶液的粘度一样有结构粘度和牛顿粘 度组成。
结构粘度：结构的存在而产生的
牛顿粘度：稠油固有的粘度
ae Andrade公式：
b/T
第15页/共33页
二、升温降粘法： 注蒸汽 电加热法
第16页/共33页
第3节 稠油的稀释降粘法
主要内容
稠油简介 稠油的升温降粘法 稠油稀释降粘法 稠油的乳化降粘法 稠油的氧化降粘法 稠油的催化水热裂解降粘法
第1页/共33页
一、稠油简介
1、什么是稠油？
稠油是指在油层温度下脱气原油的粘度超过 100mPa•s的原油。
三 油层温度
个 要
脱气原油
素 粘度界限
温度和溶解 气如何影响 原油粘度？
第2页/共33页
聚氧乙烯壬基苯酚醚乙基磺酸钠-4
C9H19
O CH2 CH2 O 10CH2COONa
羧甲基聚氧乙烯壬基苯酚醚-10
第24页/共33页
说明
（1）非离子表面活性剂主要适应温度不高、粘
度不大的普通稠油降粘。
（2）一些羧酸盐和磺酸盐表面活性剂具有较高 的耐温、耐盐能力。
α-烯烃磺酸盐
第25页/共33页
说明
为什么强调“脱气”原油？
油层中有溶解气，可以降低原油粘度。 稠油井井下取样非常困难，取样时往往会损失溶 解气，而将油样恢复到相似状态困难、成本高。
第3页/共33页
一、稠油简介
2、稠油的特点
二 粘度高 粘度从100mPa•s到几十万mPa•s 个 特 点 密度大 相对密度可超过1.0以上
第4页/共33页
采油技术手册，第八分册，P3~7
第5页/共33页
一、稠油简介
3、稠油为什么粘度大？
主要是因为稠油中胶质沥青质含量高造成的。
沥青质
一般把石油中不溶于非极性 的小分子正构烷烃而溶于苯 的物质称为沥青质，它是石 油中分子量最大、极性最强 的非烃组分。
胶质
胶质是石油中分子量及极性 均仅次于沥青质的大分子非 烃化合物，具有很大的多分 散性．与沥青质和芳香烃之 间并没有截然的界限。
（3）表面活性剂在水溶液中的质量分数一般是 0.02%~0.5%。 （4）好的稠油降粘剂和表面活性剂的HLB值、 油水界面张力没有对应关系。
第26页/共33页
α-烯烃磺酸盐对几种稠油的界面张力
10
胜利陈庄 胜利草桥 胜利桩西 1
IFT/（ mN/m）
0.1
0.01 0
20
40
60
80 100 120
t/min
第27页/共33页
好的稠油降粘剂应达到的要求：
（1）流动分散；（2）静止分层
稠油 油丝
驱油剂 水溶液
振荡一次
油滴
振荡二次
静止5分钟后
第28页/共33页
2、碱性物质也可以作为乳化降粘剂 （1）可用的碱性物质
NaOH、Na2CO3、复合碱、造纸黑液等 （2）乳化降粘的机理
碱可以和原油中的石油酸反应，生成石油酸盐， 起到乳化剂的作用。
第17页/共33页
经验公式：
lg(lgd ) x lg(lgl ) (1 x)lg(lgv )
μd 稠油稀释后的粘度 μv稠油的粘度
μl 稀油的粘度
X 稀油与稠油的质量比
公式表明：稀油的粘度越低，稀油与稠油的质量比越大， 稠油稀释后的粘度越低。
第18页/共33页
第4节、稠油乳化降粘机理
1、Richardson公式 0ek
第20页/共33页
练习：50℃时稠油的粘度为2000mPa·S，水的粘度为 有何启示
0.55mPa·S。在表面活性剂的作用，将稠油乳化成水包油乳 状液，求分散相质量分数分别为0.7和0.8时所形成乳状液的 粘度。
（1）若Φ=0.70,则k=7.0 μ=0.55mPa·S× 2.7187.0× 0.7=73 mPa·S
第6页/共33页
3、稠油为什么粘度大？
主要是因为稠油中胶质沥青质含量高造成的。
沥青质
一般把石油中不溶于非极性 的小分子正构烷烃而溶于苯 的物质称为沥青质，它是石 油中分子量最大、极性最强 的非烃组分。
沥青质的结构层次 单元薄片
似晶缔合体微粒 胶束 超分子
第7页/共33页
单元薄片
似晶缔合 体微粒
胶束 超分子
（2）若Φ=0.80，则k=8.0 μ=0.55mPa·S× 2.7188.0× 0.80=3.3×102 mPa·S
第21页/共33页
3、稠油乳化降粘技术的关键 两 （1）必须形成水包油乳状液 个 关 键 （2）产出液必须有一定含水率
适应条件 油井产出液含水率大于10%
第22页/共33页
4、稠油乳化降粘剂 主要成分是表面活性剂
可用的氧化剂（主剂）为：NaIO4和30%H2O2 可提供H+ （助剂）为： NaH2O4 和CH3COOH
第32页/共33页
感谢您的观看！
第33页/共33页
μ——乳状液粘度，mPa·s μ0——分散介质粘度，mPa·s Φ——乳状液中分散相所占体积百分数，% k ——常数：
• Φ≤ 0.74时，k为 7.0， • 当φ>0.74时，k为 8.0；
第19页/共33页
Richardson公式
0ek
启 （1）乳状液粘度取决于分散介质粘度。 示
（2）乳状液粘度取决于分散相所占体积分数。
环
抽油机负荷大、耗电量 多，机械事故多
节 影响地面输送 输送困难、麻烦
第13页/共33页
第2节 稠油的升温降粘法
稠 105
油
塔河TK1055 胜利陈庄13-15 辽河齐40 塔河TK1244
粘度，mPa.s
粘
104
温 103
曲
线
102
30 40 50 60 70 80 90 100
温度，℃
结论 稠油的粘度受温度影响影响很大
稠油物性参数
油田 辽河
克拉 玛依 胜利
大港
区块 杜 84 杜 1-7-5 杜 84 九区 凤城全区 单家寺 草桥 孤岛 羊三木 枣园枣北
油层 杜家台油层 大凌河油层 兴隆台油层 齐古组 齐古组 Ng Ng Ng 明、馆 下第三纪孔一段
埋深 1122-1500 950-1090 650-750 160-230 150-500 1100-1200 820-960 1200-1400 1220-1430 1736-2036
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2、碱性物质也可以作为乳化降粘剂
说明
碱是发现最早的稠油降粘剂。 碱的降粘作用具有广谱性。 碱有最佳使用浓度，有时会形成油包水乳状液。 碱和外加的表面活性剂往往产生协同效应。 在碱的作用下形成的乳状液往往比较稳定。
第30页/共33页
第5节 稠油的氧化降粘法
在稠油中加入氧化剂，可使沥青质中稠环部分间连 接的碳链或杂原子碳链氧化断裂，减少沥青质形成结构的 能力，达到降粘的目的。
1若070则k70055mpas2718700773mpas2若080则k80055mpas2718800803310mpas有何启示image3稠油乳化降粘技术的关键1必须形成水包油乳状液油井产出液含水率大于10适应条件image4稠油乳化降粘剂主要成分是表面活性剂19ch聚氧乙烯壬基苯酚醚10十八酸钠十二烷基苯磺酸钠25so35coonaimage主要成分是表面活性剂19ch10羧甲基聚氧乙烯壬基苯酚醚10聚氧乙烯壬基苯酚醚硫酸酯钠盐10聚氧乙烯壬基苯酚醚乙基磺酸钠419ch10ch19chimage烯烃磺酸盐1非离子表面活性剂主要适应温度不高粘度不大的普通稠油降粘
密度 0.93 0.98 1.003 0.924-0.950 0.9377-0.9619 0.98-0.99 0.9671-1.061 0.95-0.99 0.95-0.96 0.9250
粘度(50℃、脱气) 320 30000-40000 2963（100℃） 2300-15000（23℃） 50000-170000（30℃） 8984-55880 10163-47223 250-5700 289-1073 2262
稠油与煤油质量比
100:0
粘度/mPa·s
62400
100:5
28300
100:10
12400
稠油与煤油质量比
100:15 100:20 100:30
粘度/mPa·s
6670 3220 1450
煤油的加入可使稀释后的稠油粘度大幅降低 由于稀油的加入增加了胶质、沥青质分散体之间的距离，减少了
它们经相验互间公的式作用：力，从而破坏了稠油的结构。 lg(lgd ) x lg(lgl ) (1 x)lg(lgv )
环烷环 烷基链
稠环芳 香环
杂原子
胶质沥青质单元片结构示意 图
第8页/共33页
单元薄片
似晶缔合 体微粒
环烷环及烷基链
芳香盘
胶束 超分子
沥青质似晶缔合体结构示意图
第9页/共33页
单元薄片 似晶缔合 体微粒
胶束
超分子
胶束
侧链束
微粒
胶质沥青状组分超分子结构模型
第10页/共33页
从稠油粘度与胶质沥青质含量的相关曲线可以看出：胶质沥青 质含量越高，原油粘度越大（ Fuel, 87(13-14), 2008, 3065-3070 ）
第11页/共33页
稠油流动时，相对移动液层间的内摩擦力为： 1、油质分子间 2、胶质分子间 3、沥青质分散相间 4、油质分子和胶质分子间 5、油质分子和沥青质分散相间 6、胶质分子与沥青质分散相间
第12页/共33页
4、稠油粘度大对开发有何影响？
影响油层采收率 剥离难、易指进
影
响
三ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ个
影响井筒举升
C9H19
O
CH2 CH2 O
H
10
聚氧乙烯壬基苯酚醚-10
C12H25
SO3Na
十二烷基苯磺酸钠
C17H35 COONa
十八酸钠
第23页/共33页
主要成分是表面活性剂
C9H19
O CH2 CH2 O 10SO3Na
聚氧乙烯壬基苯酚醚硫酸酯钠盐-10
C9H19
O CH2 CH2 O 4CH2 CH2 SO3Na
第14页/共33页
一、稠油粘度来源：
稠油的粘温曲线表明：稠油存在结构，稠油的粘 度像聚合物溶液的粘度一样有结构粘度和牛顿粘 度组成。
结构粘度：结构的存在而产生的
牛顿粘度：稠油固有的粘度
ae Andrade公式：
b/T
第15页/共33页
二、升温降粘法： 注蒸汽 电加热法
第16页/共33页
第3节 稠油的稀释降粘法
主要内容
稠油简介 稠油的升温降粘法 稠油稀释降粘法 稠油的乳化降粘法 稠油的氧化降粘法 稠油的催化水热裂解降粘法
第1页/共33页
一、稠油简介
1、什么是稠油？
稠油是指在油层温度下脱气原油的粘度超过 100mPa•s的原油。
三 油层温度
个 要
脱气原油
素 粘度界限
温度和溶解 气如何影响 原油粘度？
第2页/共33页
聚氧乙烯壬基苯酚醚乙基磺酸钠-4
C9H19
O CH2 CH2 O 10CH2COONa
羧甲基聚氧乙烯壬基苯酚醚-10
第24页/共33页
说明
（1）非离子表面活性剂主要适应温度不高、粘
度不大的普通稠油降粘。
（2）一些羧酸盐和磺酸盐表面活性剂具有较高 的耐温、耐盐能力。
α-烯烃磺酸盐
第25页/共33页
说明
为什么强调“脱气”原油？
油层中有溶解气，可以降低原油粘度。 稠油井井下取样非常困难，取样时往往会损失溶 解气，而将油样恢复到相似状态困难、成本高。
第3页/共33页
一、稠油简介
2、稠油的特点
二 粘度高 粘度从100mPa•s到几十万mPa•s 个 特 点 密度大 相对密度可超过1.0以上
第4页/共33页
采油技术手册，第八分册，P3~7
第5页/共33页
一、稠油简介
3、稠油为什么粘度大？
主要是因为稠油中胶质沥青质含量高造成的。
沥青质
一般把石油中不溶于非极性 的小分子正构烷烃而溶于苯 的物质称为沥青质，它是石 油中分子量最大、极性最强 的非烃组分。
胶质
胶质是石油中分子量及极性 均仅次于沥青质的大分子非 烃化合物，具有很大的多分 散性．与沥青质和芳香烃之 间并没有截然的界限。
（3）表面活性剂在水溶液中的质量分数一般是 0.02%~0.5%。 （4）好的稠油降粘剂和表面活性剂的HLB值、 油水界面张力没有对应关系。
第26页/共33页
α-烯烃磺酸盐对几种稠油的界面张力
10
胜利陈庄 胜利草桥 胜利桩西 1
IFT/（ mN/m）
0.1
0.01 0
20
40
60
80 100 120
t/min
第27页/共33页
好的稠油降粘剂应达到的要求：
（1）流动分散；（2）静止分层
稠油 油丝
驱油剂 水溶液
振荡一次
油滴
振荡二次
静止5分钟后
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2、碱性物质也可以作为乳化降粘剂 （1）可用的碱性物质
NaOH、Na2CO3、复合碱、造纸黑液等 （2）乳化降粘的机理
碱可以和原油中的石油酸反应，生成石油酸盐， 起到乳化剂的作用。
第17页/共33页
经验公式：
lg(lgd ) x lg(lgl ) (1 x)lg(lgv )
μd 稠油稀释后的粘度 μv稠油的粘度
μl 稀油的粘度
X 稀油与稠油的质量比
公式表明：稀油的粘度越低，稀油与稠油的质量比越大， 稠油稀释后的粘度越低。
第18页/共33页
第4节、稠油乳化降粘机理
1、Richardson公式 0ek
第20页/共33页
练习：50℃时稠油的粘度为2000mPa·S，水的粘度为 有何启示
0.55mPa·S。在表面活性剂的作用，将稠油乳化成水包油乳 状液，求分散相质量分数分别为0.7和0.8时所形成乳状液的 粘度。
（1）若Φ=0.70,则k=7.0 μ=0.55mPa·S× 2.7187.0× 0.7=73 mPa·S
第6页/共33页
3、稠油为什么粘度大？
主要是因为稠油中胶质沥青质含量高造成的。
沥青质
一般把石油中不溶于非极性 的小分子正构烷烃而溶于苯 的物质称为沥青质，它是石 油中分子量最大、极性最强 的非烃组分。
沥青质的结构层次 单元薄片
似晶缔合体微粒 胶束 超分子
第7页/共33页
单元薄片
似晶缔合 体微粒
胶束 超分子
（2）若Φ=0.80，则k=8.0 μ=0.55mPa·S× 2.7188.0× 0.80=3.3×102 mPa·S
第21页/共33页
3、稠油乳化降粘技术的关键 两 （1）必须形成水包油乳状液 个 关 键 （2）产出液必须有一定含水率
适应条件 油井产出液含水率大于10%
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4、稠油乳化降粘剂 主要成分是表面活性剂