有机硅稠油降粘剂成分分析、配方开发,降粘机理和技术工艺

有机硅稠油降粘剂配方技术开发，降粘机理及问题解决方案导读：本文详细介绍了有机硅类稠油降粘剂的研究背景，理论基础，参考配方等，本文中的配方数据经过修改，如需更详细资料，可咨询我们的技术工程师。

有机硅类稠油降粘剂广泛应用于石油开采方面，禾川化学引进国外配方破译技术，专业从事有机硅类稠油降粘剂成分分析、配方还原、研发外包服务，为石油化工企业提供一整套配方技术解决方案。

一.背景

稠油因其密度大、粘度高、流动性差而不能用常规方法开采。稠油开采的关键是降粘、降摩阻、改善流变性。目前常用的稠油(包括特稠油和超稠油)降粘方法有:掺稀降粘、加热降粘、改质降粘及乳化降粘。掺稀降粘受稀油来源的限制;加热降粘能耗大;改质降粘存在催化剂筛选困难的缺点;乳化降粘因其使用范围宽(包括油层开采、井筒降粘、管道输送等领域) ,且工艺简单等优势而研究活跃。

有机硅降粘剂是由甲基三氯烷类做主要原材料，在有机溶剂条件下，经水解得到环状的、线性的和交联聚合物的混合物。再经过碱化处理而形成的一种淡黄色透明的液体，生成的产品相对稳定。分子结构中含有Si-C 键的化合物，以硅氧键（Si-O-Si）为骨架组成的聚硅氧烷，是有机硅化合物中数量最多，应用最广的一类。

有机硅分子中的≡Si—OH 键易与粘土上的≡Si—OH键缩聚成≡Si—O—Si≡键，在粘土表面形成一层甲基朝外的CH3-Si牢固化学吸附层，使粘土表面发生润湿反转，阻止和减缓粘土表面的水化作用，阻止泥页岩水化膨胀，坍塌。能够有效地控制钻井液高温增稠，防止高温聚结作用，形成端-端（E-E)，端-面（E-F)

的结合，削弱和拆散了粘土颗粒的空间网架结构，并放出大量自由水，致使钻井液的粘度和切力下降，达到了稀释降粘的目的。

禾川化学技术团队具有丰富的分析研发经验，经过多年的技术积累，可以运用尖端的科学仪器、完善的标准图谱库、强大原材料库，彻底解决众多化工企业生产研发过程中遇到的难题，利用其八大服务优势，最终实现企业产品性能改进及新产品研发。

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1.1稠油乳化降粘机理

乳化降粘机理的研究主要体现在原油乳状液理论和最佳密堆积理论。

原油乳状液理论表明:W/O(油包水)型乳状液粘度与油的粘度成正比,并随含水率的增加而呈指数增加,故含水原油乳状液的粘度远远超过不含水原油的粘度;O/W(水包油)型乳状液粘度与水的粘度成正比,与原油含水率的增加成反比,而水在50℃的粘度仅为0.55 mPa·s,远远低于原油的粘度,而且含水越高,原油乳状液粘度越小。若设法将W/O型乳状液转变成O/W型乳状液,则乳状液的粘度将大幅降低。

稠油乳化降粘剂不仅能形成稳定的O/W乳状液起到降粘的作用,而且也能借助氢键渗透、分散进入胶质和沥青质片状分子之间,拆散平面重叠堆砌而成的聚集体,形成片状分子无规则堆砌,有序程度降低,空间延伸度减少,聚集体中包含的胶质、沥青质分子数目减少,原油的内聚力降低,起到降粘的作用。

二.乳化降粘剂

2.1乳化降粘剂的组成

原油乳化降粘剂多由具有表面活性的主剂和辅剂组成。辅剂配方中通常加入碱(如NaOH、三乙醇胺等) ,短链醇(C1～C4)、生物聚合物(如黄原胶)和冰点抑制剂(如乙二醇和丙三醇)。加碱的目的是使其与高酸值原油(酸值>0.5 mgKOH·g-1中的酸性物质(如环烷酸)反应生成表面活性剂,以降低外加表面活性剂的用量,关润伶等通过对一种高效化降粘剂的红外光谱和核磁共振谱的分析发现样品中氢氧化钠的质量分数高达27.2 %;

2.2乳化降粘剂的研制思路

乳化降粘剂的选择首先是其应具有适宜的HLB比值(亲水亲油平衡值) ,一般HLB值为8～18即可形成O/W型乳状液。选择乳化剂HLB值还要参照其PIT(转相温度),表面活性剂的亲水链越长,PIT越高。其次其应有一定的乳化稳定性,破乳性及降粘率高,还应有适宜的适应性和配伍性,环保不伤害地层。最后是成本低,合成原料易得。李孟洲等人针对目前国内外稠油/超稠油化学降粘所存在的乳化降粘与破乳脱水之间的矛盾问题,提出了研制和开发新型高效水基降粘剂的思路及方法,研制方法主要分作三大步骤:

1）油样特征参数(HLB值和PIT值)测定;

2）降粘剂基本配方研制(主剂分子结构设计及合成、辅剂型号确定及主剂与辅剂配比优化实验) ;

3）降粘剂优化配方确定(室内综合性能评价实验、动态流动模拟实验)。2.3典型的乳化降粘剂

复配型乳化降粘剂根据协同作用原理多以复配型配方为多。非离子型降粘剂具有抗盐性高、发泡性低、易形成低粘度乳状液等优点;阴离子型降粘剂具有比

非离子更强的降低界面张力的能力,且价格便宜。采用二者的复配,既可以提高非离子型的浊点,又可提高阴离子型的抗盐性,还可减少形成稳定的O/W型乳状液所需降粘剂的总量。其复配增效机理为:非离子表面活性剂中聚氧乙烯链中的氧原子与水溶液中氢离子结合使非离子表面活性剂带一定正电性,非离子与阴离子表面活性剂相互作用增强,而使复配体系的表面活性高于单一组分。杨景宗等人研究发现：非离子/阴离子表面活性剂复配体系的CMC(临界胶束浓度)～X(复配比例)曲线出现最低点,即复配体系的临界胶束浓度比单一组分降低,同时阴离子表面活性剂可以提高非离子表面活性剂的浊点。

李芳田等人以多种阴离子、非离子表面活性剂和助剂为原料,通过复配和筛选,制得阴离子/非离子表面活性剂复配体系。当复配体系加量0.3%,对东辛油田不同区块稠油(原油含水量25%)的降粘率达95%以上,沉降脱水率达90%以上。

随着深井超稠油(如塔河稠油,轮古稠油)的开采,要求降粘剂高温不降解;注蒸汽采油时加入乳化降粘剂能大大提高采油效率,亦对降粘剂提出了耐高温的要求;对于直接乳化降粘开采的油区,却又因低温而对降粘剂提出了耐低温的要求。

葛际江等人以丙酮作溶剂,采用氯乙酸法合成了5种壬基酚聚氧乙烯醚乙酸盐(产率均高于80%)耐温稠油降粘剂,对取自胜利油田、辽河油田的7种稠油具有好的降粘效果(加量为0.03 %～0.1 %时,降粘率均高于90%) ,所形成的乳状液1h的分水大于90%,且耐高温(在300℃下加热3h,其浓度无变化)。

吴本芳等人采用自制耐高温降黏剂SP对河南特稠油进行乳化降黏,特稠油进行乳化降黏,当SP加量为0.05 %,25℃时使河南特稠油降黏率达99%以上,且经高温(260～300℃)处理前后,SP对河南特稠油的降黏率都达到99%以上。