采油化学——稠油降粘
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降粘的一系列反应。
（1）稠油中活性组分在高温（150~300 ℃）和 催化剂（Mn+，如Fe2+，Ni2+，V4+等）存在的条 件下脱氢并水解产生烯醇和硫醇
（2）烯醇即变成醛并分解产生一氧化碳
（3)一氧化碳在催化剂作用下由水气转 换反应再产生氢。
（4）稠油中的活性组分在催化剂作用下加 氢，使该组分断裂，并释放出硫化氢。
0ek
有何启示
练习： 50℃时稠油的粘度为2000mPa·s，水的粘度为
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=73 mPa·s
降粘率=（2000-73）/2000=96.35%
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
采油技术手册，第八分册，P3~7
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。
埋深 1122-1500 950-1090 650-750 160-230 150-500 1100-1200 820-960 1200-1400 1220-1430 1736-2036
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
（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。
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
4、稠油乳化降粘剂
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
（2）若Φ=0.80，则k=8.0,μ=3.3×102 mPa·s
降粘率=（2000-330）/2000=83.5%
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%
4、稠油乳化降粘剂
主要成分是表面活性剂
C9H19
第六章 稠油降粘
1
主要内容
稠油 稠油的升温降粘法 稠油的稀释降粘法 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6章 稠油降粘
第一节 稠油
1、什么是稠油？
稠油是指粘度高、相对密度大的油。 稠油是指在油层温度下脱气原油的粘度超 过 100mPa•s的原油。
稠
105
油
粘度，mPa.s
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
4、稠油乳化降粘剂
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）
（3）表面活性剂在水溶液中的质量分数一般是 0.02%~0.5%。
羧基等，它们可通过氢键和分子间力吸附在沥 青质相表面，保护着沥青质相，使其分散于油， 形成特殊的胶体结构 。
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 ）
4、稠油粘度大对开发有何影响？
影 影响油层采收率 剥离难、易指进
粘
104
温
曲
线
103
塔河TK1055 胜利陈庄13-15 辽河齐40 塔河TK1244
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
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。
在稠油中加入氧化剂，可使沥青质中稠环部分间连 接的碳链或含杂原子碳链通过下面的氧化反应断裂，减 小沥青质形成结构的能力，达到稠油降粘的目的。
第6章 稠油降粘
第六节 稠油的催化水热裂解
降粘法
稠油催化水热裂解是指在高温和催化剂 （如FeSO4，NiSO4，VOSO4等）存在的条件下， 稠油中的活性组分（指稠环部分连接的碳链中 有硫键的胶质、沥青质）与水发生的导致稠油
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
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
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。
5、稠油降粘剂的使用工艺 地面加药方式
（1）人工间歇加药 三
种 方
（2）井口加药装置加药
式
（3）集中配置、管线注入
四、稠油降粘剂的使用工艺
2、井筒加药部位
（1）环空加入 两 种 方 式
（2）空心杆加入
第6章 稠油降粘
第五节 稠油的氧化降粘法
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，具有多分散性．与沥青质和芳香烃之间 并没有截然的界限。
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。
环烷环 烷基链
稠环芳 香环
杂原子
沥青质分子模型
胶质分子含有可形成氢键的羟基、氨基、
响
三 个 影响井筒举升 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
稠油降粘法包括： 升温降粘法 稀释降粘法 主要降粘方法 乳化降粘法 氧化降粘法 催化水热裂解降粘法
第6章 稠油降粘
第二节 稠油的升温降粘法
可用注蒸汽和电加热方法使稠油升温。 结构粘度
稠油的粘度 牛顿粘度
O
CH2 CH2 O
H
10
聚氧乙烯壬基苯酚醚-10（ NP-10）
C12H25
SO3Na
十二烷基苯磺酸钠
C17H35 COONa
十八酸钠（硬脂酸钠）
4、稠油乳化降粘剂
C9H19
O CH2 CH2 O 10SO3Na
聚氧乙烯壬基苯酚醚硫酸酯钠盐-10Fra bibliotekC9H19
O
CH2 CH2 O
C
4
H2
CH2
SO3Na
稠油稀释后的粘度可按下面的经验式计算：
lg（lg μd）=xlg（lg μ1）+(1-x)lg（lg μv）
式中，μd——稠油稀释后的粘度； μ1——稀油的粘度； μv——稠油的粘度； x——稀油与稠油的质量比。
从上式可以看到，稀油的粘度越低、稀油与稠油
的质量比越大，稠油稀释后的粘度就越低。
第6章 稠油降粘
包油乳状液，求分散相体积分数分别为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
（2）若Φ=0.80，则k=8.0 μ=0.55mPa·s× 2.7188.0× 0.80=3.3×102 mPa·s
Richardson公式
结构被破坏
稠油的粘度随温度的变化规律可用 Andrade公式表示：
aeb T
式中，μ——稠油的粘度； T——热力学温度； a，b——常数。
第6章 稠油降粘
第三节 稠油的稀释降粘法
在稠油中加入稀油（如煤油、柴油、轻质油、低 粘度原油等），可使稀释后的稠油粘度降低。
若在50 ℃粘度为6.24×104 mPa·s的稠油中按不同 的质量比加入50 ℃粘度为10.2 mPa·s的煤油，可得到 表6-3的结果。
• Φ≤ 0.74时，k为 7.0， • 当φ>0.74时，k为 8.0；
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。
Richardson公式
0ek
练习： 50℃时稠油的粘度为2000mPa·s，水的粘度为
0.55mPa·s。在表面活性剂的作用，将稠油乳化成水
本章完
第四节 稠油的乳化降粘法
1、稠油乳化降粘法的定义
在一定油水比的条件下，用水溶性表面活 性剂溶液可将稠油乳化成低粘度的水包稠油乳 状液。
稠油开发的关键： 降低粘度，改善流动性
2、Richardson公式
0ek
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：
（1）稠油中活性组分在高温（150~300 ℃）和 催化剂（Mn+，如Fe2+，Ni2+，V4+等）存在的条 件下脱氢并水解产生烯醇和硫醇
（2）烯醇即变成醛并分解产生一氧化碳
（3)一氧化碳在催化剂作用下由水气转 换反应再产生氢。
（4）稠油中的活性组分在催化剂作用下加 氢，使该组分断裂，并释放出硫化氢。
0ek
有何启示
练习： 50℃时稠油的粘度为2000mPa·s，水的粘度为
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=73 mPa·s
降粘率=（2000-73）/2000=96.35%
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
采油技术手册，第八分册，P3~7
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。
埋深 1122-1500 950-1090 650-750 160-230 150-500 1100-1200 820-960 1200-1400 1220-1430 1736-2036
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
（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。
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
4、稠油乳化降粘剂
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
（2）若Φ=0.80，则k=8.0,μ=3.3×102 mPa·s
降粘率=（2000-330）/2000=83.5%
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%
4、稠油乳化降粘剂
主要成分是表面活性剂
C9H19
第六章 稠油降粘
1
主要内容
稠油 稠油的升温降粘法 稠油的稀释降粘法 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6章 稠油降粘
第一节 稠油
1、什么是稠油？
稠油是指粘度高、相对密度大的油。 稠油是指在油层温度下脱气原油的粘度超 过 100mPa•s的原油。
稠
105
油
粘度，mPa.s
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
4、稠油乳化降粘剂
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）
（3）表面活性剂在水溶液中的质量分数一般是 0.02%~0.5%。
羧基等，它们可通过氢键和分子间力吸附在沥 青质相表面，保护着沥青质相，使其分散于油， 形成特殊的胶体结构 。
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 ）
4、稠油粘度大对开发有何影响？
影 影响油层采收率 剥离难、易指进
粘
104
温
曲
线
103
塔河TK1055 胜利陈庄13-15 辽河齐40 塔河TK1244
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
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。
在稠油中加入氧化剂，可使沥青质中稠环部分间连 接的碳链或含杂原子碳链通过下面的氧化反应断裂，减 小沥青质形成结构的能力，达到稠油降粘的目的。
第6章 稠油降粘
第六节 稠油的催化水热裂解
降粘法
稠油催化水热裂解是指在高温和催化剂 （如FeSO4，NiSO4，VOSO4等）存在的条件下， 稠油中的活性组分（指稠环部分连接的碳链中 有硫键的胶质、沥青质）与水发生的导致稠油
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
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
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。
5、稠油降粘剂的使用工艺 地面加药方式
（1）人工间歇加药 三
种 方
（2）井口加药装置加药
式
（3）集中配置、管线注入
四、稠油降粘剂的使用工艺
2、井筒加药部位
（1）环空加入 两 种 方 式
（2）空心杆加入
第6章 稠油降粘
第五节 稠油的氧化降粘法
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，具有多分散性．与沥青质和芳香烃之间 并没有截然的界限。
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。
环烷环 烷基链
稠环芳 香环
杂原子
沥青质分子模型
胶质分子含有可形成氢键的羟基、氨基、
响
三 个 影响井筒举升 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
稠油降粘法包括： 升温降粘法 稀释降粘法 主要降粘方法 乳化降粘法 氧化降粘法 催化水热裂解降粘法
第6章 稠油降粘
第二节 稠油的升温降粘法
可用注蒸汽和电加热方法使稠油升温。 结构粘度
稠油的粘度 牛顿粘度
O
CH2 CH2 O
H
10
聚氧乙烯壬基苯酚醚-10（ NP-10）
C12H25
SO3Na
十二烷基苯磺酸钠
C17H35 COONa
十八酸钠（硬脂酸钠）
4、稠油乳化降粘剂
C9H19
O CH2 CH2 O 10SO3Na
聚氧乙烯壬基苯酚醚硫酸酯钠盐-10Fra bibliotekC9H19
O
CH2 CH2 O
C
4
H2
CH2
SO3Na
稠油稀释后的粘度可按下面的经验式计算：
lg（lg μd）=xlg（lg μ1）+(1-x)lg（lg μv）
式中，μd——稠油稀释后的粘度； μ1——稀油的粘度； μv——稠油的粘度； x——稀油与稠油的质量比。
从上式可以看到，稀油的粘度越低、稀油与稠油
的质量比越大，稠油稀释后的粘度就越低。
第6章 稠油降粘
包油乳状液，求分散相体积分数分别为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
（2）若Φ=0.80，则k=8.0 μ=0.55mPa·s× 2.7188.0× 0.80=3.3×102 mPa·s
Richardson公式
结构被破坏
稠油的粘度随温度的变化规律可用 Andrade公式表示：
aeb T
式中，μ——稠油的粘度； T——热力学温度； a，b——常数。
第6章 稠油降粘
第三节 稠油的稀释降粘法
在稠油中加入稀油（如煤油、柴油、轻质油、低 粘度原油等），可使稀释后的稠油粘度降低。
若在50 ℃粘度为6.24×104 mPa·s的稠油中按不同 的质量比加入50 ℃粘度为10.2 mPa·s的煤油，可得到 表6-3的结果。
• Φ≤ 0.74时，k为 7.0， • 当φ>0.74时，k为 8.0；
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。
Richardson公式
0ek
练习： 50℃时稠油的粘度为2000mPa·s，水的粘度为
0.55mPa·s。在表面活性剂的作用，将稠油乳化成水
本章完
第四节 稠油的乳化降粘法
1、稠油乳化降粘法的定义
在一定油水比的条件下，用水溶性表面活 性剂溶液可将稠油乳化成低粘度的水包稠油乳 状液。
稠油开发的关键： 降低粘度，改善流动性
2、Richardson公式
0ek
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：