吐哈油田稠油井筒化学降粘的配方研究及室内评价
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2010 年第 21 期 内蒙古石油化工
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吐哈油田稠油井筒化学降粘的配方研究及室内评价
魏三林1 , 李晓辉2, 尹玉川2, 陈 超2
(1 . 吐 哈油 田公 司鲁 克沁 采油 厂; 2. 吐哈油田公司工程技术研究院)
摘 要: 稠油井筒化学降粘举升技术代表着中高含水开发阶段稠油降粘举升技术的发展方向。 目前 吐哈稠油井的综合含水已达到51% , 有利于稠油化学降粘技术的应用。 目前市场上普遍应用的稠油化学 降粘剂耐矿化度、 耐高温、 降粘率、 稳定性等均不能满足吐哈中深稠油化学降粘举升的技术需求, 为此采 用 “层状络合” 、 “分子间形成空间障碍” 的思路和引用降低摩阻的思想应用于配方研制中 , 提高了降粘剂 的耐高矿化度及乳状液稳定性。 通过室内试验的评价, 最终形成了适应吐哈油田稠油井筒化学降粘的降 粘剂配方 CF S- � 。 关键词: 吐哈油田; 稠油; 井筒降粘; 化学降粘剂 中图分类号: TE345 文献标识码: A 文章编号: 1006 —7981 ( 2010) 21— 0139— 03 吐哈稠油油随着不断的开采 , 油井已进入中高 含水阶段 , 目前稠油井的综合含水已达到51% , 有利 于化学降粘举升技术的应用及创造了广阔的市场前 景。 目前市场上普遍应用的稠油化学降粘剂耐高矿 化度能力低、 耐高温性差、 降粘率偏低、 稳定性较差、 药剂用量大、 降粘成本高等均不能满足吐哈中深稠 油化学降粘举升的技术需求。 因此 , 需要针对吐哈稠 油油藏的特征 , 研制出适应该油藏的既高效又经济 的化学降粘剂配方。 1 吐哈油田稠油油藏特征概况 吐 哈油田 鲁克沁 稠油地 质储量达 到 13660 × 10t , 其中稠油主产区的油藏埋深为2300 ～ 3200m , 地 层温度为 65～ 90 ℃、 地层水水型为 C aC l2 型, 其中钙 镁离子含量达到 11000m g �l, 总矿化度达到 8 ～ 15 万 m g�l。 吐哈油田稠油主产区的原油密度在20 ℃时为0. 953～ 0. 967g�m 3, 50℃时 原 油 粘 度 为 11000～ 30000m Pa. s、 含蜡量为 7%～ 11% 、 胶质含量为 13% ～ 37% 、 沥青质含量为 15%～ 34% 。 2 化学降粘的机理研究 211 化学降粘剂的选择原则 ①对稠油具有较好的乳化性 , 能形成比较稳定 的O �W 型乳状液, 或者对油管、 抽油杆表面具有良 好的水润湿性, 能形成稳定的水膜; ②形成的O � W 型乳状液不能太稳定, 否则影响下一步的脱水; ③具 有高效、 经济、 用量少的特点。 212 影响化学降粘的主要因素 稠油组分分析研究表明, 吐哈稠油组分中胶质 和沥青质分子量高 , 对原油粘度贡献大 , 表现为稠油 含胶质和沥青质含量高 , 则原油粘度高 ( 表 1、 表 2) ;
收稿日期: 201 0- 08 - 15
作者简介: 魏三 林, 男, 高 级工 程师 , 19 92 年 7 月毕业于西安石油学院油田化学专业, 现任吐哈油田公司鲁克沁采油厂副 总工 程师 , 一直从事稠油开采方面的技术工作。
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内蒙古石油化工 2010 年第 21 期
障碍” 的思路 , 添加了具有此类性能的辅剂, 不仅降 低了油水之间的摩阻, 而且有效提高了溶液的稳定 性。
沥青质
(% ) 18. 32 21. 6 13. 2
胶质
(% ) 26. 26 23. 1 37. 6
稠油组分相对分子质量表 沥青质
1927 2265 1967
ຫໍສະໝຸດ Baidu
相对分子质量 胶质
616 687 632
抽余油
368 403 387
图 1 稠油组分中胶质、 沥青质 、 烷烃分子结构模型图
从稠油组分分子之间结构模型图 ( 图 1) 看出, 烷 烃结构最为简单 , 沥青质与胶质结构相对复杂 , 但结
构类似。 因此, 化学降粘剂配方的研究重点针对稠油 中的胶质和沥青质, 只要能对胶质和沥青质实施降 粘作用, 就能达到对整个稠油原油的降粘效果。 根据前期分析研究得出, 影响化学降粘的主要 因素有两个方面, ①稠油组分中的胶质和沥青质、 含 气、 含水; ②乳化 液的水油比、 药剂 浓度、 温度条件 等。 213 化学降粘的机理研究 结合影响化学降粘的主要因素分析结果 , 在此 基础上, 提出了化学降粘的机理。 一是分散乳化机理 , 使用水溶性强的表面活性 剂作为分散乳化剂, 将一定浓度的乳化剂与稠油混 合, 即宏观上对块状稠油分散成小液滴状, 避免小液 滴之间直接接触 , 形成一种 O � W 型乳状液 , 形成的 分散性乳状液能大幅度的降低稠油的粘度和摩阻 , O� W 型分散性乳状液粘度可用式表示: k8 Λ= Λ we 式中: Λ——水包油乳状液的粘度 ,m P a s; Λw ——水的粘度, m P a s; 8 ——油在乳状液中所占的体积分数; k —— 常数, 当 8 ≤ 0. 74, 时 k = 7. 0, 当 8 > 0. 74 时, k= 8. 0; e ——自然对数的底, e = 2. 718。 从上式可以看出: ①水包油乳状液的粘度只与 水的粘度有关 , 而与油的粘度无关。 ②水包油乳状 液的粘度随着油在乳状液中所占的体积分数增加而 指数地增加, 即乳状液粘度受油在乳状液中所占的 体积分数影响很大。 二是润湿降摩阻机理 , 将表面活性剂水溶液注 入油井 , 破坏油管或抽油杆表面的稠油膜 , 即在油 管和抽油杆上形成一层水膜, 使表面润湿性反转变 为亲水性 , 形成连续的水膜, 减少了稠油在井筒上移 过程中流动阻力, 从而起到降低流动摩阻的目的。 3 化学降粘的配方研究 311 配方研究思路 根据吐哈稠油特性及地层水高矿化度特点 , 经 过大量的资料论证和调研, 提出了利用 “层状络合原 理” 的方法用于提高耐矿化度和稳定性 , 从而研究形 成以抗矿化度性能良好的聚醚类非离子表面活性剂 为主剂, 复配 Α - 烯烃磺酸盐等高耐盐阴离子表面活 性剂和辅助剂。 该降粘剂分子中由含有活泼氢的憎水化合物与 环氧乙烷加成—— 基团越大 , 抗盐性能越好 , 其乳化 降粘性能受碳链中亲油基团与亲水基团的比值影 响。 根据不同稠油分子组分, 调整主剂中的亲水基团 和亲油基团的比例和绝对值, 附加复配剂和辅助剂 等, 提高了降粘剂的综合性能指标。 考虑到降粘剂的耐高矿化度要求 , 在降粘剂配 方研制的基础上, 在降粘剂分子中引入有机硅基团 提高耐矿化度以及降粘效果。 结合润湿降摩阻的机理 , 利用 “分子间形成空间
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即稠油组分中胶质和沥青质含量高是导致稠油原油 粘度大的主要原因。
表1 项目 玉东 1 鲁 4- 8 玉西平 2 表2 油 样 玉东 1 鲁 4- 8 玉西平 2 稠油物理性质及主要组分分析表 密度 (20 ℃) 粘度 (50℃) g� cm 3 m Pa s
0. 9605 0. 9496 0. 9678 12000 31029 18021
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魏三林1 , 李晓辉2, 尹玉川2, 陈 超2
(1 . 吐 哈油 田公 司鲁 克沁 采油 厂; 2. 吐哈油田公司工程技术研究院)
摘 要: 稠油井筒化学降粘举升技术代表着中高含水开发阶段稠油降粘举升技术的发展方向。 目前 吐哈稠油井的综合含水已达到51% , 有利于稠油化学降粘技术的应用。 目前市场上普遍应用的稠油化学 降粘剂耐矿化度、 耐高温、 降粘率、 稳定性等均不能满足吐哈中深稠油化学降粘举升的技术需求, 为此采 用 “层状络合” 、 “分子间形成空间障碍” 的思路和引用降低摩阻的思想应用于配方研制中 , 提高了降粘剂 的耐高矿化度及乳状液稳定性。 通过室内试验的评价, 最终形成了适应吐哈油田稠油井筒化学降粘的降 粘剂配方 CF S- � 。 关键词: 吐哈油田; 稠油; 井筒降粘; 化学降粘剂 中图分类号: TE345 文献标识码: A 文章编号: 1006 —7981 ( 2010) 21— 0139— 03 吐哈稠油油随着不断的开采 , 油井已进入中高 含水阶段 , 目前稠油井的综合含水已达到51% , 有利 于化学降粘举升技术的应用及创造了广阔的市场前 景。 目前市场上普遍应用的稠油化学降粘剂耐高矿 化度能力低、 耐高温性差、 降粘率偏低、 稳定性较差、 药剂用量大、 降粘成本高等均不能满足吐哈中深稠 油化学降粘举升的技术需求。 因此 , 需要针对吐哈稠 油油藏的特征 , 研制出适应该油藏的既高效又经济 的化学降粘剂配方。 1 吐哈油田稠油油藏特征概况 吐 哈油田 鲁克沁 稠油地 质储量达 到 13660 × 10t , 其中稠油主产区的油藏埋深为2300 ～ 3200m , 地 层温度为 65～ 90 ℃、 地层水水型为 C aC l2 型, 其中钙 镁离子含量达到 11000m g �l, 总矿化度达到 8 ～ 15 万 m g�l。 吐哈油田稠油主产区的原油密度在20 ℃时为0. 953～ 0. 967g�m 3, 50℃时 原 油 粘 度 为 11000～ 30000m Pa. s、 含蜡量为 7%～ 11% 、 胶质含量为 13% ～ 37% 、 沥青质含量为 15%～ 34% 。 2 化学降粘的机理研究 211 化学降粘剂的选择原则 ①对稠油具有较好的乳化性 , 能形成比较稳定 的O �W 型乳状液, 或者对油管、 抽油杆表面具有良 好的水润湿性, 能形成稳定的水膜; ②形成的O � W 型乳状液不能太稳定, 否则影响下一步的脱水; ③具 有高效、 经济、 用量少的特点。 212 影响化学降粘的主要因素 稠油组分分析研究表明, 吐哈稠油组分中胶质 和沥青质分子量高 , 对原油粘度贡献大 , 表现为稠油 含胶质和沥青质含量高 , 则原油粘度高 ( 表 1、 表 2) ;
收稿日期: 201 0- 08 - 15
作者简介: 魏三 林, 男, 高 级工 程师 , 19 92 年 7 月毕业于西安石油学院油田化学专业, 现任吐哈油田公司鲁克沁采油厂副 总工 程师 , 一直从事稠油开采方面的技术工作。
140
内蒙古石油化工 2010 年第 21 期
障碍” 的思路 , 添加了具有此类性能的辅剂, 不仅降 低了油水之间的摩阻, 而且有效提高了溶液的稳定 性。
沥青质
(% ) 18. 32 21. 6 13. 2
胶质
(% ) 26. 26 23. 1 37. 6
稠油组分相对分子质量表 沥青质
1927 2265 1967
ຫໍສະໝຸດ Baidu
相对分子质量 胶质
616 687 632
抽余油
368 403 387
图 1 稠油组分中胶质、 沥青质 、 烷烃分子结构模型图
从稠油组分分子之间结构模型图 ( 图 1) 看出, 烷 烃结构最为简单 , 沥青质与胶质结构相对复杂 , 但结
构类似。 因此, 化学降粘剂配方的研究重点针对稠油 中的胶质和沥青质, 只要能对胶质和沥青质实施降 粘作用, 就能达到对整个稠油原油的降粘效果。 根据前期分析研究得出, 影响化学降粘的主要 因素有两个方面, ①稠油组分中的胶质和沥青质、 含 气、 含水; ②乳化 液的水油比、 药剂 浓度、 温度条件 等。 213 化学降粘的机理研究 结合影响化学降粘的主要因素分析结果 , 在此 基础上, 提出了化学降粘的机理。 一是分散乳化机理 , 使用水溶性强的表面活性 剂作为分散乳化剂, 将一定浓度的乳化剂与稠油混 合, 即宏观上对块状稠油分散成小液滴状, 避免小液 滴之间直接接触 , 形成一种 O � W 型乳状液 , 形成的 分散性乳状液能大幅度的降低稠油的粘度和摩阻 , O� W 型分散性乳状液粘度可用式表示: k8 Λ= Λ we 式中: Λ——水包油乳状液的粘度 ,m P a s; Λw ——水的粘度, m P a s; 8 ——油在乳状液中所占的体积分数; k —— 常数, 当 8 ≤ 0. 74, 时 k = 7. 0, 当 8 > 0. 74 时, k= 8. 0; e ——自然对数的底, e = 2. 718。 从上式可以看出: ①水包油乳状液的粘度只与 水的粘度有关 , 而与油的粘度无关。 ②水包油乳状 液的粘度随着油在乳状液中所占的体积分数增加而 指数地增加, 即乳状液粘度受油在乳状液中所占的 体积分数影响很大。 二是润湿降摩阻机理 , 将表面活性剂水溶液注 入油井 , 破坏油管或抽油杆表面的稠油膜 , 即在油 管和抽油杆上形成一层水膜, 使表面润湿性反转变 为亲水性 , 形成连续的水膜, 减少了稠油在井筒上移 过程中流动阻力, 从而起到降低流动摩阻的目的。 3 化学降粘的配方研究 311 配方研究思路 根据吐哈稠油特性及地层水高矿化度特点 , 经 过大量的资料论证和调研, 提出了利用 “层状络合原 理” 的方法用于提高耐矿化度和稳定性 , 从而研究形 成以抗矿化度性能良好的聚醚类非离子表面活性剂 为主剂, 复配 Α - 烯烃磺酸盐等高耐盐阴离子表面活 性剂和辅助剂。 该降粘剂分子中由含有活泼氢的憎水化合物与 环氧乙烷加成—— 基团越大 , 抗盐性能越好 , 其乳化 降粘性能受碳链中亲油基团与亲水基团的比值影 响。 根据不同稠油分子组分, 调整主剂中的亲水基团 和亲油基团的比例和绝对值, 附加复配剂和辅助剂 等, 提高了降粘剂的综合性能指标。 考虑到降粘剂的耐高矿化度要求 , 在降粘剂配 方研制的基础上, 在降粘剂分子中引入有机硅基团 提高耐矿化度以及降粘效果。 结合润湿降摩阻的机理 , 利用 “分子间形成空间
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即稠油组分中胶质和沥青质含量高是导致稠油原油 粘度大的主要原因。
表1 项目 玉东 1 鲁 4- 8 玉西平 2 表2 油 样 玉东 1 鲁 4- 8 玉西平 2 稠油物理性质及主要组分分析表 密度 (20 ℃) 粘度 (50℃) g� cm 3 m Pa s
0. 9605 0. 9496 0. 9678 12000 31029 18021