稠油自乳化降黏技術在臨盤油田的應用

董元軍，張子玉，韓　煒，董雙平，王在華，肖賢明

（1.中國石化勝利油田分公司臨盤采油廠，山東臨邑251507；2.納百科創（北京）技術開發有限公司，北京100102；3.中國科學院廣州地球化學研究所，廣州510640）

稠油自乳化降黏技術在臨盤油田的應用

董元軍1，張子玉1，韓煒1，董雙平1，王在華2，肖賢明3

（1.中國石化勝利油田分公司臨盤采油廠，山東臨邑251507；2.納百科創（北京）技術開發有限公司，北京100102；3.中國科學院廣州地球化學研究所，廣州510640）

針對目前臨盤油田稠油油藏開發中存在的采出液含水率高、產油量低、普通水驅采收率低等問題，開展了稠油自乳化降黏吞吐技術研究。通過室內實驗優選了最佳配方，然后進行了溫度、質量分數、礦化度和反應時間等因素對驅油效果影響的評價及物模驅替評價，得出了適合臨盤油田稠油低溫高礦化度地層條件的降黏劑的使用條件?，F場小型試驗表明，NB-5034A降黏劑能有效提高臨盤稠油井采收率。

臨盤油田；稠油乳化；降黏技術；現場試驗

隨著國內各大油田已進入注水開發中后期，各種非常規油氣藏越來越引起人們的重視，其中稠油資源分布廣泛，有望成為21世紀我國重要的油氣接替資源之一[1]。臨盤油田目前開發的稠油區塊為中低黏度稠油，50℃時的原油黏度1 350~11 980 mPa·s，主要油層和區塊均面臨采出液含水率高、產量低和普通水驅采收率低等問題。

稠油自乳化降黏是一種較新的稠油開采技術[2]，被認為是一種效果理想、有前途的提高采收率方法[3-5]。自乳化降黏驅油（Self-Emulsification Driving以下簡稱SED），是針對普通稠油（50℃黏度小于10 000 mPa·s）的提高采收率技術，其降黏、驅油機理是在一定溫度條件下，依靠地層滲流，SED產品與地下油藏稠油發生自乳化作用，或者將油包水型乳狀液轉變成水包油型乳狀液，大幅度降低稠油黏度，增強稠油在地層中的流動性，從而提高稠油采收率、采油速率及綜合經濟效益。

本文以典型臨盤稠油為研究對象，結合前人研究對自乳化驅油技術進行詳細評價[6-16]。

1　實驗

1.1實驗材料與儀器

實驗所用氯化鈣、氯化鎂和氯化鈉均為分析純。NB-5034A驅油劑由納百科創（北京）科技開發有限公司提供。

采用石英砂填充填砂管作為模擬巖心，以氮氣測定其滲透率約為460 mD.采用氯化鈣、氯化鎂和氯化鈣配制模擬地層水。主要儀器：旋轉黏度計（Brookfield）和多功能巖心驅替裝置。

1.2實驗方法

實驗中以配制的模擬油砂進行驅油劑的洗油評價實驗，其中模擬油砂的配制方法如下：稱取一定量臨盤油田稠油加入普通河砂中（粒徑0.075~0.15 mm），攪拌均勻陳化，稠油含量為20%.

實驗中，分別從驅油劑實驗、乳化實驗和物模實驗三方面對驅油劑進行了實驗室評價，具體方法如下。

（1）洗油實驗在20 g模擬油砂中加入50 mL驅油劑溶液，密封后放入一定溫度烘箱中，一定時間后測量洗出油的質量，計算洗油率，評價洗油能力。

（2）乳化實驗取70 g稠油于燒杯中，加入30 g一定濃度的驅油劑水溶液，密封后置于一定溫度烘箱中，一定時間后取出用玻璃棒攪拌，觀察乳化情況。

（3）物模實驗①用礦化度40 g/L的鹽水配制質量分數為1%的NB-5034A水溶液，然后與同等鹽度的鹽水分別加入不同不銹鋼罐中；②設定反應溫度60℃，并預熱24 h；③系統排空并連接管線；④向填砂管中注入鹽水，計時并計算注入體積，注入速度為0.5mL/min.注入完畢后，保溫24h，使填砂管充分飽和鹽水；⑤向填砂管中注入稠油，計時并計算注入體積，注入速度為0.5 mL/min.注入完畢后，保溫24 h；⑥向填砂管中注入鹽水，進行水驅，計時并記錄出油體積，計算水驅采收率；⑦保持注入速度不變，關閉出口端，向填砂管中注入0.5 PV的NB-5034A水溶液。密閉燜24 h后，打開出口端，繼續水驅至無油出，計算最終采收率。

2　驅油劑的實驗室評價

2.1不同驅油劑配方的對比

實驗中對洗油實驗和乳化實驗進行了驅油劑配方的優化。使用本實驗室合成的多種表面活性劑及商業表面活性劑為主要原料，配制了驅油劑NB-5034A（主要由烷基聚醚、烷基聚醚磺酸鹽、長鏈烷基硫酸鹽及部分助劑組成），并將其同多種其他配方驅油劑（CJ501，NIU-1，CJ304和CJ503）從洗油和乳化兩方面進行了對比（圖1，表1）。

圖1　驅油劑NB-5034A實驗室評價結果

表1　不同驅油劑洗油率對比%

洗油實驗時，實驗溫度50℃，實驗時間48 h，驅油劑質量分數為1%，礦化度為10 g/L（氯化鈣質量濃度為300 mg/L，其余為氯化鈉）。

從表1可看出，鹽水不具有洗油能力。其他5種驅油劑中，NB-5034A具有最優的洗油能力。

實驗中還研究了上述5種驅油劑不同溫度下對臨盤稠油的乳化能力，實驗用水礦化度同洗油實驗，實驗溫度分別為50℃、60℃和70℃（表2）。

表2　不同驅油劑乳化能力對比

從表2可以看出，NB-5034A表現出最優的乳化性能。當礦化度提升至臨盤油田實際礦化度（30000mg/L）時，CJ501、CJ503和CJ304已經出現沉淀分層現象，逐漸喪失了乳化洗油能力。綜合來看，NB-5034A是目前最優的驅油劑。

2.2溫度對洗油效果的影響

研究了不同溫度（50℃，60℃，70℃，80℃，90℃和100℃）對NB-5034A洗油效果的影響（圖1），實驗中，驅油劑質量分數為0.5%，洗油時間為24 h，礦化度為30 g/L，其中氯化鈣為1 g/L，氯化鎂為1 g/L，其余為氯化鈉（除特別注明，下同）。

從圖1a可以看出，隨著反應溫度的進一步升高，洗油率逐漸升高，70℃下達到最高值，為59.25%.這是由于隨著溫度的升高，稠油黏度降低，洗脫更加容易。隨著反應溫度的進一步升高，洗油率又逐漸降低，100℃時的洗油率為22.25%.這是由于驅油劑含有非離子表面活性劑，隨著溫度的升高，表活劑活性下降，導致洗油率下降。綜合來看，洗油時間為24 h時，70~ 80℃是合適的溫度范圍，結合后續研究，60~90℃亦可滿足使用要求。

2.3驅油劑質量分數對洗油效果的影響

驅油劑質量分數分別為0.1%，0.3%，0.5%，0.7%和1.0%，洗油溫度60℃，反應時間為24 h，礦化度為30 g/L，具體結果如圖1b所示。

隨著洗油劑質量分數的升高，洗油率也逐漸升高。當質量分數為0.1%時，洗油率僅為2.25%，完全不能滿足需要。當質量分數提高至0.7%時，洗油率達到50.75%，當質量分數進一步提升，洗油率沒有明顯變化。單純從質量分數影響因素來看，質量分數應在0.7%以上。結合成本等實際情況，質量分數在0.5%以上即可，但最多不宜超過1.0%.

2.4礦化度對洗油效果的影響

向每一份油砂中加入質量分數1%的NB-5034A水溶液50 mL，然后將其放入60℃烘箱中，24 h后取出分離上層油干燥稱重，并計算洗油率。其中，礦化度分別為5，10，30，50和100 g/L，均由氯化鈣、氯化鎂和氯化鈉混合配制，三者比例保持1∶1∶28.

從圖1c可看出，隨著礦化度的提高，洗油率先升后降，但礦化度為5~50 g/L時，趨勢平緩。當礦化度提高至100 g/L時，洗油率急劇下降，降至5%左右。實際應用中，礦化度不宜超過50 g/L.

2.5洗油時間對洗油效果的影響

洗油劑質量分數為0.5%，礦化度為30 g/L，洗油溫度為60℃，反應時間分別為24 h，48 h，72 h和96 h，具體結果如圖2所示。

圖2　不同洗油時間下NB-5034A的洗油率

反應時間24 h時，洗油率較低，為30.13%.隨著反應時間的延長，洗油率逐漸升高，反應時間為96 h時，提高至73.50%，繼續放置時，洗油率還會進一步升高。最終反應時間為120 h時，洗油率均可達到70%.由于油砂中油含量逐漸降低，油的洗脫越來越困難，故洗油率上升趨勢平緩。

綜合來看，洗油時間96 h是合適的，此時可以獲得高于70%的洗油率，進一步提高洗油時間，洗油率提高有限。

2.6乳化降黏實驗

實驗中還對NB-5034A的乳化降黏性能進行了評價，具體如下：稱取70 g臨11-斜18稠油于燒杯中，然后向其中加入30 ml質量分數0.5%的NB-5034A水溶液，油水比7∶3，密封后放入60℃烘箱中。24 h后取出，用轉子黏度計測量黏度。然后將其輕微攪拌，測量攪拌后黏度，并進行比較。

經過24 h靜置后，部分油水分層。測量其黏度并同原始稠油樣對比，黏度下降68.9%，由初始黏度972 mPa·s（60℃），下降至301.9 mPa·s，基本滿足采油要求。輕微攪拌后，臨11-斜18稠油可完全乳化，測試黏度30 mPa·s左右，降黏率高達96.9%.

2.7物模實驗

先對巖心進行水驅，后用驅油劑驅替（表3）。

從表3可以看出，NB-5034A可在水驅基礎上，平均提高22.24%的采收率。

表3　水驅與驅油劑驅替采收率%

3　臨盤油田稠油自乳化降黏現場試驗

3.1驅油方案設計及實施

選取某稠油井開展現場小型試驗，先期注入驅油劑2 t.現場施工作業參數及流程見表4.活性水現場配制，采用該區塊熱水（60℃）。

表4　現場施工作業流程

3.2試驗結果分析

圖3給出了試驗前后日產油情況。從中可以看出，試驗前，日產油量約為0.1 t，日產液量約為0.5 t.采取措施后，產液量和產油量均得到提升，日產油量達2 t左右（最高2.6 t），產液量10 t左右（最高11.9 t），較采取措施前有明顯提高。后兩者均有回落，日產油量維持在0.5 t，日產液量維持在7 t左右。在此期間共增油46.8 t.采取措施后，日產油量較措施前有較大提升，說明了驅油劑NB-5034A對提高臨盤油田稠油采收率有效。

現場施工過程中，初始注入壓力穩定在13 MPa，后期降為8 MPa，又緩慢升至11 MPa.壓力的降低可能是因為注入的驅油劑對近井地帶稠油起到了乳化作用和解堵的作用，從而降低了注入壓力。

試驗過程中，對采出液和采出油進行了分析。在油水分層后，重新攪拌，稠油部分乳化，乳化效果較實驗室差。這說明驅油劑在地層中有一定的損失。試驗中還對采出油黏度進行了測量（表5）。

圖3　試驗前后日產液和日產油情況

表5　采出油黏度（50℃）分析mPa·s

采出油的黏度較原始油樣黏度（1 910 mPa·s）有明顯降低，最高降黏率52.8%.說明驅油劑NB-5034A可以在臨盤油田稠油地層條件下對其起到乳化降黏的作用，從而在試驗初期明顯提高了產液量和產油量。

4　結論

（1）實驗中對驅油劑配方進行了篩選優化，選取了NB-5034A為最優驅油劑配方。并將其同其他驅油劑進行了洗油和乳化對比，從綜合性能來看，NB-5034A是其中適合臨盤油田稠油的最優驅油劑。

（2）物模實驗表明，NB-5034A對臨盤油田稠油具有良好的驅油能力，在水驅基礎上，可提高20%以上的采收率。

（3）現場試驗表明，在試驗初期，日產液量和日產油量均有顯著提升，并且采出油的黏度明顯降低。證明NB-5034A對提高臨盤油田稠油采收率具有一定作用。

［1］Al?Mjeni R，Arora S，Cherukupalli P，et al.Has the time come for EOR?［J］.Oilfield Review，2010，22（4）：16-35.

［2］Hasan S W，Ghannam M T，Esmail N.Heavy crude oil viscosity re?duction and rheology for pipeline transportation［J］.Fuel，2010，89（5）：1 095-1 100.

［3］Chiu Y C，Hwang H J.The use of carboxymethyl ethoxylates in en?hanced oil recovery［J］.Colloids and Surfaces，1987，28（1）：53-65.

［4］Danley D E.Method for improving production of viscous crude oil［P］.US：5013462，1991.

［5］Dos Santos R G，Bannwart A C，Brice?o M I，et al.Physico?chemical properties of heavy crude oil?in?water emulsions stabilized by mix? tures of ionic and non?ionic ethoxylated nonylphenol surfactants and medium chain alcohols［J］.Chemical Engineering Research and De?sign，2011，89（7）：957-967.

［6］曹均合，麻金海，郭省學，等.乳化降粘劑SB-2乳化稠油機理研究［J］.油田化學，2004，21（2）：124-127.

Cao Junhe，Ma Jinhai，Guo Shengxue，et al.A mechanistic study on viscosity reduction of heavy crude oils through O/W emulsion forma?tion with anionic surfactant SB-2［J］.Oilfield Chemistry，2004，21（2）：124-127.

［7］程斌.三次采油用石油磺酸鈉的合成與分析［D］.大連：大連理工大學，2004.

Cheng Bin.Synthesize and analyse on sodium petroleum sulfonate for EOR［D］.Dalian：Dalian University of Technology，2004.

［8］程秀蓮，王娉.遼河油田超稠原油表面活性劑降粘的研究［J］.沈陽理工大學學報，2006，25（1）：59-61.

Cheng Xiulian，Wang Ping.A study on viscosity depression effect of Liaohe ultra?thick crude oil with surface active agent［J］.Journal of ShenyangUniversity of Technology，2006，25（1）：59-61.）

［9］崔桂勝.稠油乳化降粘方法與機理研究［D］.東營：中國石油大學（華東），2009.

Cui Guisheng.The methods and mechanism for reducing viscosity of heavy oil by emulsifying［D］.Dongying：China University of Petro?leum（East China），2009.

［10］李干佐，陳鋒.天然混合羧酸鹽在三次采油和稠油降粘中的應用［J］.石油煉制與化工，2002，33（9）：25-28.

Li Ganzuo，Chen Feng.Application of natural mixed carboxylate on enhanced oil recovery and viscosity reducing for viscous crude oil［J］.Petroleum Processing and Petrochemicals，2002，33（9）：25-28.

［11］劉永永.三次采油用表面活性劑的合成及應用研究［D］.西安：西北大學，2011.

Liu Yongyong.The synthesis and application of the surfactant for EOR［D］.Xi’an：Northwest University，2011.

［12］呂敏捷.含水稠油降粘技術研究［D］.東營：中國石油大學（華東），2011.

Lv Minjie.Research on viscosity reduction technique of water?cut heavy oil［D］.Dongying：China University of Petroleum（East Chi?na），2011.

［13］秦冰.稠油乳化降粘劑結構與性能關系的研究［D］.北京：石油化工科學研究院，2001.

Qin Bing.Study on the relationship between the composition and performance of viscosity reducing agent used in the viscous crude recovery［D］.Beijing：Sinopec Research Institute of Petroleum Pro?cessing，2001.

［14］秦冰，彭樸，景振華.稠油開采用耐高溫抗鹽乳化降粘劑［J］.日用化學品科學，2000，23（增1）：128-132.

Qin Bing，Peng Pu，Jing Zhenhua.Viscosity?reducer used in heavy oil production with high thermal stability and strong salt resistance.［J］.Detergent&Cosmetics，2000，23（Suppl.1）：128-132.

［15］Morrow L R.Enhanced oil recovery using alkylated，sulfonated，ox?idized lignin surfactants［P］.US：5094295，1992.

［16］Zhu H，Luo J，Klaus O，et al.The impact of extensional viscosity on oil displacement efficiency in polymer flooding［J］.Colloids and Surfaces A：Physicochemical and Engineering Aspects，2012，414（20）：498-503.

Application of Self?Emulsification Viscosity Reducing Technology to Linpan Heavy Oilfield

DONG Yuanjun1,ZHANG Ziyu1,HAN Wei1,DONG Shuangping1,WANG Zaihua2,XIAO Xianming3
(1.Linpan Production Plant,Shengli Oilfield Company,Sinopec,Linyi,Shandong 251507,China;2.Nabai Kechuang(Beijing)Technology Development Co.,Ltd,Beijing 100102,China;3.Guangzhou Institute of Geochemistry,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou, Guangdong510640,China)

Linpan heavy oil reservoir is dominated by conventional heavy oil with viscosity of 1 350~11 980 mPa·s(at 50℃).In view of such problems as high water cut,low production,low recovery,etc,the self?emulsification viscosity reducing technology was studied to solve these problems.The viscosity reducing agent was firstly optimized in the lab,then the influences of temperature,concentration,salini?ty and reaction time on the oil displacement efficiency and the physical model displacement were evaluated,and finally the viscosity reduc?ing agent for this oilfield with low temperature and high salinity formation condition and its implementation condition was obtained.The small field tests show that MB-5034A agent can be used to effectively enhance the recovery of Linpan heavy oil.

Linpan oilfield;heavy oil emulsification;viscosity reducingtechnology;field test

TE357.43

A

1001-3873（2015）01-0090-04DOI：10.7657/XJPG20150118

2014-07-21

2014-11-05

董元軍（1971-），男，山東臨邑人，高級工程師，石油工程，（Tel）0534-8863156（E-mail）dyjcyek@shou.com.