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稠油乳化降粘剂结构与性能关系的研究

秦冰

  我国稠油资源丰富,开发稠油对于解决石油资源短缺的矛盾有重大意义。蒸汽驱是目前主要的稠油开采方法,但能耗大,且对超稠油的采收率很低。开采稠油时注入乳化降粘剂,使稠油从油包水型转化为水包油型乳状液,能够大幅度降低粘度。这种化学驱油方法与蒸汽驱等稠油开采方法配合,有着广阔的发展前景。随着稠油开采深度增加和地质条件复杂化,对乳化降粘剂提出了耐高温、抗矿盐和低成本等苛刻的要求,由于目前应用的乳化降粘剂尚不能满足上述要求,因此使稠油开采面临许多问题。乳化降粘剂都有特定的适用范围,对这一特定现象的本质人们了解很少,本课题试图从稠油组成与乳化降粘性能的关系来讨论这一问题。本课题在比较系统地考察了几种典型稠油的元素组成、烃族组成的基础上,研究了稠油组成及乳化降粘剂结构与乳化降粘性能的关系,提出一些描述稠油乳化降粘过程的新概念。在本课题研究中通过测定稠油乳状液的稳定性、油水界面张力和水包油滴粒径发现:与稠油乳化难易密切相关的是沥青质、蜡、天然羧酸的结构和含量。芳碳多、链烷碳少的稠油容易溶解沥青质,滞留在油水界面上的沥青质少,界面膜疏松,容易被添加的乳化降粘剂顶替,这样的稠油容易乳化。但当沥青质芳香度高时,因沥青质聚集体形成的界面膜强度高,难以被降粘剂拆散,这种稠油难乳化。若稠油中蜡的含量高,相对分子质量大,易在油水界面形成网状结构,这种稠油也难乳化。稠油中的天然羧酸皂化后形成天然乳化降粘剂,对稠油从油包水向水包油的转型有利。稠油中天然羧酸含量大于1.4%时,用碱水就稠油乳化降粘剂结构与性能关系的研究能乳化;含量小于1.4%的稠油,必须外加乳化降粘剂才能乳化。芳香度高和相对分子质量大的天然楼酸盐的乳化能力强,这可能是由于其分子具有与沥青质相似的结构,容易插入沥青质聚集体而进入油水界面,降低界面张力的缘故。本课题通过比较天然竣酸含量不同的稠油,脱除天然竣酸前后的稠油和外加天然骏酸的稠油的乳化降粘性能,证实了天然竣酸组份的作用。本课题考察了与天然竣酸盐结构相仿的合成摸酸盐的乳化降粘性能。虽然低分子缕酸盐能够弥补稠油中天然竣酸的不足,但在钙镁离子含量高的矿化水中易失效。将竣酸和聚醚共缩聚得到的二元共缩聚物,可以适当地提高抗矿盐能力。石油磺酸盐也存在抗矿盐能力不足的缺陷。本课题首次通过缩聚磺酸盐提高相对分子质量和与非离子型聚醚复配的方法,解决了耐高温和抗矿盐的问题。由于降粘剂分子中亲水基团数目的增加,使其抗矿盐的性能明显提高,水中钙镁离子质量浓度达700瞰时仍然有效;其耐高温性也明显增强,在350C下处理3h,仍能保持降粘性能不变。针对石油磺酸盐甲醛缩聚物/聚醚复配物在地层运移过程中容易产生‘色谱”分离现象和不适合低酸值的稠油乳化的问题,首次将竣酸、磺酸和聚醚的三元共缩聚物用于稠油的乳化降粘。这种兼有竣酸、磺酸和氧乙烯基的三元共缩聚型乳化降粘剂,当矿化水中钙镁离子质量浓度达2000mg/L时仍然有效,界面张力也从采用 H元共缩聚物时的3.35x10-‘降低到8.32xl0斗W,因此采用三元共缩聚物乳化的稠油乳状液更稳定。蒸汽驱油模试评定结果说明,添加0.5%石油磺酸盐缩聚物/聚醚二互石油化工科学研究院博士学位论文复配物,就能使60和100℃驱油效率提高约20%。添加0*%的竣酸、磺酸和聚醚的三元共缩聚物就能达到相同的驱油效率。如果将三元共缩聚物的剂量也提高到0.5%,则能使60 C驱油效率提高约25%。本课题用“问隔吸惭’和‘哄吸附” 的模型解释了石油磺酸盐缩聚物/聚醚复配物的乳化降粘特点。在石油磺酸盐甲醛缩聚物中,既含有未缩合的石油磺酸盐小分子,又含有缩合程度不同的缩聚物大分子,大小分子在油水界面上间隔吸附排列紧密,形成的界面膜强度高,因此界面张力明显下降,乳状液稳定性显著提高。用显微成像法测定的采用石油磺酸盐甲醛缩聚物配制的稠油乳状液的油滴粒径小于采用低分子磺酸盐在同样条件下配制的稠油乳状液,且油滴聚并慢,验证了间隔吸附模型的合理性。石油磺酸盐缩聚物阴离于与非离子组分壬基酚聚氧乙烯醚复配,“共吸附”模型解释了界面张力降低、乳状液稳定性提高的现象。综上所述,可以认为,共缩聚是提高乳化降粘剂抗矿盐能力和耐高温性能的有效途径。特别是由装酸、磺酸和聚醚组.残的三元共缩聚物的抗钙镁离子能力达到 2000m叭,耐温达到 3刃“C,基大解义了耐高温、抗丁盐的问题。这种乳化降粘剂的应用范回色较广、适用于低酸值稠油。……   
[关键词]:乳化降粘剂;矿化水;稠油开采;石油磺酸盐;界面张力;共缩聚物;界面膜强度;稠油乳状液;结构与性能关系;分散相粘度
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:石油化工科学研究院2001年