引言

蒸汽吞吐是稠油开采的重要方法之一,曙光油田稠油区块，目前已进入蒸汽吞吐高周期,油藏开发过程中暴露出一些主要矛盾,主要表现为高轮次吞吐后,地层能量不足,地下存水增多,原油产量下降， 套管变形或损坏数量增加，不能实施常规的封隔器隔热措施，使蒸汽吞吐受到限制，给油田的经济有效开发带来了一定困难。为此,科学合理地开发稠油,改变目前高周期低产、套变（坏）稠油井的开采方式,势在必行。针对目前稠油蒸汽吞吐井蒸汽波及面积有限，远井地带储层动用较少的现状，以及传统化学药剂性能单一，剥离稠油性能较差的缺点，研制出适合目标区块的化学助排剂，该药剂同时具有渗透、剥离、降粘、以及驱油的性能，在蒸汽注入之前打入该药剂，由蒸汽推动药剂向远井地带移动，启动蒸汽未波及储层，相当于扩大蒸汽的波及面积，由药剂将蒸汽波及不到的地层原油带出井口，延长单轮次的开采周期，起到单轮次单井增油增产的目的。

1 稠油乳化降粘常用表面活性剂类型研究

根据化学结构，表面活性剂通常分为阳离子型、阴离子型、非离子型、两性型以非离子—阴离子复合型。因阳离子型活性剂易被地层吸附或产生沉淀，所以很少用驱油剂或乳化降粘剂，驱油和乳化降粘用剂主要有以下类型。

1.1阴离子型

阴离子表面活性剂的亲水基团发生电离后形成带电阴离子，根据亲水官能团可以分磺酸盐型、硫酸盐型和羧酸盐型。常见的磺酸盐型有烷基苯磺酸钠(多为C₈～C₁₆的直链烷基，相对分子量为350～470)、α-烯烃磺酸盐、石油磺酸盐、木质素磺酸盐等。石油磺酸盐是磺化常压或减压馏分油、润滑油精制过程中的抽出的富含烃的副产品，易得到超低界面张力，具有很强乳化能力，吸附性低于非离子表面活性剂。木质素磺酸盐是用木质素磺化制得，自然界中一般草本植物一般富含木质素，因此来源广价格低廉，可以作为驱油剂，也可以和石油磺酸盐复配使用，可以产生超低界面张力，驱油效果比单一的石油磺酸盐要好，而且成本较低。木质素磺酸盐和石油磺酸盐因其源广、价格低倍受青睐。α-烯烃磺酸盐是一种既包含α-烯烃磺酸盐，又包含烯基羟基磺酸盐和二磺酸盐的混合物，统称α-烯烃磺酸盐(AOS)，和烷基苯磺酸盐的主要区别在于磺酸基在烷基链上，而烷基苯磺酸盐的磺酸基在苯环上，耐盐耐高温性能比较好，C11～C29烯烃作为亲油基效果最好。

脂肪醇硫酸盐型(AS)(如十二烷基硫酸钠)的HLB值很高，可做原油乳化降粘剂的主剂，也可与其它表面活性剂配合使用。

羧酸盐是以羧基为亲水基的阴离子型表面活性剂，具有C12～C28脂肪链的脂肪酸表面张力最低，具有不饱和脂肪链的羧酸盐比饱和链的羧酸盐的表面活性更好。

阴离子表面活性剂常用短链醇(C₁～C₄)作为助剂(醇：烷基苯磺酸盐=0.5:1～5:1)，可以增强乳化效果。可以与OP类表面活性剂构成复配驱油剂配方。

这类表面活性剂如烷基苯磺酸盐、木质素磺酸盐等的缺点是耐硬水、耐盐性差。

1.2非离子型

指分子中含有在水溶液中不解离的醚基为主要亲水基的一类表面活性剂。最典型的是烷基苯酚聚氧乙烯醚、环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚物以及脂肪醇醚聚氧乙烯醚(AEO)等。

烷基酚聚氧乙烯醚的烷基多为单辛基、王基或十二烷基，也有双烷基。醚链(EO)聚合度多为10～150。

脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)的EO聚合度为10～150，可以与环氧丙烷环氧乙烷嵌段共聚物配合使用，但是用途没有烷基酚聚氧乙烯醚广。2003年李孟洲等研制出SHVR-02稠油乳化降粘剂，该活性剂由主剂脂肪醇聚氧乙烯醚、一种生物表面活性剂及辅剂快速渗透剂JFC配成。SHVR-02对辽河油田6种稠油的乳化降粘率达99％以上，形成的稠油乳状液易破乳。

两段或三段的环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚物也是常用的非离子乳化剂，HLB值为12～16，相对分子量为1500～2500，主要在乳化降粘及中作辅助剂，也可以做主剂。

这类活性剂消费量仅次于阴离子非离子型表面活性剂，由于在水溶液中不能电离，因而它不会与其它电离物质发生化学反应而产生沉淀，而且具有临界胶束浓度低、胶束聚集性强、可获得高增溶性、低界面张力和低吸附损耗，可根据需要灵活增减聚氧乙烯醚的链长等突出优点，因而在强化采油中具有较好的应用前景。

1.3两性型

两性表面活性剂是指在同一分子中，既含有阴离子亲水基，又含有阳离子亲水基的第二章乳状液特性及乳化降粘机理的分析表面活性剂。这类活性剂应用还很不普及。两性表面活性剂对金属离子有螫合作用，因而适用于高盐度的油层。

1.4非离子-阴离子复合型

这是近年来开发的一类新型乳化剂，这种活性剂既含有非离子亲水基团又含有阴离子亲水基团的表面活性剂，代表性的品种有烷基酚聚氧乙烯醚磺酸盐[18]、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐(AES)、还有含有双阴离子，甚至多阴离予的表面活性剂，如烷基酚聚氧乙烯醚二磺酸盐等，这种表面活性剂同时含有阴离子表面活性剂和非离予表面活性剂的优点，用它们无需助表面活性剂即可形成稳定的微乳液，对地层盐度为4～30％的油层均适用。

烷基酚聚氧乙烯醚磺酸盐的烷基多为壬基或辛基，EO聚合度多为2～10。这类表面活性剂可以与环氧丙烷环氧乙烷嵌段共聚物、烷基酚聚氧乙烯醚以及磺酸盐复配使用。脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐(AES)也是非离子，阴离子型活性剂，饱和碳链为C₁₂～C₂₅的天然或者合成脂肪醇，EO聚合度为3～12，可以做为原油乳化降粘的主剂，也可以与烷基酚聚氧乙烯及环氧丙烷环氧乙烷嵌段共聚物配合使用。

1.5复配型

为了提高性能，乳化降粘剂和驱油剂一般多以几种表面活性剂组合复配使用。适当复配使用不但提高性能也可以降低成本。除了活性剂，配方中还经常添加碱(NaOH、Na₂CO₃、三乙醇胺等，添加量为0.01～2％)、短链醇(C₁～C₄)、聚合物等。加碱的目的是使其与原油中的酸性物质(如环烷酸)反应，以降低外加表面活性剂的用量。加碱以后较容易得到超低界面张力，岩心驱替效率可达到62～74％。

2室内试验研究

2.1原油物性分析

（1）密度的测定：GB2549-81 石油产品密度测定法（比重瓶法）

（2）粘度的测定：SY/T0520-2008 原油粘度测定 旋转粘度计平衡法

（3）原油含水率测定

1）原油含水率的测定方法：原油的含水率测定采用蒸馏法。

    2）仪器设备

1000ml圆底烧瓶一只、冷凝管及配套胶管、托盘天平、分水器以及原油含水测定仪等。

    3）实验方法

    首先用天平称量圆底烧瓶的重量，然后加入一定量的原油，称重并计算加入的原油的重量，再加入与水不混溶的直馏汽油，加入的量以不超过圆底烧瓶容量的1/3为宜，将分水器和冷凝管安装好，把烧瓶放在原油含水测定仪上加热回流2个小时冷却下来的溶剂和水在带有刻度的分水器中连续分离，水沉降到分水器中带刻度的部分，溶剂大部分返回到蒸馏烧瓶中，读出分水器中水的体积，按下式计算原油乳状液的含水率φ：

Φ=ρ·V₁/m₁×100%

    式中：V₁—分水器中水的体积，ml；

          m₁—试样的质量，g；

          ρ—水的密度，g/cm3

    4）基本原理

    将原油与直馏汽油在含水测定仪上蒸馏。由于汽油沸点较低首先汽化并将油品中的水携带出来，经冷凝后流入分水器中，汽油与水在分水器中分层，水沉降到分水器中带刻度的部分。汽油可以降低油品粘度以免含水油品沸腾使起泡甚至冲出，汽油蒸馏后不断冷凝回流到烧瓶内，降低水、汽油和原油混合物的沸点防止过热。

2.2水质分析研究

水质对乳化降粘存在以下影响：①盐中的碱土金属在加热条件下与阴离子表面活性剂形成有机钙不溶性盐；②盐的作用使非离子表面活性剂溶解度降低，浊点降低，临界胶束浓度降低。

2.3稠油乳化降粘配方的确定及性能评价

稠油化学降粘研究和应用最多的是乳化降粘法，乳化降粘是通过稠油与降粘剂水溶液形成O/W乳状液降粘的稠油降粘方法。选择合适的乳化降粘剂是稠油乳化降粘法的技术关键。影响稠油化学降粘的因素，根据作用机理可以分为化学因素和物理因素。化学因素主要指乳化体系：原油、水和乳化剂；物理因素主要指外界因素，包括油水体积比、温度、混合方式、含盐量、PH值等。本实验通过一系列的实验，分析了阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂作为乳化剂对稠油乳化降粘的影响，得出了稠油乳化降粘的最佳配方。

2.3.1稠油乳化降粘配方确定

1）乳化降粘剂的选择

表面活性剂是稠油乳化降粘技术中用得最多的一类乳化降粘剂。其中，阴离子型应用最普遍；非离子型因其具有不怕硬水、受介质影响小等优点被受到特别重视；阳离子型表面活性剂由于价格高且使用时易吸附于地层砂岩表面造成很大浪费，所以实际使用受到限制。

根据乳化降粘的要求，本研究主要选用了阴离子型表面活性剂（主剂）、非离子型表面活性剂作为降粘剂研究对象进行研究。

本次实验所用的阴离子型表面活性剂（为实验室内合成产品）：ST-CN-2、ST-CN-3、ST-CN-4、ST-CN-5、ST-CN-6、ST-CN-7、ST-CN-8、ST-CN-9、ST-CN-10；

本次实验所用的非离子型表面活性剂：ST-AN-1、ST-AN-2；

2）实验条件及方法

①实验条件。

本文实验所用稠油50℃粘度为25321mPa·s（辽河油田曙光稠油）；实验用水为HA15-10采出水；油：水=7:3（体积比）；实验温度为50℃，模拟一般地层温度。实验所测粘度皆是温度50℃、6转/分下测得的粘度。

②实验方法：

3）乳状液的制备。

乳状液的制备实际上就是将一种液体以液珠的形式分散到另一种与其不相混溶的液体中。因此在制备乳状液的过程中，就会产生巨大的相界面，使体系的界面能大幅度地增加，而这些能量则需要外界提供。制备乳状液的设各常用的有搅拌器、胶体磨、均化器和超声波乳化器等。

本实验采用机械搅拌方法来制备稠油乳状液，即取适量原油与降粘剂水溶液混合在烧杯中，用玻璃棒搅拌60圈使形成均匀乳状液。

4）乳状液类型鉴定方法

将乳状液放到显微镜下观察，如果液滴中心是黑色周围是亮色，就是O/W，否则就是W/O。这种方法可以观察复合型的乳状液。

本研究采用稀释法来鉴别乳状液的类型，即用玻璃棒蘸取一滴乳状液并滴到盛水的玻璃皿中，若液珠分散说明乳状液是0/W型乳状液；若液珠不分散说明乳状液是W/0型乳状液。

5)实验的步骤：

①分别将一定量的降粘剂溶于模拟地层水中，配成不同浓度的溶液；

②将一定量的稠油置于烧杯中密封，在50℃下恒温2个小时；按油水比7:3的比例，将上述溶有降粘剂的水加入油样中，预热1个小时，充分搅拌，观察现象；

③50℃下测量上述油水混合物的粘度，计算各种降粘剂的降粘率；

2.3.2乳化降粘剂配伍性研究

（1）实验方法

在该项实验中要考察各种降粘剂与哈拉哈塘地层水的配伍性，实验方法为：在相同的药量和加水量条件下，观察不同的降粘剂与不同水质混合后的现象。如果生成粉尘或絮状沉淀物，则说明降粘剂与相关流体配伍性不好，如果原油分散成非常细小的块状，流动性好，则说明降粘剂与相关流体的配伍性较好。配伍性越好，降粘剂的适应性越强，性能越好。

（2）实验结果与讨论

分别考察这11种降粘剂与哈拉哈塘地层水的配伍性。在预先放置好地层水的烧杯中分别加入500ppm，1000ppm及1500ppm的药剂，观察药剂与地层水混合后发生的现象。结果表明，参选的11种药剂与地层水很好的混合，无粉尘或絮状沉淀物生成，流动性好。说明各种降粘剂的配伍性均较好，据此无法区分出优劣。

2.3.3乳化降粘剂降粘率的研究

（1）实验方法

降粘率越大降粘剂的降粘效果越好。原油乳状液的粘度一般采用旋转粘度计来测定。在该项实验中，使不同的降粘剂在相同的测试条件（如相同的油样条件，相同的油水比，实验温度，相同的降粘剂质量分数，采用同一粘度计进行测量）下，测出它们分别的降粘率来进行比较。测定粘度时，剪切速率先由低向高，再由高向低变化。转子和转速的选择要根据稠油的粘度而定，一般粘度高则转子号较大而转速较低，使粘度计指针读数在20～80范围为宜。

降粘率具体测定方法如下：用φ70mm(容量250mL)的烧杯装入一定量的稠油，在50℃恒温水浴中静置一小时后，用BROOKFIELD旋转圆盘粘度计测定稠油的粘度μ₀，然后将已在50℃下恒温的一定浓度的降粘剂水溶液（自来水配制）加入到原油中，用玻璃棒搅拌，直至乳化均匀。在50℃下用BROOKFIELD旋转圆盘粘度计迅速测定乳状液的粘度μ₁，由上述计算公式即可计算出降粘剂对稠油的降粘率。

（2）结果与讨论

按照油：水=7:3的比例，在稠油中加入表活剂含量为6000mg/L的活性水溶液，降粘效果如下

①所提供的表活剂水溶液在实验条件都能乳化稠油，形成O/W乳状液，只是乳状液形成的快慢有区别。由于加入的表活剂浓度大，11种表面活性剂都取得了较好的降粘效果，降粘率都在90%以上；

②从降粘率比较，降粘效果最好的是ST-CN -2、3、9、10，初步选取为ST-CN -9、ST-CN -10。

3 结论

本文针对稠油蒸汽吞吐井蒸汽波及面积有限，远井地带储层动用较少的现状等缺点，进行了稠油乳化降粘常用表面活性剂类型研究，以及乳化降粘剂配伍性室内试验研究，稠油乳化降粘常用表面活性剂类型，为稠油复合吞吐技术的现场实施及应用打下了良好基础。

参考文献

[1] 陈辉. 特稠油化学复合吞吐工艺技术研究与应用[J]. 断块油气田, 2009, (5): 37.

[2] 邓玉满.超稠油水平井分段注汽配合调剖技术研究与应用[J].中外能源.2013,(12).006.