稠油油溶性降粘聚合物的合成及其降粘劑降粘性能研究.pdf

1、稠油的化學(xué)降粘劑可以用于降低特定溫度及狀態(tài)下稠油的黏度，提高輸送量和輸送速度，從而降低管道輸送的能耗。目前國內(nèi)外主要應(yīng)用的化學(xué)降粘方法主要有井下水熱催化裂化降粘、表面活性劑降粘、油溶性降粘劑降粘和降凝劑降粘。國外最多報(bào)道的基本都是降凝劑降粘，而國內(nèi)鉆井采油主要采用井下水熱催化裂化降粘。管道輸送使用的有表面活性劑降粘和油溶性降粘劑降粘。
　　 目前，油溶性降粘劑的研制主要集中于以不飽和酯類為基體的二元和三元共聚物的開發(fā)方面。合成這

2、類油溶性降粘共聚物的出發(fā)點(diǎn)是考慮到稠油中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)。膠質(zhì)和瀝青質(zhì)集中了稠油中絕大多數(shù)的雜原子O、N、S和金屬原子等，這些雜原子的存在直接造成了稠油的高黏性特點(diǎn)。O、N、S在膠質(zhì)和瀝青質(zhì)分子中的官能團(tuán)有羥基、羰基、氨基、巰基和雜原子環(huán)，這些特定的官能團(tuán)可以形成氫鍵，使得膠質(zhì)和瀝青質(zhì)分子間相互交錯(cuò)連接，從而形成復(fù)雜的網(wǎng)狀堆積結(jié)構(gòu)，并相互聚集將部分烴類組分包裹在堆積結(jié)構(gòu)中造成原油的高黏度。同時(shí)，稠油中的石蠟分子在低溫時(shí)開始形成結(jié)晶

3、，使得稠油凝結(jié)，并將稠油中的烴類組分包裹在蠟晶的結(jié)構(gòu)內(nèi)形成了稠油的高凝點(diǎn)。降粘聚合物分子的特點(diǎn)是能夠與膠質(zhì)和瀝青質(zhì)分子的雜原子及特定的氫原子形成新的氫鍵，破壞膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的原有結(jié)構(gòu)，同時(shí)降粘劑聚合物分子的長鏈烷基結(jié)構(gòu)可以與石蠟分子共溶來降低稠油的凝點(diǎn)，從而降低稠油的黏度。
　　 本文針對(duì)稠油中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與石蠟分子低溫凝結(jié)的特性，從形成氫鍵的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)特征以及降粘劑分子在稠油中的溶解性出發(fā)來設(shè)計(jì)降粘聚合物分

4、子。采用烷基不飽和酯類作為聚合第一單體，帶有O、N、S雜原子極性基團(tuán)的單體作為第二、第三聚合單體，以溶液聚合和乳液聚合方法合成了八種二元或三元降黏共聚物，并對(duì)所合成的八種降粘聚合物進(jìn)行了紅外、分子量、粒徑和熱分析表征。
　　 以大慶林源站出站稠油為研究對(duì)象，將合成的八種降粘聚合物溶于稀釋劑制備成降粘劑，并以市場(chǎng)上現(xiàn)有商品EVA-1作為對(duì)照，進(jìn)行稠油加劑后運(yùn)動(dòng)粘度的測(cè)試。結(jié)果表明，合成的八種降黏劑對(duì)大慶稠油都有較好的降粘效果，普遍

5、好于商品EVA-1。如丙烯酸丁酯-苯乙烯-對(duì)苯乙烯磺酸鈉共聚物對(duì)大慶稠油1的最高降粘率達(dá)到83.2％，比EVA-1提高了8個(gè)百分點(diǎn);甲基丙烯酸十二酯-乙烯共聚物的最高降粘率達(dá)85.2％，比EVA-1提高了10個(gè)百分點(diǎn)。
　　 隨著稠油溫度的升高，各種降黏劑的降粘率逐漸降低。如商品EVA-1，在加量為500ppm條件下，40℃、50℃、60℃、70℃、80℃的降粘率分別為77％、68.8％、64.6％、60.3％、55.7％。

6、r>　　 降黏劑加入量對(duì)降粘效果有較大影響。如商品EVA-1以及自主合成的EVA在加量為500ppm時(shí)降黏效果最好，1000ppm及以上時(shí)降粘率反而下降。
　　 相同種類的降黏聚合物，分子量不同降黏效果也不相同。如相同降黏條件下，商品EVA-1的最大降粘率為77％，而自主合成的EVA最大降粘率為97.6％。
　　 同種降黏劑對(duì)不同種類的稠油降粘效果不同。如對(duì)于大慶原油，混合酯-4-乙烯基吡啶-苯乙烯共聚物的最大降粘率為

7、70.3％，而對(duì)于勝利油田孤島稠油，當(dāng)加量為463ppm時(shí)，降粘率達(dá)到79.1％。降黏效果則更加明顯。
　　 對(duì)加入降黏劑前后的大慶稠油進(jìn)行了掃描電子顯微鏡觀察，結(jié)果表明，加入降粘聚合物之前，稠油中膠粒的數(shù)量多、尺寸小，加入降粘聚合物之后，稠油中膠粒的尺寸明顯變大，數(shù)量明顯減少，證明了降黏聚合物確實(shí)能夠和稠油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)以及石蠟質(zhì)相互作用，降低稠油的黏度。
　　 采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法對(duì)稠油模擬體系以及加入降黏劑的稠