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[摘 要]针对孤东采油厂蒸汽吞吐热采井多轮次吞吐后单井产能低，井筒举升易产生反相乳化，生成油包水乳状液体系，导致光杆下行困难等问题，利用孤东脱水稠油为原料，开展了适合稠油开发的石油磺酸盐的室内研制，试验表明，应用体现了稳定性更好、吸附量更少、降粘效果更优的效果，为实现该类油藏高效经济开采奠定了基础。
[关键词]石油磺酸盐 稠油热采 应用研究
中图分类号：TE39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）14-0388-01
0引言
稠油开采的核心问题是降粘。目前，国内外使用的稠油降粘技术较多，大体可分为物理降粘技术（包括加热、掺稀、超声波降粘等）、化学降粘技术（包括降凝、乳化、加碱、改质和油溶性降粘等）、微生物降粘技术和复合降粘技术（包括热/化学降粘、水热催化裂解、油溶/乳化复合降粘技术等）。在上述稠油降粘技术中，乳化降粘是目前研发的重点之一。这是由于乳化降粘表面活性剂成本低，降粘幅度大，工艺简单，见效快。乳化降粘技术可使用原有井的掺稀设备使其能耗降低且费用低于掺稀费用，产油量又高于掺稀的产油量。另外，乳状液的外相水水源充足（主要为采出的地层水），这样又减少了采油成本，经济效益好。
1石油磺酸盐在稠油热采中的应用情况
新疆油田研究利用环烷酸和石油磺酸盐辅助稠油开采。其主要利用炼油的下游产品研制开发环烷酸盐和石油磺酸盐，作为辅助吞吐热采添加剂，用于解决部分稠油井生产过程中产量迅速下降的问题。其对环烷酸和石油磺酸盐产品进行了室内评价，结果表明利用减压二线馏分环烷酸盐和石油磺酸盐工业品作为热采添加剂在技术上是可行的，其理化指标达到热采添加剂的技术要求。室内实验通过对石油磺酸盐体系的热稳定性、油水界面张力变化特征、降粘特性、洗油效率等幾方面进行评价研究，证明该石油磺酸盐对新疆准格尔盆地九区和红山嘴浅层稠油区的稠油具有良好的适应性，以上两个试验区块的原油粘度在10000mPa·s左右，在现场应用后效果显著。
2004年以来胜利油田依托自己合成的石油磺酸盐辅助蒸汽热采，在滨南采油厂、孤岛采油厂、孤东采油厂等热采区块进行了现场实施，统计结果显示单井注汽压力降低0.5MPa～2.4MPa，单井增油670吨，投入产出比1：6.7，取得了很好的经济效益。
2石油磺酸盐在稠油热采中的研究方向
以孤东稠油为原料，通过在稠油中加入磺化剂，使稠油中的大部分组分（不仅仅局限于芳烃）被磺化，经磺化后，稠油的很多分子中引入了磺酸盐基团（亲水基），使其溶解度增加，生成表面活性剂（稠油磺酸盐，可归类于阴离子型表面活性剂）。由于其来源于稠油，与稠油的相容性好，稠油磺酸盐就可吸附在油水界面，充当稠油乳化剂的作用。未被磺化的稠油仍然进入稠油中，不需要分离。为了进一步提高稠油磺酸盐的性为了进一步提高稠油磺酸盐的性能，降低稠油磺酸盐的用量，采用将稠油磺酸盐与两亲性有机碱复配的方法。两亲性有机碱为两亲性分子，分子一端亲水，一端亲油。通过选择R1-R4的结构（此即该分子的技术关键），使其具有合适的性能。当它与稠油磺酸盐复配时，由于反电性之间强烈的电性作用（类似于阴、阳离子表面活性剂混合体系），促使稠油磺酸盐更加紧密的吸附在油水界面，形成具有一定强度的界面膜，增强稠油磺酸盐的乳化性能。
3适合稠油开发的石油磺酸盐的研制
3.1原料稠油基础物性分析
选取了孤东采油厂的五种稠油，分别标号A、B、C、D、E。油样均经过脱水处理。此油样主要用于制备稠油磺酸盐。其50℃的粘度分别是：A（89500mPa.s）>D（70000mPa.s）>>C（7075mPa.s）>>B（1850mPa.s）>E（1575mPa.s）。
选取孤东采油厂三种稠油，分别标号1、2、3。此油样主要用于降粘实验研究。其中油样1、2、3的50℃的粘度分别是16800mPa.s、27500mPa.s、75900mPa.s，属于超稠油。
3.2稠油磺酸盐的制备
反应原理：稠油的成分非常复杂。通过在稠油中加入磺化剂，使稠油中的大部分组分（不仅仅局限于芳烃）被磺化，经磺化中和后，稠油结构中引入磺酸盐基团（亲水基），使其水溶性增加，可作为表面活性剂（稠油磺酸盐，可归类于阴离子型表面活性剂）应用。由于其源于稠油，和稠油的相容性好，易吸附在油水界面，充当乳化剂的作用。未被磺化的稠油仍然进入稠油中，不需要分离。稠油中发生磺化反应的主要成份是芳烃化合物，反应方程式如下：
主反应：RArH+SO3→RArSO3H
副反应：RArSO3H+SO3→RArSO2OSO3H
RArSO20SO3H+RArSO3H→（RArSO2）2O+H2SO4
老化阶段：RArSO2OSO3H+RArH→2RArSO3H
水解中和反应：（RArSO2）2O+H2O→2RArSO3H
RArSO3H+NaOH→RArSO3Na+H2O
式中，R和Ar分别代表烷基和芳基。
磺化实验步骤：30g稠油乳液置于250mL单口烧瓶中，缓慢加入10g溶剂，机械搅拌均匀。观察瓶内稠油溶液随搅拌桨运动情况，若较粘稠则需补加少量溶剂。向其中缓慢滴入70g三氧化硫溶液。全部滴完后，缓慢加热升温至60℃，反应40min，自然冷却至室温。
改搭常压蒸馏装置，溶剂沸点稍低先馏出，三氧化硫后馏出；分别收集并用于循环使用。
将脱溶剂、脱三氧化硫后的稠油磺化产物置于冰水浴中，加入20g去离子水，机械搅拌。向其中加入质量分数为20%的碱水溶液，监测体系pH值，至pH7～8时表明中和完全。在保温分液漏斗中用50%乙醇水溶液萃取分离未磺化油。乙醇水溶液萃取层为石油磺酸盐溶液，烘干后得石油磺酸盐产物。
实际生产中未被磺化的稠油仍然进入稠油中，不需要分离，在实验室合成的过程中，因为要比较合成条件对磺化反应程度的影响，将未磺化部分进行萃取分离，以便计算磺化反应收率。
3.3 实验结果与分析
将稠油油样A、B、C、D及E分别进行磺化反应，实验结果如表1所示，本实验中三氧化硫溶液浓度为25%，将得到的相应磺酸盐进行评价。
结果表明，稠油A、D制备的稠油磺酸盐的收率很低，静置后基本为不溶物；稠油E制备的稠油磺酸盐收率相对较高。制备的稠油磺酸盐E的性状最好，基本为黑色悬浮液（黑色溶液，沉淀极少）。这表明，基于稠油E的稠油磺酸盐前景较好。由于以稠油为原料进行磺化反应，粘度是影响磺化效果的关键因素。
4 结束语
室内研究表明伴蒸汽注入稠油磺酸盐复合体系可有效提高注入蒸汽驱替效率，提高稠油热采采收率，前置液方式注入稠油磺酸盐可有效降低注汽启动压力，伴蒸汽注入稠油磺酸盐可有效降低注汽过程中的压力。稠油磺酸盐注入量足够大的条件下，无论初期注入还是吞吐后期注入，其最终采收率接近；在相同的注入量条件下，伴蒸汽注入时注入时机越早效果越好，波及面积将越大，增产效果越好。吞吐生产末期注入稠油磺酸盐可有效延长注汽生产周期，提高周期产油量和油汽比。
参考文献
[1] 曹嫣镔，唐培忠，刘冬青，等.稠油磺酸盐复配体系在胜利油田稠油热采中的应用研究[J].石油天然气学报，2006，28（1）.
[关键词]石油磺酸盐 稠油热采 应用研究
中图分类号：TE39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）14-0388-01
0引言
稠油开采的核心问题是降粘。目前，国内外使用的稠油降粘技术较多，大体可分为物理降粘技术（包括加热、掺稀、超声波降粘等）、化学降粘技术（包括降凝、乳化、加碱、改质和油溶性降粘等）、微生物降粘技术和复合降粘技术（包括热/化学降粘、水热催化裂解、油溶/乳化复合降粘技术等）。在上述稠油降粘技术中，乳化降粘是目前研发的重点之一。这是由于乳化降粘表面活性剂成本低，降粘幅度大，工艺简单，见效快。乳化降粘技术可使用原有井的掺稀设备使其能耗降低且费用低于掺稀费用，产油量又高于掺稀的产油量。另外，乳状液的外相水水源充足（主要为采出的地层水），这样又减少了采油成本，经济效益好。
1石油磺酸盐在稠油热采中的应用情况
新疆油田研究利用环烷酸和石油磺酸盐辅助稠油开采。其主要利用炼油的下游产品研制开发环烷酸盐和石油磺酸盐，作为辅助吞吐热采添加剂，用于解决部分稠油井生产过程中产量迅速下降的问题。其对环烷酸和石油磺酸盐产品进行了室内评价，结果表明利用减压二线馏分环烷酸盐和石油磺酸盐工业品作为热采添加剂在技术上是可行的，其理化指标达到热采添加剂的技术要求。室内实验通过对石油磺酸盐体系的热稳定性、油水界面张力变化特征、降粘特性、洗油效率等幾方面进行评价研究，证明该石油磺酸盐对新疆准格尔盆地九区和红山嘴浅层稠油区的稠油具有良好的适应性，以上两个试验区块的原油粘度在10000mPa·s左右，在现场应用后效果显著。
2004年以来胜利油田依托自己合成的石油磺酸盐辅助蒸汽热采，在滨南采油厂、孤岛采油厂、孤东采油厂等热采区块进行了现场实施，统计结果显示单井注汽压力降低0.5MPa～2.4MPa，单井增油670吨，投入产出比1：6.7，取得了很好的经济效益。
2石油磺酸盐在稠油热采中的研究方向
以孤东稠油为原料，通过在稠油中加入磺化剂，使稠油中的大部分组分（不仅仅局限于芳烃）被磺化，经磺化后，稠油的很多分子中引入了磺酸盐基团（亲水基），使其溶解度增加，生成表面活性剂（稠油磺酸盐，可归类于阴离子型表面活性剂）。由于其来源于稠油，与稠油的相容性好，稠油磺酸盐就可吸附在油水界面，充当稠油乳化剂的作用。未被磺化的稠油仍然进入稠油中，不需要分离。为了进一步提高稠油磺酸盐的性为了进一步提高稠油磺酸盐的性能，降低稠油磺酸盐的用量，采用将稠油磺酸盐与两亲性有机碱复配的方法。两亲性有机碱为两亲性分子，分子一端亲水，一端亲油。通过选择R1-R4的结构（此即该分子的技术关键），使其具有合适的性能。当它与稠油磺酸盐复配时，由于反电性之间强烈的电性作用（类似于阴、阳离子表面活性剂混合体系），促使稠油磺酸盐更加紧密的吸附在油水界面，形成具有一定强度的界面膜，增强稠油磺酸盐的乳化性能。
3适合稠油开发的石油磺酸盐的研制
3.1原料稠油基础物性分析
选取了孤东采油厂的五种稠油，分别标号A、B、C、D、E。油样均经过脱水处理。此油样主要用于制备稠油磺酸盐。其50℃的粘度分别是：A（89500mPa.s）>D（70000mPa.s）>>C（7075mPa.s）>>B（1850mPa.s）>E（1575mPa.s）。
选取孤东采油厂三种稠油，分别标号1、2、3。此油样主要用于降粘实验研究。其中油样1、2、3的50℃的粘度分别是16800mPa.s、27500mPa.s、75900mPa.s，属于超稠油。
3.2稠油磺酸盐的制备
反应原理：稠油的成分非常复杂。通过在稠油中加入磺化剂，使稠油中的大部分组分（不仅仅局限于芳烃）被磺化，经磺化中和后，稠油结构中引入磺酸盐基团（亲水基），使其水溶性增加，可作为表面活性剂（稠油磺酸盐，可归类于阴离子型表面活性剂）应用。由于其源于稠油，和稠油的相容性好，易吸附在油水界面，充当乳化剂的作用。未被磺化的稠油仍然进入稠油中，不需要分离。稠油中发生磺化反应的主要成份是芳烃化合物，反应方程式如下：
主反应：RArH+SO3→RArSO3H
副反应：RArSO3H+SO3→RArSO2OSO3H
RArSO20SO3H+RArSO3H→（RArSO2）2O+H2SO4
老化阶段：RArSO2OSO3H+RArH→2RArSO3H
水解中和反应：（RArSO2）2O+H2O→2RArSO3H
RArSO3H+NaOH→RArSO3Na+H2O
式中，R和Ar分别代表烷基和芳基。
磺化实验步骤：30g稠油乳液置于250mL单口烧瓶中，缓慢加入10g溶剂，机械搅拌均匀。观察瓶内稠油溶液随搅拌桨运动情况，若较粘稠则需补加少量溶剂。向其中缓慢滴入70g三氧化硫溶液。全部滴完后，缓慢加热升温至60℃，反应40min，自然冷却至室温。
改搭常压蒸馏装置，溶剂沸点稍低先馏出，三氧化硫后馏出；分别收集并用于循环使用。
将脱溶剂、脱三氧化硫后的稠油磺化产物置于冰水浴中，加入20g去离子水，机械搅拌。向其中加入质量分数为20%的碱水溶液，监测体系pH值，至pH7～8时表明中和完全。在保温分液漏斗中用50%乙醇水溶液萃取分离未磺化油。乙醇水溶液萃取层为石油磺酸盐溶液，烘干后得石油磺酸盐产物。
实际生产中未被磺化的稠油仍然进入稠油中，不需要分离，在实验室合成的过程中，因为要比较合成条件对磺化反应程度的影响，将未磺化部分进行萃取分离，以便计算磺化反应收率。
3.3 实验结果与分析
将稠油油样A、B、C、D及E分别进行磺化反应，实验结果如表1所示，本实验中三氧化硫溶液浓度为25%，将得到的相应磺酸盐进行评价。
结果表明，稠油A、D制备的稠油磺酸盐的收率很低，静置后基本为不溶物；稠油E制备的稠油磺酸盐收率相对较高。制备的稠油磺酸盐E的性状最好，基本为黑色悬浮液（黑色溶液，沉淀极少）。这表明，基于稠油E的稠油磺酸盐前景较好。由于以稠油为原料进行磺化反应，粘度是影响磺化效果的关键因素。
4 结束语
室内研究表明伴蒸汽注入稠油磺酸盐复合体系可有效提高注入蒸汽驱替效率，提高稠油热采采收率，前置液方式注入稠油磺酸盐可有效降低注汽启动压力，伴蒸汽注入稠油磺酸盐可有效降低注汽过程中的压力。稠油磺酸盐注入量足够大的条件下，无论初期注入还是吞吐后期注入，其最终采收率接近；在相同的注入量条件下，伴蒸汽注入时注入时机越早效果越好，波及面积将越大，增产效果越好。吞吐生产末期注入稠油磺酸盐可有效延长注汽生产周期，提高周期产油量和油汽比。
参考文献
[1] 曹嫣镔，唐培忠，刘冬青，等.稠油磺酸盐复配体系在胜利油田稠油热采中的应用研究[J].石油天然气学报，2006，28（1）.