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河南高凝原油和特稠油降凝降粘研究
吴本芳
【摘要】: 随着对石油需求的不断增长,大量的石油被开采了出来。易开采输送的常规石油资源越来越少,高凝高粘等非常规石油资源的开发利用已经成为21世纪的重要能源项目之一。分析原油组成与其流动性发现,原油凝点高不但与其蜡含量高有关,而且还与其中石蜡的碳链长度有关; 原油粘度大不但与其胶质含量高有关,而且还与其中石蜡的支化度高有关。针对河南油田高凝油蜡含量高,凝点高达50℃以上,对市售降凝剂感受性差的现状,本文展开开发新型高效降凝剂的降凝研究。合成和表征新型聚合物型降凝剂和大分子型降凝降粘剂,考察其降凝性能。在0.01%加剂量及90℃热处理温度条件下,合成聚合物SMA-a1、 LMZ-10和SMA-1分别使河南高凝油14#的凝点降低6℃、 7℃和8℃,都比市售降凝效果好的聚合物DTA的降凝幅度5℃有所提高。表明本试验合成的聚合物较市售聚合物降凝剂的降凝效果好,为合成新型高效的聚合物降凝剂打下基础。研究发现聚合物的降凝性能与其相对分子质量有关。当大分子的组成结构与原油中石蜡的碳链分布特征具有匹配性时才显出好的降凝效果。分析蜡晶显微照片表明,经降凝剂处理后的石蜡所析出蜡晶尺寸变大,有序性增强。蜡晶变大使单位原油体积内蜡晶数目减少,蜡晶不易相互联结,因而原油的凝胶化温度降低,凝点降低。进一步验证了降凝剂经过改变蜡晶积聚状态而降凝的机理。针对河南油田特稠油实际开采中,存在现有降黏剂耐高温性能差,在蒸汽吞吐、 蒸汽驱高温条件下易分解丧失降黏性能从而严重影响原油采收率的现状,本文展开耐高温高效降黏剂的开发研究。开发的降粘剂SF耐高温性能强,可耐高温260℃-300℃; 降粘效果显着,当SF复配剂在特稠油乳状液中含量为400ppm-2200ppm时,可使河南特稠油1#25℃黏度由202.7Pa.s降至其乳状液黏度162.1mPa.s以下,达到了现场应用常温(25℃)粘度低于200mPa.s的降粘要求,25℃降粘率高达99.92%以上,且操作条件在一定范围内变化对降粘效果影响不大,具有加剂量少、 降粘效果显着及操作条件范围较宽的优势。实施了SF的工业试生产及其在河南油田的现场应用。对河南油田T4-2123井添加SF降粘后,与未加剂降粘的第1-5轮次注蒸汽吞吐的生产相比,采出液含水由73.6%降到23.6%,下降50%; 油汽比由0.029提高到0.391,增加0.362,大幅度提高了采出程度,周期生产效果好。同时与添加其它降粘剂降粘的第6轮次注蒸汽吞吐的采出液含水43.4%相比,也显示出可大幅度降低采出液含水率,提高采出程度,达到较好的生产效果的优势。现场应用的降粘结果表明,降粘剂SF对T4-2123井特稠原油降粘效果最好,50℃降粘率达到88.7%,较其它两种市场竞争降粘剂A(73.6%)和B(75.6%)的降粘率都高,而且SF形成的特稠油乳液在室温下静置4小时以上,粘度回复不大,表明SF不但能够显着降低特稠油粘度,且稳定性也较好,达到了现场应用的要求。分析原油乳状液的显微照片表明,未加SF的原油乳状液呈W/O型,大多数液滴呈W/O型小液滴,仅有少量的O/W型大液滴; 加入SF后的原油乳状液呈O/W型,液珠的分散相为油,连续相为水。由此可推断乳化降粘机理为,降粘剂分子分布于油水界面中,从而形成了相对稳定的低黏度油水乳状液,获得稠油特稠油降粘效果。油溶性降粘剂降粘技术能够克服乳化降粘技术的缺点,是一种很有前途的方法。低含水稠油特稠油的开采及脱水特稠油的管输,都需要采用油溶性降粘剂,然而国内外关于油溶性降粘剂的研究和应用却很少。为此,本文展开针对河南脱水特稠油添加油溶性降粘剂的降粘研究。合成和表征了新型聚合物型及大分子型油性降粘剂。合成的大分子型油性降粘剂FM-18、 UP-16和EY-18,在50℃-70℃较高温区都较市售降粘性能好的聚合物型流动性改进剂EVA的降粘效果好,在6000ppm加剂量条件下,FM-18、 UP-16和EY-18对河南脱水特稠油2#50℃的降粘率84.1%、 79.6%和85.6%都明显高于EVA的58.7%。这与聚合物EVA相对分子量高在较高温区因自身分子体积的溶胀缠绕对原油产生增粘负作用有关。研究表明,开发大分子油性降粘剂具有可提高较高温区(50℃-70℃)降粘率的优势,为添加油性降粘剂使其在实际有效输送温区50℃-70℃内维持高效降粘以实现远输脱水特稠油开辟了新途径。经过红外、 DSC、 原子力显微图象及透射电镜图象等分析表明,加入油性降粘剂后的胶质结构特征发生了明显的变化,初步验证了油溶性降粘剂可经过改性胶质而降粘的机理设想。采用温度和剪切速率两个影响因素建立了河南脱水特稠油2#全温区(80℃-38℃)和较高温区(80℃-50℃)内的神经网络预测模型,能较准确地预测管输原油的黏度值,相对误差分别为0.177和0.293。对加热降粘管输脱水特稠油及加剂降粘管输脱水特稠油都具有一定的推广应用价值。
【关键词】: 高凝油降凝剂特稠油降粘合成与表征
【学位授予单位】: 华东理工大学
【学位级别】: 博士
【学位授予年份】:
【分类号】: TE869
【目录】:
· 摘要5-7
· Abstract7-15
· 前言15-17
· 第1章文献综述17-30
· 1.1高凝原油降凝研究17-23
· 1.1.1原油降凝的现状及发展趋势17
· 1.1.2常见降凝剂种类及结构特征17-18
· 1.1.3影响降凝效果的因素18-20
· 1.1.4降凝机理20-21
· 1.1.5降凝机理研究进展21-22
· 1.1.6原油降凝研究中存在的问题及发展方向22-23
· 1.2特稠油降粘研究23-29
· 1.2.1掺稀油降粘23-24
· 1.2.2加热降粘24
· 1.2.3稠油改质降粘输送24-25
· 1.2.4稠油催化降粘开采25
· 1.2.5水溶性表面活性剂降粘25-27
· 1.2.6油溶性降粘剂降粘27-29
· 1.3本课题研究目的及意义29-30
· 第2章原油组成与流动性的分析研究30-47
· 2.1试验部分30
· 2.1.1试验原料30
· 2.1.2原油组成物性测试分析方法30
· 2.1.3红外光谱法表征结构30
· 2.1.4核磁法测定原油中石蜡的碳链分布30
· 2.1.5气质联用法测定原油中石蜡的碳链分布30
· 2.2试验结果与讨论30-46
· 2.2.1原油的主要组成与物性30
· 2.2.2原油族组成与其流动性的相关性分析30-31
· 2.2.3高凝原油的族组成特征31-32
· 2.2.4特稠油的族组成特征32
· 2.2.5核磁法分析不同原油中石蜡的碳链分布32-37
· 2.2.6气质联用法分析高凝油中石蜡的碳数分布37-39
· 2.2.7原油中石蜡的碳链分布与其流动性的相关性分析39-40
· 2.2.8高凝油中胶质沥青质红外图谱分析40-43
· 2.2.9特稠油中胶质沥青质红外图谱分析43-45
· 2.2.10不同原油中的胶质沥青质红外图谱对比45-46
· 2.3本章小结46-47
· 第3章河南油田高凝原油降凝研究47-72
· 3.1试验部分47-51
· 3.1.1试验原料与试剂47-48
· 3.1.2主要试验装置及仪器48
· 3.1.3降凝考察方法48
· 3.1.4引发剂的精制48
· 3.1.5丙烯酸酯类共聚物降凝剂的制备48-49
· 3.1.6马来酸酐类共聚物降凝剂的制备49-50
· 3.1.7共聚物LMZ降凝剂的制备50
· 3.1.8聚合物LMZ的沉淀分级50-51
· 3.1.9特性粘度法表征聚合物的分子量51
· 3.2试验结果与讨论51-70
· 3.2.1高凝原油析蜡点的测定51-52
· 3.2.2热处理温度对降凝效果的影响52-53
· 3.2.3重复加热对降凝效果的影响53-54
· 3.2.4市售降凝剂的降凝效果分析54-57
· 3.2.5共聚物LMZ合成工艺条件的确定57-60
· 3.2.6共聚物LMZ分级产物的降凝性能考察60-61
· 3.2.7合成聚合物型降凝剂的结构表征61-65
· 3.2.8合成聚合物型降凝剂的降凝效果分析65-67
· 3.2.9合成大分子型降凝降粘剂的降凝效果分析67-68
· 3.2.10高凝油降凝机理研究68-70
· 3.3本章小结70-72
· 第4章河南稠油特稠油乳化降粘研究72-93
· 4.1试验部分72-73
· 4.1.1试验原料与试剂72
· 4.1.2主要试验装置及仪器72
· 4.1.3乳化降粘考察方法72-73
· 4.1.4乳化降粘剂SF的制备73
· 4.1.5表面活性考察73
· 4.2结果与讨论73-91
· 4.2.1合成乳化降粘剂的降粘效果73-74
· 4.2.2合成降粘剂SF工艺条件的确定74-76
· 4.2.3合成降粘剂SF结构表征76
· 4.2.4合成降粘剂SF耐高温性能考察76-77
· 4.2.5乳化助剂的考察77-82
· 4.2.6油田现场应用工艺条件的探索82-85
· 4.2.7降粘剂SF的工业生产85
· 4.2.8降粘剂SF的现场应用85-88
· 4.2.9乳化降粘机理研究88-91
· 4.3本章小结91-93
· 第5章河南油田特稠油油溶性降粘剂降粘研究93-128
· 5.1试验部分93-95
· 5.1.1试验原料与试剂93
· 5.1.2主要试验装置及仪器93
· 5.1.3油溶性降粘剂降粘考察方法93-94
· 5.1.4均聚物油溶性降粘剂L-J的制取94
· 5.1.5三元共聚物油溶性降粘剂MVL的制取94
· 5.1.6大分子型油溶性降粘剂UP的制备94
· 5.1.7大分子型油溶性降粘剂FM的制备94-95
· 5.1.8大分子型油溶性降粘剂EY的制备95
· 5.2结果与讨论95-125
· 5.2.1脱水特稠油粘温性质95
· 5.2.2河南脱水特稠油2#析蜡点的测定95-96
· 5.2.3脱水特稠油流变性分析96-100
· 5.2.4加剂降粘温区的现实可行性研究100-101
· 5.2.5市售流动性改进剂降粘效果考察101-104
· 5.2.6合成聚合物型油性降粘剂的表征104-105
· 5.2.7合成聚合物型油性降粘剂的降粘效果105-106
· 5.2.8复配聚合物型降粘剂的降粘效果106-108
· 5.2.9大分子型油性降粘剂的合成研究108-112
· 5.2.10合成大分子型降粘剂的降粘效果112-114
· 5.2.11聚合物与大分子型降粘剂复配使用的降粘效果114-116
· 5.2.12油溶性降粘剂降粘机理研究116-120
· 5.2.13神经网络预测原油黏度研究120-125
· 5.3本章小结125-128
· 第6章结论128-131
· 参考文献131-138
· 致谢138-139
· 附件一博士期间发表的论文和申请的专利139-140
· 附件二本文创新点和不足之处140-141