稠油降粘方法研究現狀

發布時間：2022-04-21所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1427次

摘 要： [ 摘 要] 稠油具有密度大、粘度高、輕油含量少的特點，使得開采和輸送稠油的工藝難度大，增加了開采和輸送的成本，為了能夠合理、經濟地開采和輸送稠油，必須對其進行降粘。對目前稠油開采和輸送中的降粘方法及應用概況進行了研究，包括開采中所應用的蒸汽吞吐、蒸汽驅

　　[ 摘 要] 稠油具有密度大、粘度高、輕油含量少的特點，使得開采和輸送稠油的工藝難度大，增加了開采和輸送的成本，為了能夠合理、經濟地開采和輸送稠油，必須對其進行降粘。對目前稠油開采和輸送中的降粘方法及應用概況進行了研究，包括開采中所應用的蒸汽吞吐、蒸汽驅、火驅法和輸送中所應用的乳化降粘法、稀釋法、低粘液環輸送法、添加油溶性降粘劑法。

　　[ 關鍵詞] 稠油;降粘;開采;輸送

　　稠油即高粘度重質原油，國際上常稱為重油。稠油是一種復雜的、多組分的均質有機混合物，主要是由烷烴、芳烴、膠質和瀝青質組成。一般是以油層條件下或油層溫度下的脫氣原油粘度為主，粘度在 50 mPa·s 以上叫稠油。粘度在 50～10 000 mPa·s 稱為普通稠油;粘度在 10 000～50 000 mPa·s 稱為特稠油;粘度>50 000 mPa·s 稱為超稠油或天然瀝青。

　　在世界稀油資源緊缺的局面下，稠油將成為石油資源的重要接替，我國原油主要是以稠油油藏為主，稠油中膠質、瀝青質含量過高是稠油高粘度的原因，對稠油開采和輸送工藝難度相當大，針對不同稠油油品選擇合理的降粘方法將變得至關重要。否則將影響稠油正常開采和輸送，從而增加開采、輸送的成本，降低經濟效益。

　　1 稠油開采工藝中的降粘方法[1]

　　1. 1 熱力降粘開采法[ 2]

　　熱力開采是應用了稠油對溫度的高敏感性，即溫度越高稠油粘度越小。應用工藝手段使稠油油層溫度提高，降低油層中稠油的粘度，提高油層的流動性來開采稠油。主要的方法有蒸汽吞吐、蒸汽驅、火驅法。

　　1. 1. 1 循環蒸汽吞吐采油

　　又叫周期性注汽或循環注蒸汽法采油(CCS)，在單井中分階段實施的開采方法。作用機理是向稠油油井注進高溫、高壓、濕飽和蒸汽，加熱油層原油，使稠油粘度降低進行開采。最早采用此方法的是加拿大艾伯塔省冷湖油田(Cold Lake)，循環蒸汽吞吐采油在我國稠油開采方法上已經是比較成熟的技術，應用于各大油田。

　　1. 1. 2 蒸汽驅

　　在多井之間進行，由注汽井注入油藏的蒸汽，加熱原油并將它驅向生產井中，由于重力分離作用，蒸汽向油層頂部超覆，熱水將進入油層下部，注入油藏的蒸汽，由注入井推向生產井進行采收。作用機理是通過降低原油粘度，提高原油的流動性。國外應用比較廣泛，該技術在國內已經進入了大規模的工業應用階段。面臨挑戰有低密度蒸汽重力上竄、儲層的非均質性等問題。

　　1. 1. 3 火燒油層

　　火燒油層也叫火驅，是一種用來驅動高粘度稠油的方法，也需要在多井之間進行。它是將含氧氣體(空氣)用高壓注入油層，通過燃燒裂解油層部分重質油分，采出輕質油分，并借助生成的熱降低未燃燒稠油粘度，促使其生產出來。因實施工藝難度大，不易控制地下燃燒，同時高壓注入大量空氣的成本又十分昂貴。許多油田都嘗試過火燒油層，發現這種方法不穩定，在英國巴斯大學研發在水平井上應用的水平段注空氣技術(THAI)系統,使得該技術有了新的應用前景。

　　1. 2 化學降粘開采法

　　化學降粘法[3]是油田應用最廣、有效的降粘方法，在稠油開采和集輸工藝中都有應用。國內外在這方面的研究也取得了很大的進展。目前國內研究比較多的是稠油水熱催化裂解降粘法、添加油溶性降粘劑進行稠油開采兩種方法，添加油溶性降粘劑的方法在原油輸送中應用的比較多，目前尚無在稠油開采上應用的報道。

　　1. 2. 1 稠油水熱催化裂解降粘法[4]

　　在蒸汽吞吐不變的情況下，將適當的催化劑及其他助劑隨同蒸汽注入油層，使稠油在水熱條件下發生催化裂解，不可逆地降低重質組分含量或改變其分子結構，降低稠油粘度的方法。該技術首先是 Hyne 等在研究加拿大稠油時發現的，研究發現經水熱裂解反應后稠油的粘度大幅度降低，硫、氧、氮等雜原子的含量降低。國內首例水熱裂解方法實施是在遼河油田，進行了 7 口井的現場試驗，取得了較好的效果。劉永建、蔣生健等認為水熱裂解開采稠油技術具有很高的潛在價值,是未來經濟高效開采稠油的新途徑，可根據具體稠油中所含的組分，選擇研制成本低、活性和選擇性高、反應條件寬的催化劑。

　　1. 3 其他降粘開采方法

　　1. 3. 1 超聲波降粘開采法[5]

　　降粘機理是綜合了超聲波的空化作用、熱作用、機械振動作用。空化作用產生強大的沖擊力或高速微波射流能使原油中長鏈蠟烴分子、膠質、瀝青質分子斷裂，分子量減小，起到降粘的作用。超聲波在原油中傳播時被吸收，聲能轉化為熱能，產生熱能;在不同介質的分界上摩擦產生熱能;空化作用在氣泡崩潰時釋放出大量的熱能;在原油與結蠟層、管壁及巖石的分界處，因振動速度的巨大差異而產生摩擦，會產生局部高溫，產生的這些熱能對原油起到加熱降粘的作用。

　　國內從現場試驗中得出聲波的參數組合中頻率、作用時間、聲強之間的配伍效果好，原油降粘的效果好。而且超聲波在油溫低的情況下比油溫高時的降粘還要好。將超聲波應用于稠油開采工藝上，是近幾年迅速發展起來的一項新技術，這種方法具有操作簡單、作用面廣、成本低廉、對地層造成的危害少、能耗低的特點，越來越受到重視。

　　1. 3. 2 微生物降粘法[6]

　　微生物對稠油的降粘作用：(1)微生物向石蠟、膠質、瀝青質等碳氫化合物游動，以碳氫化合物為食物，將原油中長鏈碳氫化合物降解，降低原油粘度及含蠟量，從而達到降粘和抑制石蠟沉積的目的。(2)微生物在地層代謝過程中，產生生物表面活性劑及其他有機物，使油水界面張力降低，改善油藏潤濕性，提高油藏原油的滲透性。(3)微生物中的產氣菌在地層活動中，可生成大量的氣體(如 CO2、N2、H2 )，使原油膨脹和降粘，具有一定的溶解汽驅作用。

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　　國外此項技術已經應用在油田開采上，國內也做了大量的研究試驗，得出微生物降粘作為一種新興的技術，具有施工方便、適應性強、產出液的后處理容易、不污染環境等特點，尤其是在我國稠油油田正處在高含水、低采收率的情況下，將提高這些油田的開采量，降低采出油的油水比。還需要進一步做好菌種的篩選和培養、油藏的環境勘測、廣譜型菌種的研發等，為大規模現場應用做好準備。

　　2 稠油輸送工藝中的降粘方法

　　2. 1 乳化降粘法

　　降粘機理[7]是向原油中摻加一種含有少量表面活性劑的水溶液，使稠油由油包水(W/O)型乳狀液轉向水包油(O/W)型乳狀液，由于表面活性劑水溶液的濕潤作用，減少了液流流動阻力，形成表面活性劑在管壁上的水膜，使原油與管壁的摩擦變成了表面活性劑水溶液與管壁的摩擦，從而大幅度地降低稠油的表觀粘度，減小了泵輸送稠油所需要的功率。此項技術在美國、加拿大等應用已較成熟，國內 20 世紀 90 年代，對遼河、勝利、大港等油田也進行了此項技術的試驗，取得了初步的成果。在摻入乳化劑后對乳狀液的穩定性要求高，這樣對脫水工藝會產生影響。因此在選用表面活性劑時應考慮:(1) 稠油具有較好的乳化作用，能形成穩定的(O/W)乳狀液，降粘效率高;(2)形成的(O/W)乳狀液不能太穩定。

　　目前有人提出將納米技術應用到原油降粘當中，還在進一步的研究探索中。

　　2. 2 稀釋降粘法

　　稀釋降粘法是將采出的稠油在地面進行稀釋，降低稠油粘度，再通過管道以混合物的形式輸送的方法。它是利用了有機溶劑的相似相溶的原理，一般是將一些低粘液態化合物作為稀釋劑來使用，包括凝析油、石腦油、一些輕質油等。向稠油中摻入稀油，得到的混合物的粘度與稀油的摻入量之間成指數關系。因此稀釋劑的摻入量主要取決于稠油相溶性。例如，摻入到稠油中的凝析油的比例為 5%～35%(體積)，而輕質油的摻入量更大。稀釋法的優點是可以直接利用常規的原油輸送系統來輸送稠油;在停輸期間不會發生稠油凝固現象。但是稀油的來源必須有保障;需要專門建管線把稀油產地輸至油田與稠油摻混;摻入稀油后稀油的品質發生改變，經濟效益不理想。

　　稀釋降粘法已在國內外得到了廣泛的應用，我國遼河油田設計院[8]在摻稀油降粘集輸工藝的研究與應用上在國內處于領先。

　　2. 3 低粘液環輸送法

　　低粘液環的方法[9]是向稠油中摻入一定量的低粘度不相溶液體(一般為水)，在輸送過程中，將油流的速度控制在某一范圍內，可形成環狀流，即油流被一層水環環繞著，這層水環能吸收管壁和流體之間存在的剪切應力，從而減小了流動阻力。此項技術在經過大量室內和現場試驗，是稠油在輸送中最經濟的方法。

　　國內外在這方面的試驗有委內瑞拉，在長 1 km、管徑 203 mm 的水環試驗環道上進行了數年試驗。當含水率為 8%、油粘度為 60 Pa·s、流速為 0.5 m/s 時，環道總壓降是 19 kPa;在純油輸送時總壓降將高達 38 MPa。國內在勝利油田清河采油區的一條稠油集輸管線上初步應用了水環工藝，獲得了比較滿意的結果。

　　它的優點有：(1)容易實現稠油常溫輸送。(2)摻水率低，原油不乳化，油水易分離。分離的水可循環使用或注入注水井。(3)不需要加熱和保溫，減阻效果明顯，管線建設費用和運營費用都低。缺點：水環的穩定性較差，容易遭到破壞。目前主要應用在各油田內部管線的短距離輸送。

　　2. 4 添加油溶性降粘劑法

　　油溶性降粘劑降粘方法[10]是在研究了稠油結構后得出的，稠油中膠質、瀝青質分子呈層次堆積狀態，油溶性降粘劑借助高溫或溶劑作用下堆積層隙疏松的特點，將降粘劑分子滲入膠質或瀝青質分子層之間，起到降低稠油粘度的作用。降粘劑的降粘機理尚無明確的報道，常運興等經過研究提出了油溶性降粘劑作用機理表現為降粘劑分子與膠質、瀝青質分子之間的相互作用;降粘劑分子的溶劑化作用;降粘劑分子的溶劑作用;降粘劑分子與蠟晶的作用等都會對稠油起到降低粘度的作用。

　　油溶性降粘劑的發展[11]也是在近幾年才興起的一項技術，國內在這方面也有很多應用報道。但降粘機理不明確、對不同油品降粘劑適應性差等都是今后研究的方向。——論文作者：王曉宇, 宋天民

　　[ 參 考 文 獻]

　　[1]王 君.稠油油藏的開采技術和方法[J].西部探礦工程,2006,(7): 84-85.

　　[2]唐春燕.稠油熱采綜述[J].內蒙古石油化工,2007,(6):128-130.

　　[3]范曉娟,等.稠油化學降粘方法研究進展[J].化工時刊,2007,21 (3):46-49.

　　[4]范洪富,等.地下水熱催化裂化降粘開采稠油新技術研究[J].油田化學,2001,18(1):13-16.

　　[5]王陽恩.超聲波在稠油輸送中的應用[J].油氣儲運,1999,18(4): 10-11.

　　[6]黃世偉,等.稠油微生物開采在新疆油田的現場應用[J].新疆地質, 2006,24(1):84-87.

　　[7]吳本芳,等.遼河超稠油乳化降粘研究[J].油田化學,2003,20(4): 377-379.

　　[8]伍東林,劉亞江.遼河油田稠油集輸技術現狀及發展方向[J].油氣儲運,2005,24(6):13-15.

　　[9]劉天佑.粘稠油水環輸送現場應用試驗[J].油氣儲運,1991,10(1): 32-40.

　　[10]吳本芳.稠油油溶性降粘劑研究進展概況[J].油氣儲運,2003,22 (2):1-4.

　　[11]谷俊標,申龍涉.稠油降粘技術在采油工藝上的應用[J].遼寧化工,2003,32(10):430-432.

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