發布時間：2022-04-23所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：礦場常用的稠油降粘技術分為物理降粘和化學降粘技術兩大類。 物理降粘主要包括：加熱降粘技術、摻稀降粘技術、微波降粘技術、磁降粘技術。 化學降粘主要包括：乳化降粘技術、油溶性降粘劑技術和降凝劑降粘技術。文章概述了目前常用的稠油降粘工藝技術的機理和主
摘 要：礦場常用的稠油降粘技術分為物理降粘和化學降粘技術兩大類。 物理降粘主要包括：加熱降粘技術、摻稀降粘技術、微波降粘技術、磁降粘技術。 化學降粘主要包括：乳化降粘技術、油溶性降粘劑技術和降凝劑降粘技術。文章概述了目前常用的稠油降粘工藝技術的機理和主要存在的問題。 對稠油降粘技術有了一個準確的總結，在此基礎之上指出了今后降粘技術研究方向。
關鍵詞：稠油;降粘技術;原理;復合降粘
稠油一般是指油層溫度下脫氣原油的粘度超過 50mPa·s 以上，密度大于 0.92g/cm3 的原油。 對石油來說，固態烴、瀝青質和膠質的含量及組成是決定其流變性的主要因素。 因此降低稠油粘度，改善稠油流動性，是解決稠油開采、集輸和煉制問題的關鍵。 目前，國內外稠油輸送過程中常用的降粘方法主要分為物理降粘技術和化學降粘技術。
1 物理降粘技術
1.1 加熱降粘
1.1.1 降粘機理
稠油加熱輸送方法主要是通過加熱的方法提高稠油的流動溫度，以降低稠油粘度，從而減少管路摩阻損失的一種稠油輸送方法。 稠油中膠質與瀝青質分子的結構特點及相互作用，使稠油體系形成了一定程度的 Π 鍵和氫鍵，隨著溫度的升高，體系獲得足夠的能量時，Π 鍵和氫鍵被破壞， 使得稠油粘度大幅度降低。 高粘原油和一般原油有明顯差別：高粘原油的粘度對溫度更敏感;高粘原油的凝固過程是隨溫度降低，稠度增大，最后失去流動性的漸變過程， 而一般原油在反常點以下呈突變過程，這表明：高粘原油的加熱降粘效果比一般原油更顯著，采用加熱降粘處理是經濟的;高原油的低溫流動性和在低溫下輸送的安全性比一般原油好，而且粘度受流態影響也較小， 宜于采用大管徑、低流速輸送。
加熱方式上，主要有蒸氣熱水加熱法和電加熱法。 近些年來，電加熱法應用得越來越廣泛。 電加熱法具有以下優點：a.可以在較大的范圍內調節溫度; b.可間歇加熱，沿管線可以有不同的加溫強度;c.熱效率高;d.適應性強，慣性小，容易實現自動化運行; e.結構緊湊，金屬材料用量少;f.裝配簡單。
1.1.2 存在問題
用加熱降粘技術輸送稠油是傳統的輸送方法，在許多國家和地區都得到了廣泛應用，委內瑞拉從 I955 開始采用這種技術。 但最大缺點是當管線溫度降至環境溫度時，常發生凝管事故，且其能耗高，輸量 1% 以上的原油被燒掉和損耗，經濟損失大。 因此，應逐漸減少或取代加熱降粘輸送。
電伴熱法在印尼蘇門答臘的扎姆魯得油田已成功應用多年，國內多用于干線解堵、管道附件和油氣集輸管線。
1.2 摻稀降粘
1.2.1 降粘機理一般當稠油和稀油的粘度指數接近時，混合油粘度符合下式
1.2.2 存在問題
在油井含水量升高后，總液量增加，摻輸管可改作出油管。 因此，在具有稀油資源的油田，稀油稀釋降粘具有更好的經濟性和適應性。 但摻稀油降粘也存在不足，首先，受到稀油資源的限制，由于稀油儲量有限，且產量呈下降的趨勢;其次，稀油摻人前，必須經過脫水處理，而摻入后，又變成混合含水油，需再次脫水，增加了能源消耗;再次，稀油用作稀釋劑摻人稠油后，降低了稀油的物性。 稠油與稀油混合共管外輸時，不但增加了輸量，并對煉油廠工藝流程及技術設施產生不利的影響。 所以摻稀油降粘有一定的局限性。
在我國遼河高升油田的稠油中，摻入 1 / 3 的稀油量，50℃時粘度由 2～4Pa·S 降為 150—200mPa·S 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。 但是稀油來源必須要有保障;需要專用的管線把稀油從產地輸至油田與稠油摻混;稠油中摻入稀油，對稠油和稀油的油質都有較大的影響，很難最有效地利用稠油和稀油資源。 摻人稀油(包括天然氣凝析液、原油的餾分油、石腦油等)稀釋一直是稠油降粘減阻輸送的主要方法。 稀油來源方便并且充足時，稀釋降粘技術是最簡單且有效的。 目前，稠油摻稀輸送方法已在加拿大、美國、委內瑞拉得到了廣泛的應用，我國新疆、勝利、河南等油田對距離較遠的接轉站，均采用摻稀油降粘流程。
1.2 微波降粘
1.2.1 降粘機理
微波輻射具有熱效應與非熱效應兩種功能，利用微波非熱效應對稠油進行改性，改變稠油的化學組分，不可逆地改善了稠油的流變性，以達到快速降粘的日的。
1.2.2 存在問題
由于稠油膠體結構的微觀不均勻性、微波加熱的選擇性，致使在微波加熱過程中，稠油內部溫度的宏觀分布和微觀分布的不均勻，在稠油內部的某些位置出現了瀝青質膠粒的溫度超過膠質瀝青質的熱解溫度的局部過熱現象，部分膠質瀝青質的熱解使其化學結構變化和含量減小，稠油其它組分增加。 瀝青質膠質含量的變化導致了稠油的流變性改變，在大多數情況下，這種變化有利于稠油的開發和集輸。
1.3 磁處理降粘
1.3.1 降粘機理
磁處理技術稠油降粘方面的應用研究在近幾年發展比較快，由于稠油是抗磁性物質，當磁場作用于稠油時，磁化作用會產生誘導磁距，抑制蠟晶形成和聚結，使蠟晶以小顆粒形式存在于稠油中，同時稠油中的石蠟、膠質、瀝青質等抗磁性物質會進行近程有序排列，增強了流動性，降低了稠油的粘度。
在外磁場的作用下， 磁化作用破壞了稠油各烴類分子間的作用力， 分子通過自身內振蕩而受到磁感應共振， 從而使分子振動增強和分子間相互作用減弱，導致分子的聚集狀態發生改變，使分子間的聚合力減弱， 其中的膠質和瀝青質以分散相而非締結相溶解在稠油中，從而使稠油的粘度降低，流動性增強。
1.3.2 存在問題
磁處理是一種短暫狀態過程， 稠油受磁場作用的時間很短，誘導磁距是逐漸消失的，由此而引起稠油物理性質的變化也是逐漸消失的， 其效果也隨時間的延長而衰減，有效保持時間是 4h。 磁化作用一定時間后，稠油的性質會恢復到磁化前的狀態
2 化學降粘技術
2.1 乳化降粘
2.1.1 降粘機理
乳化降粘就是在表面活性劑作用下， 使稠油從油包水(W/O)型乳狀液轉變成水包油(O / W)型乳狀液，達到降粘的目的。其降粘機理主要包括乳化降粘和潤濕降阻兩方面。 乳化降粘中使用水溶性較好的表面活性劑作乳化劑， 將一定濃度的乳化劑水溶液注入油井或管線，使原油分散而形成 O/W 型乳狀液把原油流動時油膜與油膜之間的摩擦變為水膜與水膜之間的摩擦，粘度和摩擦阻力大幅度降低，潤濕降阻是破壞油管表面的稠油膜。 使表面潤濕親油性反轉變為親水性，形成連續的水膜，減少輸送過程中原油流動的阻力。
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最佳密堆積理論表明:對于原油來說,含水小于 25.98%時 形 成 穩 定 的 W/O 型 乳 狀 液, 含 水 大 于 74.02%時形成穩定的 O/W 型乳狀液, 在 25.98%～ 74.02%范圍內,屬于不穩定區域,可形成 W/O 型,也可形成 O/W 型。 但因原油存在天然的 W/O 型乳化劑,故一般形成 W/O 型單方面液,使原油粘度大幅度增加。 乳化降粘就是添加一種表面活性劑或利用稠油中所含有的有機酸與堿反應,生成表面活性劑,其活性大于原油中天然乳化劑的活性,使 W/O 型乳狀液轉變成 O/W 型乳狀液,從而達到降粘的目的。 尉小明等通過對稠油乳化前后顯微鏡照片的分析發現, 乳化后確是低粘度的 O/W 型乳狀液, 油為分散相,水為連續相。 稠油乳化降粘劑不僅能形成穩定的 O/W 乳狀液起到降粘的作用, 而且也能借助氫鍵滲透、分散進入膠質和瀝青質片狀分子之間,拆散平面重疊堆砌而成的聚集體,形成片狀分子無規則堆砌, 有序程度降低,空間延伸度減少,聚集體中包含的膠質、瀝青質分子數目減少,原油的內聚力降低,起到降粘的作用。
2.1.2 存在問題
雖然目前研究乳化劑的配方很多，但存在許多問題。 采出后破乳困難，污水處理難度大;由于稠油組成的差異，乳化劑對稠油的選擇性強;稠油組成如何影響乳化降粘效果，乳化降粘劑的結構與其性能關系如何，都沒找到確切答案。 還有降粘劑的高抗溫、抗鹽、抗礦化度的能力有限，即使效果較好但成本較高，不經濟。 因此研究廉價的耐鹽、耐高溫的降粘劑是今后乳化降粘技術的一個重要方向。
近年來， 有關乳化降粘劑的配方研究十分活躍，主要有非離子型一陰離子結合型.陰離子型.陽離子型及復配型等四種類型。 乳化降粘技術在美國、加拿大等應用已較成熟，國內 2O 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，積累了許多經驗，取得了初步的成果。
2.2 油溶性降粘劑
2.2.1 降粘機理
油溶性降粘劑降粘是在降凝劑技術的基礎上發展的一種新型降粘技術。 降粘機理是降粘劑分子借助較強的形成氫鍵能力通過滲透、分散作用進入膠質和瀝青質片狀分子之間，部分拆散平面重疊堆砌而成的聚集體，形成有降粘劑分子參與(形成新的氫鍵)的聚集體。 這些聚集體片狀分子具有無規則堆砌、結構比較松散、有序程度較低、空間延伸度較小的特點，降低了稠油的粘度。
油溶性降粘劑品種很多，但基本上可歸結為以下幾種類型：縮合物型、不飽和單體的均聚物或共聚物和 高分子表面活性劑型。 就目前研究與實際應用情況看，合成降粘劑的典型單體是乙烯、醋酸乙烯酯、苯乙烯、馬來酸酐、(甲基)丙烯酸酯及 a 一烯烴等。
2.2.2 存在問題
油溶性降粘劑可以直接加降粘劑，還可以避免乳化降粘存在的后處理(如脫水)問題，有很好的開發前景。 但從實際情況看，有兩個問題亟待解決：一是降粘劑的作用機理; 二是降粘劑對原油的選擇性。 目前，使用油溶性降粘劑進行稠油降粘開采較為可行的方法，是將油溶性降粘劑與稀釋劑、乳化劑或熱力方法配合使用，作為降低降粘費用或提高降粘效率的一種種輔助手段。 多種降粘劑及各類助劑復配使用既可擴大適用范圍， 也可改善降粘效果。 對酯型降粘劑而言，比較有前途的復配物是與原油石蠟烴碳數分布相匹配的酯型降粘劑、高分子表面活性劑及全氟表面活性劑
2.3 降凝劑降粘
對于石蠟基原油，由于原油中蠟含量高，引起原油凝固點高。 當溫度在凝固點以上時此類原油的粘度并不大，而且對溫度不敏感，但當溫度降到其凝固點以下時，原油粘度急劇上升。 在原油中加入降凝劑，可以降低原油的凝固點，從而改善原油的低溫流動性。
2.3.1 降粘機理
降凝劑的分子結構與原油中的蠟分子結構相同或相近，在蠟的成核和生長過程中能夠與蠟晶共晶或吸附，阻止了蠟晶的生長，使蠟的網狀結構被抑制，由蠟造成的稠油的部分結構粘度消失，從而屈服值降低，表觀粘度下降。 作用機理具體如下：
1)分散理論。 降凝劑在原油析蠟點溫度以上析出，起晶核作用，成為蠟吸附生長的中心，使原油中生成的小顆粒蠟增多，減少網狀結構，降低結構粘度。
2)吸附理論。 1938 年 Davis 和 Zimmer 發表了對 Paraflow(萘與氯化石蠟的烷基化產物)降凝機理的結果，提出了吸附理論，即降凝劑將原油中的蠟晶中心吸附在其周圍， 阻止進一步析出的蠟晶相互結合， 使其不能與輕組分一起形成三維網狀凝膠結構，從而降低原油凝固點。
3)共晶理論。 降凝劑在原油析蠟點溫度時析出，與蠟共晶，破壞石蠟的方向性，生成分枝的“過濾殘晶形態”，使原油結構粘度降低。
2.3.2 存在問題
由于只有當降凝劑的分子結構與原油中蠟的分子結構相同或相近時才會發生作用，故從一定程度上講降凝劑對原油具有一定的選擇性，即適用于這種原油的降凝劑不一定適用于其它原油。 原油中的石蠟是正構烷烴的混合物，同一原油采用不同的降凝劑會收到不同的降粘效果。 因此，采用適用范圍不同的兩種或數種降凝劑復配，可以擴大其使用范圍，得到更好的降粘效果。 在原油中加入降凝劑后，起初原油的降粘幅度均隨降凝劑添加量的增加而迅速增高，但達到一定值后，降粘幅度則隨添加量的增加而緩慢增加，保持基本上的恒定，這種現象可叫“頂棚”式疑點降低，同降凝劑對同種原油出現“頂棚”的先后不同。 故，選擇合適的降凝劑和最佳加料范圍是很重要的。
3 結束語
就整個降粘技術的實際應用來說，主要應根據現場的實際生產情況和區塊稠油的基本特征選擇適用的降粘技術。 針對降粘技術的特點，筆者認為應從如下方面進行深入的研究。
1)從稠油的基本特征出發，應找出從根本上引起稠油粘度變大的最基本因素，有針對性的根據其特征建立有效的降粘方法。
2)電加熱技術、微波降粘技術和磁降粘技術受成本制約，應加大化學降粘技術的研究，優選和合成能有效控制成本的降粘劑。
3)可考慮采用復合降粘技術，對各項工藝技術進行有效的整合，發揮復合體系的優勢，整體提高降粘效果。——論文作者：宋 斌
參考文獻：
[1] 楊服民,王惠敏,底國彬.HRV-2 稠油降粘劑的研制及評價[J].石油鉆采工藝,1996,18(3):93~96
[2] 陳秋芬,王大喜.油溶性稠油降粘劑研究進展[J].石油鉆采工藝,2004,26(2):45~46
[3] 于連東.世界稠油資源的分布及其開采技術的現狀與展望[J].特種油氣藏,2001,8(2):98~103
[4] 張付生,王彪,謝慧專,等.原油降凝劑在我國長輸管線上的應用[J].油田化學,1999,16(4):368~371
[5] 唐旭東,劉偉,呂廣.原油改性輸送技術的現狀及發展[J]. 廣東化工,1998(3):48~51
[6] 李樹臻.井下自動定量加液器[P].中國專利:21042871,1992,5
[7] 饒漢周,李遵敏,陳瑛,等.滑套式恒流量摻液器[P].中國專利:21249964,1991,12
[8] 祝明華,姜紅金,賀星耀.原油降凝降粘劑 HC 在稠油生產井中的應用[J].油田化學,1998,15(1):28~30
[9] 周風山,趙明方,倪文學,等.一種油溶性稠油降粘劑的研制與應用[J].西安石油學院學報,2000,15(2):52~54
[10] 葛際江,張貴才,趙福麟.墾西稠油的降粘研究[J].油田化學,1999,16(4):320~322
[11] 于連東.世界稠油資源的分布及其開采技術的現狀與展望[J].特種油氣藏,2001,8(2):98~105
[12] 常運星,張新軍.稠油油溶性降粘劑降粘機理研究[J].油氣田地面工程,2006,25(4):8~9
[13] SonAJ,GraugnardRB,ChaiBJ.The effect of Structure on Preformanc of MaleicAnhydrideCoPolymers as Flow Im provera of Paraffinic Crude oil [J].SPE 25186, SPE25186, MarchZ-5,1993
[14] J.L.Anhom.MTBE:A Carier for Heavy Oil Transportation and Viscosity Mixing RuleApplicability [J].Journal of Canadian Petroleum Technology, 1994, 33(4):17~21
[15] 莫增敏,石家雄,周潤才.新技術提高了重油開發的可行性[J].國外油田工程,1999,56(3):257~258.
[16] 楊冰,楊梅,夏力,等.委內瑞拉致力于重油的長期開采[J]. 國外油田工程,1998,44(9):451~453
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