發布時間：2022-05-07所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 針對稠油開采難度大、采收率低和輸送難等問題，綜述了各種稠油降粘技術的降粘機理及應用情況，并分析了各降粘技術的優缺點及未來發展趨勢，為稠油的高效開采技術提供指導。 關鍵詞：稠油降粘技術研究進展綜述 隨著我國經濟的高速增長，對原油的需求量日益增加。目前，
針對稠油開采難度大、采收率低和輸送難等問題，綜述了各種稠油降粘技術的降粘機理及應用情況，并分析了各降粘技術的優缺點及未來發展趨勢，為稠油的高效開采技術提供指導。
關鍵詞：稠油降粘技術研究進展綜述
隨著我國經濟的高速增長，對原油的需求量日益增加。目前，中國是全球第四大原油生產國，但卻是第二大原油需求國。從全球來看，常規油田儲量日益枯竭，一些難開發利用的邊際油藏，包括稠油、超稠油的開采已提上日程，并將成為供油主力，這一點在我國尤為突出。
稠油的膠質、瀝青質含量較高是造成其粘度高、流動性差的主要原因，一般用常規采油方法無法采出，必須對其進行降粘。目前，國內外使用的稠油降粘技術較多，大體可劃分為物理降粘技術、化學降粘技術、微生物降粘技術和復合降粘技術。
1物理降粘技術
物理法降粘是最基本的降粘技術，適用于井筒和近井地帶的稠油降粘。該方法主要通過物理作用來實現稠油的降粘，稠油組成未發生化學變化。
1.1加熱降粘
加熱降粘主要是根據稠油對溫度的敏感性來達到降粘的一種方法，隨著溫度的升高，原油粘度急劇下降，是最簡單、最常規的一種技術。加熱降粘按供熱方式可分為注熱流體降粘和火燒油層降粘。
加熱降粘優點是簡單、常規。缺點是能耗高，輸量1%以上的原油被燒掉和損耗，經濟損失大，停輸再啟動困難，同時存在著最低輸量的限制。未來的發展趨勢應結合熱采進行熱輸。世界各國原油集輸研究工作都在致力于用其他非加熱輸送方式，逐漸減少或取代加熱輸送方式。
1.2摻稀降粘
降粘原理：利用相似相容原理，加入溶劑降低稠油粘度，改善其流動性。
常用的溶劑有甲醇、乙醇、煤油、粗柴油、混苯等。輕油稀釋主要選擇稀稠油為稀釋劑。向稠油中摻入稀油，得到混合物的粘度與稀油的摻入量之間成指數關系。稀釋劑的注人量主要取決于稠油與稀釋劑的相容性。輕質油和稀稠油具有較好的降粘效果，在油井含水升高后，總液量增加，摻輸管可改作出油管，能適應油田的變化[1]。因此，在有稀油源的油田，輕油稀釋降粘，具有很好的經濟性和適應性。
摻稀降粘優點是降粘效果好，流動性增強，損失降低;稀油與稠油混合后的密度小于原稠油的密度，降低了井筒靜壓損失，且能增加產油量，從而提高經濟效益，尤其對低產、間隙油井輸送有利。缺點是稀原油摻入前，必須經過脫水處理，而摻人后，又變成混合含水油，需再次脫水，增加了能源消耗;稀原油用為稀釋劑摻人稠油后，降低了稀油的物性。稠油與稀油混合共管外輸時，增加了輸量，并對煉油廠工藝流程及技術設施產生不利影響。而由于稀原油儲量有限，產量呈下降的趨勢，必然面臨即將無稀油可摻的情景，且高粘原油加烴類稀釋劑進行降粘集輸并非完善的方法。所以，應綜合考慮其經濟性、可行性，必要時可采用其他方法。
1.3超聲波降粘
降粘原理：主要作用于地層，通過熱作用、機械振動作用、空化作用和乳化作用來提高稠油采收率L2]。通過超聲波降解產生空化現象，使原油組分發生變化，從而降低原油粘度;通過超聲乳化可使原油形成水包油(o/w)型乳狀液，減小與壁之間的摩擦，從而降低原油粘度，改變其流動性。
超聲波降粘優點是生產成本低、對環境無影響、收益好、適用性較強。缺點是一般僅適用于近井地帶，傳播距離受限。超聲波未來可與電場、化學方法等相結合，可以使其作用效果更好。在超聲空化的作用下，水分子HzO可產生H+自由基，而在原油裂解過程中，適當的催化劑可加速原油的氫化裂解，將超聲與催化劑相結合，能加大超聲對原油的裂解作用，降低原油的粘度。
2化學降粘技術
化學降粘是指向原油中加入某種藥劑通過藥劑的作用達到降低原油粘度的方法。目前對于任何原油，不管什么條件都能降粘的化學藥劑尚未發現，只能不同的原油物性和不同的油井生產情況，采取相應的降粘措施。
2.1降凝降粘
降粘原理：主要通過蠟晶改進劑進行降粘，它是一種分子結構中具有和原油中蠟分子結構相同或相近的正構烷烴，并帶有極性基團的高分子化合物。
此種降粘方法主要針對石蠟基原油，由于原油中蠟含量高，引起原油凝固點高，此類原油在其凝固點以上溫度時原油粘度并不大，而且對溫度不敏感，但當溫度降到原油凝固點以下時，粘度急驟上升，所以如能將原油凝固點降低，就能大幅度降低粘度[3|。
2.2乳化降粘
降粘原理：向原油中摻人一種含有少量表面活性劑的水溶液，使稠油由油包水(W/O)型乳狀液轉為水包油(O/W)型乳狀液，由于表面活性劑水溶液的潤濕作用，減少了液流流動阻力，形成表面活性劑在壁上的水膜，使原油與管壁的摩擦變成表面活性水溶液與管壁的摩擦，從而大幅度地降低稠油的表粘度HJ。
其中，原油乳狀液的粘度可用Richarson公式乳化降粘的關鍵是選擇性能優良的乳化降粘劑。較好的乳化降粘劑應具有以下特性一]：第一，稠油要具有較好的乳化性，能形成比較穩定的o/w 型乳狀液;第二，形成的o/w型乳狀液不能太穩定，否則影響下一步的原油破乳脫水。一般來說，油水比為70：30或80：20比較合適。
根據化學結構，表面活性劑通常分為陽離子型、陰離子型、非離子型、兩性型以及非離子一陰離子復合型[6]。但陽離子型活性劑易被地層吸附或產生沉淀，所以很少用作驅油劑或乳化降粘劑。
乳化降粘表面活性劑成本低，降粘幅度大，工藝簡單，見效快。乳化降粘技術可使用原有井的摻稀設備使其能耗降低且費用低于摻稀費用，產油量又高于摻稀的產油量。另外，乳狀液的外相水水源充足(主要為采出的地層水)，這樣又減少了采油成本，經濟效益好。但是選用的表面活性劑由于原油性質不同具有一定的選擇性。比如在高溫高鹽油藏要用耐溫耐鹽型表面活性劑，否則達不到良好的降粘效果，而且用量要適當，否則會給原油的后處理帶來困難。乳化降粘正致力于以下幾個方面：①對于稠油的組成如何影響乳化降粘的效果問題，乳化降粘劑的結構與其性能的關系做更深一步的研究;②盡量減少稠油乳化降粘劑的選擇性，使其具有普遍性，適應性;③結合表面活性劑和某些基團的特點，對合成具有某些特定功能的新型的乳化降粘劑提供新方法和新思路。
2.3油溶性降粘
降粘機理：主要從降粘劑分子與稠油中各組分的相互作用進行解釋。降粘劑分子中含有極性基團側鏈及高碳烷基主鏈，主碳鏈可使降粘劑分子溶于油中，側鏈的極性基團可與膠質、瀝青質中的極性基形成更強的氫鍵，通過分散、滲透作用進入膠質及瀝青質的片狀分子之間，部分拆散平面重疊堆砌而成的聚集體結構，形成片狀分子無規則堆砌，結構變松散，并減少聚集體中所包含的膠質、瀝青質分子數目，降低原油內聚力，從而起到降粘作用E7|。
油溶性降粘劑是一種興起不久的原油流動性改進劑，近年來降粘劑研究的一個顯著特點是在原油酯型分子骨架上引入具有極性或表面活性的側鏈，利用極性基團和表面活性劑基團的空間效應和降低固液界面張力的能力提高對蠟晶、膠質、瀝青質的分散作用_8]。油溶性降粘劑主要分為以下幾類：
(1)縮合物型。主要有酚和氯化石蠟的縮聚產物山駝普爾、萘和氯化石蠟的縮聚產物Paraflow等類型。這類化合物是最早的油溶性降粘劑，主要用于潤滑油降凝。
(2)不飽和單體共聚物或均聚物型。主要分為均聚類、二元共聚類和三元共聚類。即烯烴、不飽和酸酯的均聚物或共聚物。合成降粘劑的典型單體主要有乙烯、苯乙烯、Q_烯烴、醋酸乙烯酯、馬來酸酐、 (甲基)丙烯酸酯、丙烯酰胺等。在組成上主要是各類二元或多元共聚物。
(3)高分子表面活性劑型。這類化合物既有聚合物的特點，又有一定的表面活性，主要是由不飽和酸酯與烯基磺酸鹽等具有表面活性基團的不飽和單體聚合而成，此類藥劑多與共聚物型化學降粘劑復配使用，起到輔助降粘的作用r9]。
油溶性降粘劑可以直接加劑降粘，還可以避免乳化降粘存在的后處理(如脫水)問題，有很大的開發前景。但油溶性降粘劑降粘率不夠高，且價格較高、藥劑用量大，致使成本高單獨使用很難達到生產要求，特別是對于特稠油、超稠油，由于粘度基數非常大，即使油溶性降粘劑的降粘率很高，也不能滿足降粘的生產要求，必須與其他工藝配合使用，而這又會降低油溶性降粘劑的應用價值。所以更加透徹的研究稠油的降粘機理是開發新型油溶性稠油降粘劑的關鍵所在。為提高降粘效果，將油溶性降粘劑與表面活性劑或溶劑復配使用，將油溶性降粘劑降粘技術與其他降粘技術如摻稀油、加熱等結合使用，可提高降粘效果、降低生產成本。
2.4加堿降粘
降粘機理：稠油中含有較高含量的有機酸，加入堿可與有機酸反應生成表面活性物質，該活性物質是天然的O/W型乳化劑，在其作用下，稠油與水形成o/w型乳狀液，從而大幅度地降低稠油粘度。
在稠油開采中，國內外用堿水驅油的較多，但是至今還沒有系統地研究過與堿水驅油有關的乳狀液類型及特征，也沒有具體方法根據乳狀液特性選擇堿水配方。在堿水降粘方面研究的更少，國內僅對少數油進行過嘗試。
2.5改質降粘
降粘機理：由于重油分子中含碳數過多(一般在 16以上，個別油田的稠油甚至達到64)，碳數越大，分子間的作用力越大，相應粘度就越高。稠油改質法是通過將重油分子打斷，使之變為小分子，從根本上降低分子間的作用力，降低稠油的粘度，改善稠油在管道中的流動性，從而提高輸送效率u0l。
由于分子發生了改變所以過程不可逆，改質降粘效果比較好。且粘度的降低有利于稠油的常溫集輸。稠油經改質后除了得到低粘、優質的合成原油外，所得的副產品渣油可用來產生氫氣、加熱蒸汽驅動汽輪機發電、加熱蒸汽鍋爐產生蒸汽進行蒸汽吞吐和蒸汽驅生產等。但改質降粘處理量小，對于催化劑的選擇比較困難。今后面臨的主要課題是如何加大處理量而降低成本，可考慮部分改質重油的方法，并將改質后的產品用作稀釋劑稀釋輸送未改質的重油。
3微生物降粘技術
降粘機理：通過生產井或注入井注入地層的微生物或地層內原有的微生物(本源微生物)，以地層原油中的重質組分為碳源進行生長繁殖，使原油中的輕質組分增多，原油在地層條件下的粘度降低。
生物表面活性劑是在憎水基質如烴類中培養微生物時產生的集親水基和親油基于一體的具有表面活性的一類代謝產物，親油基一般為脂肪�；湥瑯O性親水基則有多種形式，如中性脂的酯或醇功能團、脂肪酸或氨基酸的羧基、磷脂中含磷部分以及糖脂中的糖基，因此可分為糖脂類、脂肽類、磷脂類、脂肪酸類、中性油脂類、聚合物類等[11|。
微生物降粘技術具有成本低、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，可以大大延長油井的開采周期。因此，它是一種很有前途的降粘方法。但局限性在于微生物在溫度較高、鹽度較大、重金屬離子含量較高的油藏條件下易于遭到破壞，微生物產生的表面活性劑和生物聚合物本身有造成沉淀的危險眭，并且培養微生物的條件不易把握。所以該法的發展方向是培養耐溫、耐鹽、耐重金屬離子的易培養菌種，是非常有潛力的廉價耐溫耐鹽安全技術之一。
4復合降粘技術
稠油復合方法降粘就是將上面提到的降粘方法綜合應用于稠油降粘的技術，復合方法降粘在現場取得了理想的結果，是未來稠油降粘技術發展的趨勢之一。
4.1熱/化學降粘技術
稠油熱/化學降粘技術分為常規熱/化學降粘技術、改進的蒸汽吞吐方法和稠油井下改質技術[1釘。
(1)常規熱/化學技術是20世紀80年代在委內瑞拉發展起來的，稠油在蒸汽與表面活性劑(堿、聚合物)作用下主要通過物理作用來降粘，稠油受熱作用粘度明顯降低，在化學藥劑作用下提高了稠油采收率。
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(2)水熱催化裂解技術，主要利用稠油與水蒸汽之間發生的水熱裂解反應，使稠油在催化劑的作用下，使高碳數的稠油發生部分裂解而成為輕質油，不可逆地降低稠油的粘度，提高油品品位。另外，水熱裂解反應過程中產生的Hz，可以發生井下加氫反應，改善稠油的質量。
4.2 超聲波/表面活性劑降粘技術
研究發現[13]當原油含水率不大時，超聲降粘主要是由于超聲降解的作用，但這種降粘效果不理想、摻入表面活性劑SP-20后，在低含水率下，原油未能形成水包油乳狀液、當含水率為50%時，摻人表面活性劑，能使原油形成水包油乳狀液。超聲波與表面活性劑具有協同效應，超聲波能使原油形成的乳狀液更穩定。
4.3 降粘劑/降凝劑復配技術
降粘劑與降凝劑的最大不同在于它的結構中含有極性較大的官能團和(或)具有表面活性的官能團，有時還要與表面活性劑或溶劑復配使用。
降凝降粘劑復配使用較單獨使用效果好，有兩方面原因叭]：一是降凝劑低溫降粘效果較好，在凝點附近的低溫區改變蠟晶網狀結構、降低凝點的同時具有降粘作用，而降粘劑在較高溫區降粘效果較好，降凝、降粘劑復配使用，可以發揮從低溫到較高溫度范圍內的互補優勢;二是原油為不同烴類的混合物，側鏈烷烴長度分布范圍廣，不同降凝、降粘劑復配，可以增強其與原油中不同長度側鏈烷烴的匹配性。
4.4 油溶/乳化復合降粘技術
油溶/乳化復合降粘技術主要利用具有特定表面活性的乳化劑將油溶性降粘劑配成乳狀液，將這種乳狀液注入井中，乳狀液破乳后油溶性降粘劑與稠油作用，降低稠油粘度，粘度降低的稠油易被乳化，因而可望達到很高的降粘效率[15|。該復合降粘的作用機理既不同于油溶性降粘機理，又有別于乳化降粘機理，其基本特征是乳化劑加量極少，水外相比例低，油溶性降粘劑加量影響內相粘度，形成的乳狀液既非O/W型，也非W/O型，而是介于二者之間的過渡型，即類乳液。
利用膠體流變學、膠體化學、非電解質理論進行綜合作用改變原油均相分布，使原油形成非勻相膠體，形成輕質餾分油包圍蠟晶和膠質聚集體以降低粘度也是值得關注的一個新構想。
5 結語
目前各種降粘方法在國內都得到了推廣應用，但都存在一定的局限性和瓶頸，還沒有一種單一方法能夠完全解決稠油的開采和輸送問題。深入研究各種降粘方法的降粘機理是解決稠油高粘的根本途徑。另外，用系統分析的觀點和方法，從商品技術的角度，綜合交叉學科的優勢發展復合降粘技術，是稠油降粘技術的方向。——論文作者：王婉青，易晨曦，吳d'dlI，趙麗莎
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