摘要:综述了目前常用的稠油( 包括特稠油和超稠油) 降粘方法( 包括掺稀油降粘、加热降粘、稠油改质降粘及化学降粘等四种) 的降粘原理及其优缺点。 掺稀油降粘存在着稀油短缺及稠油与稀油间价格上的差异等不利因素 ;加热降粘则要消耗大量的热能, 存在着较高的能量损耗和经济损失;改质降粘要求较为苛刻的反应条件, 同时使用范围较窄;化学降粘使用范围相对较宽( 包括油层开采、井筒降粘、管道输送等领域) , 同时工艺简单, 成本较低, 易于实现。 分析认为, 采用化学降粘方法进行稠油降粘具有一定的优势, 建议优先考虑。
关键词:稠油 降粘方法 稀油 表面活性剂 改质 加热
稠油是指在油层温度下粘度大于 100 mPa·s 的脱气原油, 但通常都在 1 Pa·s 以上 。稠油由于粘度高, 流动阻力大, 不易开采, 其突出的特点是含沥青质 、胶质较高 。目前国内外在稠油开采过程中常用的降粘方法有 :加热法、掺稀油法 、稠油改质降粘及化学药剂降粘法。
1 掺稀油降粘 [ 1]
1 .1 降粘原理一般当稠油和稀油的粘度指数接近时, 混合油粘度符合式
表1 为委内瑞拉东部某油田稠油稀释降粘数据。可见, 掺稀油降粘的实测值与计算值接近 。在我国辽河高升油田的稠油中, 掺入 1 3 的稀油量, 50 ℃时粘度由 2 ～ 4 Pa·s 降为 150 ～ 200 mPa·s 。
1 .2 降粘规律 [ 2 〗
a) 轻油掺入稠油后可起到降凝降粘作用, 但对于含蜡量和凝固点较低而胶质 、沥青质含量较高的高粘原油, 其降凝降粘作用较差。
b) 所掺轻油的相对密度和粘度越小, 降凝降粘效果也越好 ;掺入量越大, 降凝 、降粘作用也越显著 。
c) 一般来说, 稠油与轻油的混合温度越低, 降粘效果越好。混合温度应高于混合油的凝固点 3 ～ 5 ℃, 等于或低于混合油凝固点时, 降粘效果反而变差 。
d) 在低温下掺入轻油后可改变稠油流型, 使其从屈服假塑性体或假塑性体转变为牛顿流体。
1 .3 优缺点
轻质稀原油不仅有好的降粘效果, 且能增加产油量, 并对低产、间隙油井输送更有利 。在油井含水升高后, 总液量增加, 掺输管可改作出油管, 能适应油田的变化。因此, 在有稀油源的油田, 轻油稀释降粘, 具有更好的经济性和适应性。
采用此种方法大规模地开采稠油时, 选用的稀释剂必然是稀原油, 因为稀原油来源广泛, 可提供的数量大, 因此也带来一些问题 。首先, 稀原油掺入前, 必须经过脱水处理, 而掺入后, 又变成混合含水油, 需再次脱水, 这就增加了能源消耗 ;其次, 稀原油作为稀释剂掺入稠油后, 降低了稀油的物性 。稠油与稀油混合共管外输时, 增加了输量, 并对炼油厂工艺流程及技术设施产生不利影响; 此外, 鉴于稠油与稀油在价格等方面存在的差异, 采用掺稀油降粘存在经济方面的损失 。因此, 高粘原油加烃类稀释剂进行降粘集输, 并非完善的方法, 应综合考虑其经济性 、可行性, 必要时可采用别的更好的方法。
2 加热降粘
2 .1 降粘原理
根据八面河 、胜利孤岛、克拉玛依九区、江汉潜一段高粘原油的粘 温实测数据,
2 .2 降粘规律
室内实验数据表明, 高粘原油和一般原油也有明显差别:1) 高粘原油的粘度对温度更敏感; 2) 高粘原油的凝固过程是随温度降低, 稠度增大, 最后失去流动性的渐变过程, 而一般原油在反常点以下呈突变过程, 这表明:a) 高粘原油的加热降粘效果比一般原油更显著, 采用加热降粘处理是经济的 ;b) 高粘原油的低温流动性和在低温下输送的安全性比一般原油好, 而且粘度受流态影响也较小, 宜于采用大管径 、低流速输送。
2 .3 存在问题
加热输送方法是传统的方法, 目前也仍是国内外原油主要集输方法, 但其能耗高, 占输量 1 % 以上的原油被烧掉和损耗, 经济损失大 ;因此, 应逐渐减少或取代加热输送方式, 但属蒸气吞吐开采的稠油, 从井口出来的油温就高达 130 ℃左右, 这样就应结合热采进行热输。
3 稠油改质降粘输送 [ 3]
3 .1 降粘原理
稠油改质降粘是一种浅度的原油加工方法, 以除碳或加氢使大分子烃分解为小分子烃来降低稠油的粘度。除碳过程大致可分为热加工和催化加工, 热加工有减粘裂化、焦化等, 催化加工以催化裂化为代表 。此外, 还有溶剂脱碳, 如脱沥青和脱金属等过程 。加氢过程有加氢热裂化和加氢催化裂化等 。
3 .2 应用实例
近年来, 国外采用在油田内建立一套稠油改质的装置, 使稠油的大分子裂化、减粘, 便于输送。举例如下 :
a) 法国提出加氢降粘裂化法。在油田进行加压加氢处理, 使原油粘度降至可用管线输送, 并在下游炼厂用普通炼油方法加工。这样打破了以往采用传统的单纯物理降粘法, 可节省各种降粘措施费, 方便生产。 IFP 公司以加拿大稠油进行试验, 结果见表 2 。
b) 日本瓦斯株式会社和三菱株式会社提出 “全部重油残渣改质精炼法( CHERRY-P) ”用以生产轻质燃料油 、城市煤气和炼钢用焦 。用热裂化和重整工艺来加工减压渣油, 取代常用的降粘裂化和延迟焦化。为防止热裂化过程在管路和设备内结焦, 在进料时混进煤粉作为载焦体, 最后分出, 摁扣使过程流化 。在油田进行加热、反应、闪蒸, 将拔头馏分回掺井下循环使用, 其余送至炼厂进行分馏与减压蒸馏等。该公司将此法推荐给辽河油田解决高含蜡、高凝固点原油降凝集输问题, 可使原油凝固点从 57 .5 ℃降至-2 .5 ℃或-10 .5 ℃。当然也能用于稠油的降粘集输, 此法与减粘裂化和延迟焦化的对比见表 3 。
3 .3 特 点
稠油经改质后除了得到低粘 、优质的合成原油外, 所得的副产品渣油可用来产生氢气、加热蒸汽驱动汽轮机发电 、加热蒸汽锅炉产生蒸汽进行蒸汽吞吐和蒸汽驱生产等 。
4 化学降粘 [ 4]
化学降粘是向原油中加入某种药剂通过药剂的作用达到降低原油粘度的方法。目前对于任何原油, 不管什么条件都能降粘的化学药剂尚末发现, 只能对不同的原油物性和不同的油井生产情况, 采取相应的降粘措施 。
4 .1 蜡晶改进剂( 降凝剂)降凝降粘
对于石蜡基原油, 由于原油中蜡含量高, 引起原油凝固点高, 此类原油在其凝固点以上温度时原油粘度并不大, 而且对温度不敏感, 但当温度降到原油凝固点以下时, 粘度急骤上升, 所以如能将原油凝固点降低, 就能大幅度降低粘度 。
4 .1 .1 蜡晶改进剂作用机理
蜡晶改进剂是一种分子结构中具有和原油中蜡分子结构相同或相近的正构烷烃, 并带有极性基团的高分子化合物 。它的作用是在熔点温度下分子排列发生变化, 对石蜡结晶产生特殊改进作用, 即在成核和蜡晶生长过程中阻止蜡晶的生长, 或在生长中的蜡晶边侧结合上一个蜡晶改进剂。其作用机理的解释可归纳为三点:
1) 分散作用。蜡晶改进剂在原油析蜡点温度以上析出, 起晶核作用, 成为蜡分子吸附生长的中心, 使原油中生成的小颗粒蜡增多。
2) 共晶作用。蜡晶改进剂在原油析蜡点温度时析出, 与蜡共晶, 破坏石蜡结晶的方向性, 生成分枝的“过滤残晶形态” 。
3) 吸附作用。蜡晶改进剂在略低于析蜡温度以下析出, 被吸附在蜡晶上改变蜡结晶的方向性, 降低晶体间的粘附作用。
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由于石蜡结晶过程是一个连续的过程, 原油中的蜡和加入的结晶改进剂又是不同分子结构和大小的混合物, 所以蜡晶改进剂的作用过程也是一个连续的过程, 作用机理不同, 蜡晶上存在的蜡晶改进剂分子位置不同, 结晶形态也不同, 原油的倾点, 屈服值和表观粘度也不同, 试验证明, 蜡晶改进剂作为晶核或与蜡共晶时原油流动性好, 而起吸附作用时流动性差。
4 .2 稠油催化降粘
在蒸汽驱或者蒸汽吞吐的注蒸汽阶段油层温度达 150 ～ 300 ℃, 若在此温度范围内, 加入少量的催化剂如 VOSO4, NiSO4 , AlCl3, FeCl3等, 可使稠油中的胶质, 沥青质在硫键处断裂产生理想的降粘效果。
4 .3 表面活性剂降粘 [ 5 ～ 8]
4 .3 .1 降粘原理
表面活性剂降粘通常归结为三种机理 :①乳化降粘, 即在活性剂作用下使油包水型乳状液反相成为水包油型乳状液而降粘 ;②破乳降粘, 即活性剂使油包水型乳状液破乳而生成游离水, 根据游离水量和流速, 形成“水套油心”, “悬浮油”, “水漂油”而降粘;③吸附降粘, 即活性剂分子吸附于管壁上或油层间而减少摩擦阻力。这三种降粘机理往往同时存在, 但活性剂不同和条件不同时, 起主导作用的降粘机理也不同。
4 .3 .2 常用乳化降粘剂 [ 9]
国内常用的乳化降粘剂有 AE1910 、J-50 、GY1 、BN-99 、HRV 等 。稠油掺活性水所用的表面活性剂有 :烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠、OP-10 等。抽油机井所用的乳化降粘剂应具有低温快速的性能, 掺活性水所用的降粘剂应具有在高温下的水中溶解性和一定的乳化性能。抽油机井加药降粘通常采用井口加药, 管道破乳输送和脱水相结合的“一条龙”工艺技术 。实践证明“一条龙”工艺技术效果很好
4 .4 稠油加碱降粘
由于稠油中有机酸含量较高, 可采用加碱的方法, 使碱与有机酸反应生成表面活性物质, 该活性物质是天然的 O∕W 型乳化剂, 在该乳化剂的作用下, 稠油与水形成O∕W 型乳状液, 可大幅度降粘 。
在稠油开采中, 国内外用碱水驱油的较多, 但是至今还没有系统地研究过与碱水驱油有关的乳状液类型及特征, 也没有具体方法根据乳状液特性选择碱水配方 。在碱水降粘方面研究的更少, 国内仅对少数油进行过尝试。例如, 大港孔店油田, 采用雷米邦∶烧碱 =5∶1 作为降粘剂, 投药量为1 000 mg L, 可使原油粘度从 5 000 mPa·s 降至 50 mPa·s 以下, 达到了输送目的, 但加了降粘剂后的原油采用同一种破乳剂在相同药量和脱水条件下, 油中含水高达 17 .5 %, 水中含油大于 87 600 mg L, 使该项技术无法推广应用 。
5 结束语
高粘原油的降粘措施, 应优先考虑化学降粘, 并把降粘输送和大站处理统一考虑, 达到“一剂多用” 。在有稀油可掺的油田, 应以轻油稀释降粘为主。加热降粘主要用于大站处理中的脱水脱气, 达到“一热多用” 。合理选择降粘措施对高粘油集输、处理有明显的节能效果和经济效益 。——论文作者：尉小明 1 刘喜林 2 王卫东 3 徐凤廷 4
参 考 文 献
1 罗敬义.辽河油田稠油集输工艺.石油规划设计, 1992, 3( 1) : 48 ～ 51
2 曲占庆, 邢建华, 张红玲等.深层稠油掺稀油举升方法研究. 油气采收率技术, 2000, 7( 3) :26 ～ 28
3 第十五届世界石油大会论文集.北京:中国石化出版社, 2000. 307 ～ 314
4 王惠敏, 王积龙.化学降粘开采技术在小断块稠油油田的应用.石油规划设计, 1996,( 2) :23 ～ 25
5 Moreau B L.The pipeline transportation of heavy oils, heavy oil seminar .Calgary :The Petroleum Society of C I M, 1965:252
6 Browne G B, HassG R, Sell R D.Downhole Emulsification:Viscosity Reduction Increases Production, 1996, ( 4) :25
7 Luigi Bertero, Alberto Dilullo, Amelia Lentini.An innovative way to produce and transport heavy oil through dispersion inwater:Laboratory study and field test results, SPE 28 543.1994
8 Mccafferty J F, McClaflin G G .The field application of a surfactant for the production of heavy, viscous Crude Oil.SPE 24 850.1992
9 王云峰, 张春光, 侯万国等 .表面活性剂及其在油气田中的应用.北京:石油工业出版社, 1995:158～ 164
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