发布时间：2022-04-23所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘 要：矿场常用的稠油降粘技术分为物理降粘和化学降粘技术两大类。 物理降粘主要包括：加热降粘技术、掺稀降粘技术、微波降粘技术、磁降粘技术。 化学降粘主要包括：乳化降粘技术、油溶性降粘剂技术和降凝剂降粘技术。文章概述了目前常用的稠油降粘工艺技术的机理和主
摘 要：矿场常用的稠油降粘技术分为物理降粘和化学降粘技术两大类。 物理降粘主要包括：加热降粘技术、掺稀降粘技术、微波降粘技术、磁降粘技术。 化学降粘主要包括：乳化降粘技术、油溶性降粘剂技术和降凝剂降粘技术。文章概述了目前常用的稠油降粘工艺技术的机理和主要存在的问题。 对稠油降粘技术有了一个准确的总结，在此基础之上指出了今后降粘技术研究方向。
关键词：稠油;降粘技术;原理;复合降粘
稠油一般是指油层温度下脱气原油的粘度超过 50mPa·s 以上，密度大于 0.92g/cm3 的原油。 对石油来说，固态烃、沥青质和胶质的含量及组成是决定其流变性的主要因素。 因此降低稠油粘度，改善稠油流动性，是解决稠油开采、集输和炼制问题的关键。 目前，国内外稠油输送过程中常用的降粘方法主要分为物理降粘技术和化学降粘技术。
1 物理降粘技术
1.1 加热降粘
1.1.1 降粘机理
稠油加热输送方法主要是通过加热的方法提高稠油的流动温度，以降低稠油粘度，从而减少管路摩阻损失的一种稠油输送方法。 稠油中胶质与沥青质分子的结构特点及相互作用，使稠油体系形成了一定程度的 Π 键和氢键，随着温度的升高，体系获得足够的能量时，Π 键和氢键被破坏， 使得稠油粘度大幅度降低。 高粘原油和一般原油有明显差别：高粘原油的粘度对温度更敏感;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：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;高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。
加热方式上，主要有蒸气热水加热法和电加热法。 近些年来，电加热法应用得越来越广泛。 电加热法具有以下优点：a.可以在较大的范围内调节温度; b.可间歇加热，沿管线可以有不同的加温强度;c.热效率高;d.适应性强，惯性小，容易实现自动化运行; e.结构紧凑，金属材料用量少;f.装配简单。
1.1.2 存在问题
用加热降粘技术输送稠油是传统的输送方法，在许多国家和地区都得到了广泛应用，委内瑞拉从 I955 开始采用这种技术。 但最大缺点是当管线温度降至环境温度时，常发生凝管事故，且其能耗高，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降粘输送。
电伴热法在印尼苏门答腊的扎姆鲁得油田已成功应用多年，国内多用于干线解堵、管道附件和油气集输管线。
1.2 掺稀降粘
1.2.1 降粘机理一般当稠油和稀油的粘度指数接近时，混合油粘度符合下式
1.2.2 存在问题
在油井含水量升高后，总液量增加，掺输管可改作出油管。 因此，在具有稀油资源的油田，稀油稀释降粘具有更好的经济性和适应性。 但掺稀油降粘也存在不足，首先，受到稀油资源的限制，由于稀油储量有限，且产量呈下降的趋势;其次，稀油掺人前，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，增加了能源消耗;再次，稀油用作稀释剂掺人稠油后，降低了稀油的物性。 稠油与稀油混合共管外输时，不但增加了输量，并对炼油厂工艺流程及技术设施产生不利的影响。 所以掺稀油降粘有一定的局限性。
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 2～4Pa·S 降为 150—200mPa·S 可以直接利用常规的原油输送系统来输送稠油;在停输期间不会发生稠油凝固现象。 但是稀油来源必须要有保障;需要专用的管线把稀油从产地输至油田与稠油掺混;稠油中掺入稀油，对稠油和稀油的油质都有较大的影响，很难最有效地利用稠油和稀油资源。 掺人稀油(包括天然气凝析液、原油的馏分油、石脑油等)稀释一直是稠油降粘减阻输送的主要方法。 稀油来源方便并且充足时，稀释降粘技术是最简单且有效的。 目前，稠油掺稀输送方法已在加拿大、美国、委内瑞拉得到了广泛的应用，我国新疆、胜利、河南等油田对距离较远的接转站，均采用掺稀油降粘流程。
1.2 微波降粘
1.2.1 降粘机理
微波辐射具有热效应与非热效应两种功能，利用微波非热效应对稠油进行改性，改变稠油的化学组分，不可逆地改善了稠油的流变性，以达到快速降粘的日的。
1.2.2 存在问题
由于稠油胶体结构的微观不均匀性、微波加热的选择性，致使在微波加热过程中，稠油内部温度的宏观分布和微观分布的不均匀，在稠油内部的某些位置出现了沥青质胶粒的温度超过胶质沥青质的热解温度的局部过热现象，部分胶质沥青质的热解使其化学结构变化和含量减小，稠油其它组分增加。 沥青质胶质含量的变化导致了稠油的流变性改变，在大多数情况下，这种变化有利于稠油的开发和集输。
1.3 磁处理降粘
1.3.1 降粘机理
磁处理技术稠油降粘方面的应用研究在近几年发展比较快，由于稠油是抗磁性物质，当磁场作用于稠油时，磁化作用会产生诱导磁距，抑制蜡晶形成和聚结，使蜡晶以小颗粒形式存在于稠油中，同时稠油中的石蜡、胶质、沥青质等抗磁性物质会进行近程有序排列，增强了流动性，降低了稠油的粘度。
在外磁场的作用下， 磁化作用破坏了稠油各烃类分子间的作用力， 分子通过自身内振荡而受到磁感应共振， 从而使分子振动增强和分子间相互作用减弱，导致分子的聚集状态发生改变，使分子间的聚合力减弱， 其中的胶质和沥青质以分散相而非缔结相溶解在稠油中，从而使稠油的粘度降低，流动性增强。
1.3.2 存在问题
磁处理是一种短暂状态过程， 稠油受磁场作用的时间很短，诱导磁距是逐渐消失的，由此而引起稠油物理性质的变化也是逐渐消失的， 其效果也随时间的延长而衰减，有效保持时间是 4h。 磁化作用一定时间后，稠油的性质会恢复到磁化前的状态
2 化学降粘技术
2.1 乳化降粘
2.1.1 降粘机理
乳化降粘就是在表面活性剂作用下， 使稠油从油包水(W/O)型乳状液转变成水包油(O / W)型乳状液，达到降粘的目的。其降粘机理主要包括乳化降粘和润湿降阻两方面。 乳化降粘中使用水溶性较好的表面活性剂作乳化剂， 将一定浓度的乳化剂水溶液注入油井或管线，使原油分散而形成 O/W 型乳状液把原油流动时油膜与油膜之间的摩擦变为水膜与水膜之间的摩擦，粘度和摩擦阻力大幅度降低，润湿降阻是破坏油管表面的稠油膜。 使表面润湿亲油性反转变为亲水性，形成连续的水膜，减少输送过程中原油流动的阻力。
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最佳密堆积理论表明:对于原油来说,含水小于 25.98%时 形 成 稳 定 的 W/O 型 乳 状 液, 含 水 大 于 74.02%时形成稳定的 O/W 型乳状液, 在 25.98%～ 74.02%范围内,属于不稳定区域,可形成 W/O 型,也可形成 O/W 型。 但因原油存在天然的 W/O 型乳化剂,故一般形成 W/O 型单方面液,使原油粘度大幅度增加。 乳化降粘就是添加一种表面活性剂或利用稠油中所含有的有机酸与碱反应,生成表面活性剂,其活性大于原油中天然乳化剂的活性,使 W/O 型乳状液转变成 O/W 型乳状液,从而达到降粘的目的。 尉小明等通过对稠油乳化前后显微镜照片的分析发现, 乳化后确是低粘度的 O/W 型乳状液, 油为分散相,水为连续相。 稠油乳化降粘剂不仅能形成稳定的 O/W 乳状液起到降粘的作用, 而且也能借助氢键渗透、分散进入胶质和沥青质片状分子之间,拆散平面重叠堆砌而成的聚集体,形成片状分子无规则堆砌, 有序程度降低,空间延伸度减少,聚集体中包含的胶质、沥青质分子数目减少,原油的内聚力降低,起到降粘的作用。
2.1.2 存在问题
虽然目前研究乳化剂的配方很多，但存在许多问题。 采出后破乳困难，污水处理难度大;由于稠油组成的差异，乳化剂对稠油的选择性强;稠油组成如何影响乳化降粘效果，乳化降粘剂的结构与其性能关系如何，都没找到确切答案。 还有降粘剂的高抗温、抗盐、抗矿化度的能力有限，即使效果较好但成本较高，不经济。 因此研究廉价的耐盐、耐高温的降粘剂是今后乳化降粘技术的一个重要方向。
近年来， 有关乳化降粘剂的配方研究十分活跃，主要有非离子型一阴离子结合型.阴离子型.阳离子型及复配型等四种类型。 乳化降粘技术在美国、加拿大等应用已较成熟，国内 2O 世纪 90 年代，对辽河、胜利、大港等油田也进行了此项技术的试验，积累了许多经验，取得了初步的成果。
2.2 油溶性降粘剂
2.2.1 降粘机理
油溶性降粘剂降粘是在降凝剂技术的基础上发展的一种新型降粘技术。 降粘机理是降粘剂分子借助较强的形成氢键能力通过渗透、分散作用进入胶质和沥青质片状分子之间，部分拆散平面重叠堆砌而成的聚集体，形成有降粘剂分子参与(形成新的氢键)的聚集体。 这些聚集体片状分子具有无规则堆砌、结构比较松散、有序程度较低、空间延伸度较小的特点，降低了稠油的粘度。
油溶性降粘剂品种很多，但基本上可归结为以下几种类型：缩合物型、不饱和单体的均聚物或共聚物和 高分子表面活性剂型。 就目前研究与实际应用情况看，合成降粘剂的典型单体是乙烯、醋酸乙烯酯、苯乙烯、马来酸酐、(甲基)丙烯酸酯及 a 一烯烃等。
2.2.2 存在问题
油溶性降粘剂可以直接加降粘剂，还可以避免乳化降粘存在的后处理(如脱水)问题，有很好的开发前景。 但从实际情况看，有两个问题亟待解决：一是降粘剂的作用机理; 二是降粘剂对原油的选择性。 目前，使用油溶性降粘剂进行稠油降粘开采较为可行的方法，是将油溶性降粘剂与稀释剂、乳化剂或热力方法配合使用，作为降低降粘费用或提高降粘效率的一种种辅助手段。 多种降粘剂及各类助剂复配使用既可扩大适用范围， 也可改善降粘效果。 对酯型降粘剂而言，比较有前途的复配物是与原油石蜡烃碳数分布相匹配的酯型降粘剂、高分子表面活性剂及全氟表面活性剂
2.3 降凝剂降粘
对于石蜡基原油，由于原油中蜡含量高，引起原油凝固点高。 当温度在凝固点以上时此类原油的粘度并不大，而且对温度不敏感，但当温度降到其凝固点以下时，原油粘度急剧上升。 在原油中加入降凝剂，可以降低原油的凝固点，从而改善原油的低温流动性。
2.3.1 降粘机理
降凝剂的分子结构与原油中的蜡分子结构相同或相近，在蜡的成核和生长过程中能够与蜡晶共晶或吸附，阻止了蜡晶的生长，使蜡的网状结构被抑制，由蜡造成的稠油的部分结构粘度消失，从而屈服值降低，表观粘度下降。 作用机理具体如下：
1)分散理论。 降凝剂在原油析蜡点温度以上析出，起晶核作用，成为蜡吸附生长的中心，使原油中生成的小颗粒蜡增多，减少网状结构，降低结构粘度。
2)吸附理论。 1938 年 Davis 和 Zimmer 发表了对 Paraflow(萘与氯化石蜡的烷基化产物)降凝机理的结果，提出了吸附理论，即降凝剂将原油中的蜡晶中心吸附在其周围， 阻止进一步析出的蜡晶相互结合， 使其不能与轻组分一起形成三维网状凝胶结构，从而降低原油凝固点。
3)共晶理论。 降凝剂在原油析蜡点温度时析出，与蜡共晶，破坏石蜡的方向性，生成分枝的“过滤残晶形态”，使原油结构粘度降低。
2.3.2 存在问题
由于只有当降凝剂的分子结构与原油中蜡的分子结构相同或相近时才会发生作用，故从一定程度上讲降凝剂对原油具有一定的选择性，即适用于这种原油的降凝剂不一定适用于其它原油。 原油中的石蜡是正构烷烃的混合物，同一原油采用不同的降凝剂会收到不同的降粘效果。 因此，采用适用范围不同的两种或数种降凝剂复配，可以扩大其使用范围，得到更好的降粘效果。 在原油中加入降凝剂后，起初原油的降粘幅度均随降凝剂添加量的增加而迅速增高，但达到一定值后，降粘幅度则随添加量的增加而缓慢增加，保持基本上的恒定，这种现象可叫“顶棚”式疑点降低，同降凝剂对同种原油出现“顶棚”的先后不同。 故，选择合适的降凝剂和最佳加料范围是很重要的。
3 结束语
就整个降粘技术的实际应用来说，主要应根据现场的实际生产情况和区块稠油的基本特征选择适用的降粘技术。 针对降粘技术的特点，笔者认为应从如下方面进行深入的研究。
1)从稠油的基本特征出发，应找出从根本上引起稠油粘度变大的最基本因素，有针对性的根据其特征建立有效的降粘方法。
2)电加热技术、微波降粘技术和磁降粘技术受成本制约，应加大化学降粘技术的研究，优选和合成能有效控制成本的降粘剂。
3)可考虑采用复合降粘技术，对各项工艺技术进行有效的整合，发挥复合体系的优势，整体提高降粘效果。——论文作者：宋 斌
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