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摘 要： 摘 要：礦場(chǎng)常用的稠油降粘技術(shù)分為物理降粘和化學(xué)降粘技術(shù)兩大類(lèi)。 物理降粘主要包括：加熱降粘技術(shù)、摻稀降粘技術(shù)、微波降粘技術(shù)、磁降粘技術(shù)。 化學(xué)降粘主要包括：乳化降粘技術(shù)、油溶性降粘劑技術(shù)和降凝劑降粘技術(shù)。文章概述了目前常用的稠油降粘工藝技術(shù)的機(jī)理和主
摘 要：礦場(chǎng)常用的稠油降粘技術(shù)分為物理降粘和化學(xué)降粘技術(shù)兩大類(lèi)。 物理降粘主要包括：加熱降粘技術(shù)、摻稀降粘技術(shù)、微波降粘技術(shù)、磁降粘技術(shù)。 化學(xué)降粘主要包括：乳化降粘技術(shù)、油溶性降粘劑技術(shù)和降凝劑降粘技術(shù)。文章概述了目前常用的稠油降粘工藝技術(shù)的機(jī)理和主要存在的問(wèn)題。 對(duì)稠油降粘技術(shù)有了一個(gè)準(zhǔn)確的總結(jié)，在此基礎(chǔ)之上指出了今后降粘技術(shù)研究方向。
關(guān)鍵詞：稠油;降粘技術(shù);原理;復(fù)合降粘
稠油一般是指油層溫度下脫氣原油的粘度超過(guò) 50mPa·s 以上，密度大于 0.92g/cm3 的原油。 對(duì)石油來(lái)說(shuō)，固態(tài)烴、瀝青質(zhì)和膠質(zhì)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(dòng)性，是解決稠油開(kāi)采、集輸和煉制問(wèn)題的關(guān)鍵。 目前，國(guó)內(nèi)外稠油輸送過(guò)程中常用的降粘方法主要分為物理降粘技術(shù)和化學(xué)降粘技術(shù)。
1 物理降粘技術(shù)
1.1 加熱降粘
1.1.1 降粘機(jī)理
稠油加熱輸送方法主要是通過(guò)加熱的方法提高稠油的流動(dòng)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(zhì)與瀝青質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(shí)，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(duì)溫度更敏感;高粘原油的凝固過(guò)程是隨溫度降低，稠度增大，最后失去流動(dòng)性的漸變過(guò)程， 而一般原油在反常點(diǎn)以下呈突變過(guò)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(jīng)濟(jì)的;高原油的低溫流動(dòng)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(tài)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(lái)，電加熱法應(yīng)用得越來(lái)越廣泛。 電加熱法具有以下優(yōu)點(diǎn)：a.可以在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)溫度; b.可間歇加熱，沿管線可以有不同的加溫強(qiáng)度;c.熱效率高;d.適應(yīng)性強(qiáng)，慣性小，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行; e.結(jié)構(gòu)緊湊，金屬材料用量少;f.裝配簡(jiǎn)單。
1.1.2 存在問(wèn)題
用加熱降粘技術(shù)輸送稠油是傳統(tǒng)的輸送方法，在許多國(guó)家和地區(qū)都得到了廣泛應(yīng)用，委內(nèi)瑞拉從 I955 開(kāi)始采用這種技術(shù)。 但最大缺點(diǎn)是當(dāng)管線溫度降至環(huán)境溫度時(shí)，常發(fā)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(jīng)濟(jì)損失大。 因此，應(yīng)逐漸減少或取代加熱降粘輸送。
電伴熱法在印尼蘇門(mén)答臘的扎姆魯?shù)糜吞镆殉晒?yīng)用多年，國(guó)內(nèi)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(jī)理一般當(dāng)稠油和稀油的粘度指數(shù)接近時(shí)，混合油粘度符合下式
1.2.2 存在問(wèn)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(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)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(chǔ)量有限，且產(chǎn)量呈下降的趨勢(shì);其次，稀油摻人前，必須經(jīng)過(guò)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(shí)，不但增加了輸量，并對(duì)煉油廠工藝流程及技術(shù)設(shè)施產(chǎn)生不利的影響。 所以摻稀油降粘有一定的局限性。
在我國(guó)遼河高升油田的稠油中，摻入 1 / 3 的稀油量，50℃時(shí)粘度由 2～4Pa·S 降為 150—200mPa·S 可以直接利用常規(guī)的原油輸送系統(tǒng)來(lái)輸送稠油;在停輸期間不會(huì)發(fā)生稠油凝固現(xiàn)象。 但是稀油來(lái)源必須要有保障;需要專(zhuān)用的管線把稀油從產(chǎn)地輸至油田與稠油摻混;稠油中摻入稀油，對(duì)稠油和稀油的油質(zhì)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(lái)源方便并且充足時(shí)，稀釋降粘技術(shù)是最簡(jiǎn)單且有效的。 目前，稠油摻稀輸送方法已在加拿大、美國(guó)、委內(nèi)瑞拉得到了廣泛的應(yīng)用，我國(guó)新疆、勝利、河南等油田對(duì)距離較遠(yuǎn)的接轉(zhuǎn)站，均采用摻稀油降粘流程。
1.2 微波降粘
1.2.1 降粘機(jī)理
微波輻射具有熱效應(yīng)與非熱效應(yīng)兩種功能，利用微波非熱效應(yīng)對(duì)稠油進(jìn)行改性，改變稠油的化學(xué)組分，不可逆地改善了稠油的流變性，以達(dá)到快速降粘的日的。
1.2.2 存在問(wèn)題
由于稠油膠體結(jié)構(gòu)的微觀不均勻性、微波加熱的選擇性，致使在微波加熱過(guò)程中，稠油內(nèi)部溫度的宏觀分布和微觀分布的不均勻，在稠油內(nèi)部的某些位置出現(xiàn)了瀝青質(zhì)膠粒的溫度超過(guò)膠質(zhì)瀝青質(zhì)的熱解溫度的局部過(guò)熱現(xiàn)象，部分膠質(zhì)瀝青質(zhì)的熱解使其化學(xué)結(jié)構(gòu)變化和含量減小，稠油其它組分增加。 瀝青質(zhì)膠質(zhì)含量的變化導(dǎo)致了稠油的流變性改變，在大多數(shù)情況下，這種變化有利于稠油的開(kāi)發(fā)和集輸。
1.3 磁處理降粘
1.3.1 降粘機(jī)理
磁處理技術(shù)稠油降粘方面的應(yīng)用研究在近幾年發(fā)展比較快，由于稠油是抗磁性物質(zhì)，當(dāng)磁場(chǎng)作用于稠油時(shí)，磁化作用會(huì)產(chǎn)生誘導(dǎo)磁距，抑制蠟晶形成和聚結(jié)，使蠟晶以小顆粒形式存在于稠油中，同時(shí)稠油中的石蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等抗磁性物質(zhì)會(huì)進(jìn)行近程有序排列，增強(qiáng)了流動(dòng)性，降低了稠油的粘度。
在外磁場(chǎng)的作用下， 磁化作用破壞了稠油各烴類(lèi)分子間的作用力， 分子通過(guò)自身內(nèi)振蕩而受到磁感應(yīng)共振， 從而使分子振動(dòng)增強(qiáng)和分子間相互作用減弱，導(dǎo)致分子的聚集狀態(tài)發(fā)生改變，使分子間的聚合力減弱， 其中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)以分散相而非締結(jié)相溶解在稠油中，從而使稠油的粘度降低，流動(dòng)性增強(qiáng)。
1.3.2 存在問(wèn)題
磁處理是一種短暫狀態(tài)過(guò)程， 稠油受磁場(chǎng)作用的時(shí)間很短，誘導(dǎo)磁距是逐漸消失的，由此而引起稠油物理性質(zhì)的變化也是逐漸消失的， 其效果也隨時(shí)間的延長(zhǎng)而衰減，有效保持時(shí)間是 4h。 磁化作用一定時(shí)間后，稠油的性質(zhì)會(huì)恢復(fù)到磁化前的狀態(tài)
2 化學(xué)降粘技術(shù)
2.1 乳化降粘
2.1.1 降粘機(jī)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(zhuǎn)變成水包油(O / W)型乳狀液，達(dá)到降粘的目的。其降粘機(jī)理主要包括乳化降粘和潤(rùn)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(dòng)時(shí)油膜與油膜之間的摩擦變?yōu)樗づc水膜之間的摩擦，粘度和摩擦阻力大幅度降低，潤(rùn)濕降阻是破壞油管表面的稠油膜。 使表面潤(rùn)濕親油性反轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性，形成連續(xù)的水膜，減少輸送過(guò)程中原油流動(dòng)的阻力。
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最佳密堆積理論表明:對(duì)于原油來(lái)說(shuō),含水小于 25.98%時(shí) 形 成 穩(wěn) 定 的 W/O 型 乳 狀 液, 含 水 大 于 74.02%時(shí)形成穩(wěn)定的 O/W 型乳狀液, 在 25.98%～ 74.02%范圍內(nèi),屬于不穩(wěn)定區(qū)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(jī)酸與堿反應(yīng),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(zhuǎn)變成 O/W 型乳狀液,從而達(dá)到降粘的目的。 尉小明等通過(guò)對(duì)稠油乳化前后顯微鏡照片的分析發(fā)現(xiàn), 乳化后確是低粘度的 O/W 型乳狀液, 油為分散相,水為連續(xù)相。 稠油乳化降粘劑不僅能形成穩(wěn)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(jìn)入膠質(zhì)和瀝青質(zhì)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(wú)規(guī)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(zhì)、瀝青質(zhì)分子數(shù)目減少,原油的內(nèi)聚力降低,起到降粘的作用。
2.1.2 存在問(wèn)題
雖然目前研究乳化劑的配方很多，但存在許多問(wèn)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(duì)稠油的選擇性強(qiáng);稠油組成如何影響乳化降粘效果，乳化降粘劑的結(jié)構(gòu)與其性能關(guān)系如何，都沒(méi)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(jīng)濟(jì)。 因此研究廉價(jià)的耐鹽、耐高溫的降粘劑是今后乳化降粘技術(shù)的一個(gè)重要方向。
近年來(lái)， 有關(guān)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(jié)合型.陰離子型.陽(yáng)離子型及復(fù)配型等四種類(lèi)型。 乳化降粘技術(shù)在美國(guó)、加拿大等應(yīng)用已較成熟，國(guó)內(nèi) 2O 世紀(jì) 90 年代，對(duì)遼河、勝利、大港等油田也進(jìn)行了此項(xiàng)技術(shù)的試驗(yàn)，積累了許多經(jīng)驗(yàn)，取得了初步的成果。
2.2 油溶性降粘劑
2.2.1 降粘機(jī)理
油溶性降粘劑降粘是在降凝劑技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種新型降粘技術(shù)。 降粘機(jī)理是降粘劑分子借助較強(qiáng)的形成氫鍵能力通過(guò)滲透、分散作用進(jìn)入膠質(zhì)和瀝青質(zhì)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(wú)規(guī)則堆砌、結(jié)構(gòu)比較松散、有序程度較低、空間延伸度較小的特點(diǎn)，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(jié)為以下幾種類(lèi)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(shí)際應(yīng)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(lái)酸酐、(甲基)丙烯酸酯及 a 一烯烴等。
2.2.2 存在問(wèn)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(wèn)題，有很好的開(kāi)發(fā)前景。 但從實(shí)際情況看，有兩個(gè)問(wèn)題亟待解決：一是降粘劑的作用機(jī)理; 二是降粘劑對(duì)原油的選擇性。 目前，使用油溶性降粘劑進(jìn)行稠油降粘開(kāi)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(fèi)用或提高降粘效率的一種種輔助手段。 多種降粘劑及各類(lèi)助劑復(fù)配使用既可擴(kuò)大適用范圍， 也可改善降粘效果。 對(duì)酯型降粘劑而言，比較有前途的復(fù)配物是與原油石蠟烴碳數(shù)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(duì)于石蠟基原油，由于原油中蠟含量高，引起原油凝固點(diǎn)高。 當(dāng)溫度在凝固點(diǎn)以上時(shí)此類(lèi)原油的粘度并不大，而且對(duì)溫度不敏感，但當(dāng)溫度降到其凝固點(diǎn)以下時(shí)，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(diǎn)，從而改善原油的低溫流動(dòng)性。
2.3.1 降粘機(jī)理
降凝劑的分子結(jié)構(gòu)與原油中的蠟分子結(jié)構(gòu)相同或相近，在蠟的成核和生長(zhǎng)過(guò)程中能夠與蠟晶共晶或吸附，阻止了蠟晶的生長(zhǎng)，使蠟的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被抑制，由蠟造成的稠油的部分結(jié)構(gòu)粘度消失，從而屈服值降低，表觀粘度下降。 作用機(jī)理具體如下：
1)分散理論。 降凝劑在原油析蠟點(diǎn)溫度以上析出，起晶核作用，成為蠟吸附生長(zhǎng)的中心，使原油中生成的小顆粒蠟增多，減少網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，降低結(jié)構(gòu)粘度。
2)吸附理論。 1938 年 Davis 和 Zimmer 發(fā)表了對(duì) Paraflow(萘與氯化石蠟的烷基化產(chǎn)物)降凝機(jī)理的結(jié)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?chē)?阻止進(jìn)一步析出的蠟晶相互結(jié)合， 使其不能與輕組分一起形成三維網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)，從而降低原油凝固點(diǎn)。
3)共晶理論。 降凝劑在原油析蠟點(diǎn)溫度時(shí)析出，與蠟共晶，破壞石蠟的方向性，生成分枝的“過(guò)濾殘晶形態(tài)”，使原油結(jié)構(gòu)粘度降低。
2.3.2 存在問(wèn)題
由于只有當(dāng)降凝劑的分子結(jié)構(gòu)與原油中蠟的分子結(jié)構(gòu)相同或相近時(shí)才會(huì)發(fā)生作用，故從一定程度上講降凝劑對(duì)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(gòu)烷烴的混合物，同一原油采用不同的降凝劑會(huì)收到不同的降粘效果。 因此，采用適用范圍不同的兩種或數(shù)種降凝劑復(fù)配，可以擴(kuò)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(dá)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(xiàn)象可叫“頂棚”式疑點(diǎn)降低，同降凝劑對(duì)同種原油出現(xiàn)“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(jié)束語(yǔ)
就整個(gè)降粘技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)，主要應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)情況和區(qū)塊稠油的基本特征選擇適用的降粘技術(shù)。 針對(duì)降粘技術(shù)的特點(diǎn)，筆者認(rèn)為應(yīng)從如下方面進(jìn)行深入的研究。
1)從稠油的基本特征出發(fā)，應(yīng)找出從根本上引起稠油粘度變大的最基本因素，有針對(duì)性的根據(jù)其特征建立有效的降粘方法。
2)電加熱技術(shù)、微波降粘技術(shù)和磁降粘技術(shù)受成本制約，應(yīng)加大化學(xué)降粘技術(shù)的研究，優(yōu)選和合成能有效控制成本的降粘劑。
3)可考慮采用復(fù)合降粘技術(shù)，對(duì)各項(xiàng)工藝技術(shù)進(jìn)行有效的整合，發(fā)揮復(fù)合體系的優(yōu)勢(shì)，整體提高降粘效果。——論文作者：宋 斌
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