發(fā)布時間：2022-04-22所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： [摘 要]隨著世界各地稠油開采量的增加，稠油的開采和運輸問題愈來愈引起人們的關(guān)注。稠油具有密度大、粘度高、輕油含量少的特點，使得開采和輸送稠油的工藝難度大，增加了開采和輸送的成本。總結(jié)了目前常用的稠油降粘方法，包括物理降粘法、化學(xué)降粘法以及稠油改質(zhì)降粘
[摘 要]隨著世界各地稠油開采量的增加，稠油的開采和運輸問題愈來愈引起人們的關(guān)注。稠油具有密度大、粘度高、輕油含量少的特點，使得開采和輸送稠油的工藝難度大，增加了開采和輸送的成本。總結(jié)了目前常用的稠油降粘方法，包括物理降粘法、化學(xué)降粘法以及稠油改質(zhì)降粘等，介紹了微生物降粘技術(shù)、超臨界二氧化碳以及其他一些降粘新技術(shù)的降粘原理，并分析了未來降粘技術(shù)的發(fā)展趨勢。
[關(guān)鍵詞]物理降粘;化學(xué)降粘;超臨界二氧化碳
稠油是指地層條件下，粘度大于 50 mPa·s 或在油層溫度下脫氣原油粘度為 l000～10000 mPa·s 的高粘度重質(zhì)原油。在世界稀油資源緊缺的局面下，稠油將成為石油資源的重要接替資源。我國稠油資源分布十分廣泛, 已在 12 個盆地發(fā)現(xiàn)了 70 多個重質(zhì)油田, 預(yù)計資源量可達 300×108 t 以上[1]。由于具有密度大、粘度高和凝點高的特點，使得稠油的開采和輸送都比其它石蠟基原油困難得多。因此，解決稠油的粘度問題，對稠油開采和管輸?shù)染哂兄匾饬x。
1 物理降粘技術(shù)
1.1 加熱降粘技術(shù)
稠油熱力降粘開采是應(yīng)用了稠油對溫度的高敏感性，即溫度越高稠油粘度越小。應(yīng)用工藝手段使稠油油層溫度提高，降低油層中稠油的粘度，提高油層的流動性來開采稠油。稠油加熱輸送方法是通過加熱的方式提高稠油的流動溫度，降低稠油的粘度，從而減少稠油管輸摩阻損失的一種輸送方法。加熱輸送方法是目前國內(nèi)外原油主要運輸方法，但其能耗高，要消耗 1 %以上的原油輸量[2]。
1.2 摻稀油降粘技術(shù)
摻稀油降粘法是將采出的稠油在地面進行稀釋，降低稠油粘度，再通過管道以混合物的形式輸送的方法。它是利用了有機溶劑的相似相溶的原理，一般是將一些低粘液態(tài)化合物作為稀釋劑來使用，包括凝析油、石腦油、一些輕質(zhì)油等。該方法的優(yōu)點是可以直接利用常規(guī)的原油輸送系統(tǒng)來輸送稠油，在停輸期間不會發(fā)生稠油凝固現(xiàn)象。缺點是需要專門管線把稀油產(chǎn)地輸至油田與稠油摻混，摻入稀油后稀油的品質(zhì)發(fā)生改變，經(jīng)濟效益不理想[3]。
摻稀降粘輸送方法應(yīng)用比較廣泛，目前在加拿大、美國、委內(nèi)瑞拉都得到了應(yīng)用。在我國，新疆油田、勝利油田、河南油田對距離較遠的接轉(zhuǎn)站, 均采用摻稀油降粘流程。
1.3 微波降粘技術(shù)
利用微波非熱效應(yīng)對稠油進行改性，改變稠油的化學(xué)組分，不可逆地改善了稠油的流變性，以達到快速降粘的目的[4]。鑒于微波加熱效率高、速度快、清潔無污染，以及具有非熱效應(yīng)的獨特優(yōu)勢，采用微波輻射對原油進行降凝、降粘等物理改性，無疑是一種實現(xiàn)原油高效、經(jīng)濟、清潔、快速凈化與輸送的可行方法 [5]。
2 化學(xué)降粘技術(shù)
化學(xué)降粘就是通過向稠油中添加一定量的化學(xué)添加劑，降低稠油的凝固點和流動阻力來實現(xiàn)稠油降粘輸送的方法。
2.1 表面活性劑降粘技術(shù)
目前表面活性劑降粘技術(shù)發(fā)展比較成熟，已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外稠油開采和輸送。近年來，納米技術(shù)應(yīng)用于原油降粘中，在表面活性劑中加入一些改性的納米材料，使油、水、表面活性劑和助表面活性劑一起形成納米乳液，這種乳液具有熱穩(wěn)定性和各向同性的多組分分散體系。納米乳液不需要外界提供能量能自動形成，并且納米乳液是熱力學(xué)穩(wěn)定體系，不易發(fā)生聚結(jié)[6]。
2.2 稠油催化劑降粘技術(shù)
常用的稠油催化劑主要有 VOSO4、NiSO4、AlCl3、FeCl3等，在蒸汽驅(qū)或者蒸汽吞吐的注蒸汽階段加入這些催化劑，可以使稠油中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)在硫鍵處斷裂，從而達到降粘目的[7]。
2.3 油溶性降粘劑降粘技術(shù)
油溶性降粘劑的發(fā)展也是在近幾年才興起的一項技術(shù)，國內(nèi)在這方面也有很多應(yīng)用報道。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[8]。
3 稠油改質(zhì)降粘技術(shù)
稠油改質(zhì)降粘是一種淺度的原油加工方法，它是在輸油之前進行脫蠟處理，或者以除碳或加氫的方式使大分子烴分解為小分子烴，從而降低稠油粘度。
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稠油改質(zhì)降粘方法在國外應(yīng)用比較成熟。法國提出了加氫降粘裂化法，突破了傳統(tǒng)的單純物理降粘法，可節(jié)省各種降粘費用，方便生產(chǎn)。日本瓦斯株式會社和三菱株式會社提出了用以生產(chǎn)輕質(zhì)燃料油、城市煤氣和煉鋼用焦的“全部重油殘渣改質(zhì)精煉法” [7]。
稠油經(jīng)改質(zhì)后除了得到低粘、優(yōu)質(zhì)的合成原油外，所得的副產(chǎn)品渣油可用來產(chǎn)生氫氣、加熱蒸汽驅(qū)動汽輪機發(fā)電、加熱蒸汽鍋爐產(chǎn)生蒸汽進行蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)生產(chǎn)等。此法的缺點是成本太高，但其技術(shù)前景看好。
4 超臨界二氧化碳降粘技術(shù)
超臨界二氧化碳流體是最近幾年在欠平衡鉆井領(lǐng)域獲得成功應(yīng)用的一種流體。超臨界二氧化碳流體是指當(dāng)溫度和壓力分別處于臨界溫度(31.1 ℃)和臨界壓力(7.38 MPa)以上的二氧化碳流體，既具有與氣體相當(dāng)?shù)妮^高的滲透能力和較低的粘度，同時又具有與液體相近的高密度。超臨界二氧化碳對儲層沒有傷害，可有效保護油氣層、改善儲層滲透性，提高采收率。同時，超臨界二氧化碳具有擴散系數(shù)大、溶解能力強的特點，可以迅速滲透到混合物內(nèi)部[9-10]。向稠油中注入一定濃度的二氧化碳，其內(nèi)部分子間的力由原來的液-液分子間力，變成了液-氣分子間的力，分子間的力大大地減小，同時稠油的膠質(zhì)瀝青質(zhì)大分子結(jié)構(gòu)在溶解二氧化碳后也會遭到破壞，體積發(fā)生膨脹、密度減小，粘度迅速降低，從而實現(xiàn)稠油的降粘輸送。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，該技術(shù)具有前瞻性，工藝具有節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟性好等諸多優(yōu)點，對稠油輸送有著重要的意義[11]。
5 其他降粘技術(shù)
5.1 微生物降粘技術(shù)
化學(xué)降粘方法所用的化學(xué)劑難以降解，會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，而微生物降粘方法效率高，且無二次污染，因此發(fā)展前景良好。微生物對稠油的降粘作用主要基于以下三點：微生物以石蠟、瀝青質(zhì)等碳氫化合物為食，將其降解，降低原油粘度及含蠟量;微生物在地層代謝過程中，產(chǎn)生生物表面活性劑及其他有機物，使油水界面張力降低，提高油藏原油的滲透性;微生物中的產(chǎn)氣菌在地層活動中，可生成大量的氣體，使原油膨脹和降粘[12]。國外此項技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在油田開采上，國內(nèi)也做了大量的研究試驗，具有施工方便、適應(yīng)性強、產(chǎn)出液的后處理容易、不污染環(huán)境等特點，尤其是在我國稠油油田正處在高含水、低采收率的情況下，將提高這些油田的開采量，降低采出油的油水比。
5.2 低粘液環(huán)降粘技術(shù)
低粘液環(huán)輸送方法是近年來國內(nèi)外稠油輸送中重要的研究方向之一。輸送過程中，通過向稠油中摻入一定量的低粘度、不相溶液體，將油流的速度控制在一定范圍內(nèi)，形成環(huán)狀流，將粘度大的稠油作為芯流引入輸送管道中，使其被水環(huán)包圍，不與管壁接觸，這層水環(huán)可吸收管壁和流體之間存在的剪切應(yīng)力，降低流動阻力。此項技術(shù)在經(jīng)過大量室內(nèi)和現(xiàn)場試驗，是稠油在輸送中最經(jīng)濟的方法。
長距離輸送經(jīng)泵加壓時，如何不破壞水環(huán)和經(jīng)泵后再形成水環(huán)是一個難題。通過在泵后管道中安裝起旋器，利用旋流離心或可實現(xiàn)水環(huán)再生。此外，工藝運行中還需解決好管道結(jié)垢、腐蝕、后處理( 脫水) 等問題[13-14]。
5.3 天然氣飽和降粘輸送技術(shù)
天然氣飽和輸送是油田在較高壓力下進行油氣分離，使一部分天然氣溶解于原油中，降低原油粘度，減少摩阻的一種手段。在地下稠油采至地面的過程中，由于溫度和壓力的降低，溶解氣逐漸析出，粘度大幅度升高，流動性變差。可以通過使油氣在較高的壓力下分離，讓一部分天然氣保持溶解狀態(tài)，降低其粘度。當(dāng)油氣分離壓力高于原油的飽和壓力時，溶有天然氣的稠油仍以單相狀態(tài)存在，只要壓力低于飽和壓力，溶解氣就會析出。因此，天然氣飽和輸送要求管線的沿程壓力高于飽和壓力。實踐證明，該方法對低溫輸送高粘原油更為有效[15]。
6 結(jié)論及前景展望
(1)物理降粘和化學(xué)降粘法是目前油田應(yīng)用最廣泛、最成熟、有效的降粘方法，已在稠油開采、管輸過程中得到廣泛應(yīng)用。
(2)微生物降粘技術(shù)，作為一種新興的技術(shù)，具有施工方便、適應(yīng)性強、產(chǎn)出液的后處理容易、不污染環(huán)境等特點，應(yīng)用前景非常光明，需要進一步做好菌種的篩選和培養(yǎng)、油藏的環(huán)境勘測、廣譜型菌種的研發(fā)等，為大規(guī)模現(xiàn)場應(yīng)用做好準(zhǔn)備。
(3)超臨界二氧化碳降粘輸送研究目前處于起步階段，目前尚有以下問題需要解決：輸油時溶解在稠油中的二氧化碳容易逸出，形成多相流，如何保證管輸時的穩(wěn)定性問題是實現(xiàn)超臨界二氧化碳降粘輸送技術(shù)的關(guān)鍵;稠油溶解二氧化碳后形成的酸性溶液腐蝕管路和設(shè)備;有關(guān)超臨界二氧化碳在稠油中的溶解特性及超臨界二氧化碳與稠油的混相規(guī)律方面的研究還很少。相信超臨界二氧化碳降粘輸送技術(shù)作為一種新的稠油長距離輸送技術(shù)，在不遠的將來用于稠油特別是特稠油的輸送必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。——論文作者：趙煥省 1 ，張微 2
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