發(fā)布時(shí)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(shù)的降粘機(jī)理及應(yīng)用情況，并分析了各降粘技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及未來發(fā)展趨勢，為稠油的高效開采技術(shù)提供指導(dǎo)。 關(guān)鍵詞：稠油降粘技術(shù)研究進(jìn)展綜述 隨著我國經(jīng)濟(jì)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(shù)的降粘機(jī)理及應(yīng)用情況，并分析了各降粘技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及未來發(fā)展趨勢，為稠油的高效開采技術(shù)提供指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞：稠油降粘技術(shù)研究進(jìn)展綜述
隨著我國經(jīng)濟(jì)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(chǎn)國，但卻是第二大原油需求國。從全球來看，常規(guī)油田儲量日益枯竭，一些難開發(fā)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(diǎn)在我國尤為突出。
稠油的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量較高是造成其粘度高、流動(dòng)性差的主要原因，一般用常規(guī)采油方法無法采出，必須對其進(jìn)行降粘。目前，國內(nèi)外使用的稠油降粘技術(shù)較多，大體可劃分為物理降粘技術(shù)、化學(xué)降粘技術(shù)、微生物降粘技術(shù)和復(fù)合降粘技術(shù)。
1物理降粘技術(shù)
物理法降粘是最基本的降粘技術(shù)，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(shí)現(xiàn)稠油的降粘，稠油組成未發(fā)生化學(xué)變化。
1.1加熱降粘
加熱降粘主要是根據(jù)稠油對溫度的敏感性來達(dá)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(guī)的一種技術(shù)。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(yōu)點(diǎn)是簡單、常規(guī)。缺點(diǎn)是能耗高，輸量1%以上的原油被燒掉和損耗，經(jīng)濟(jì)損失大，停輸再啟動(dòng)困難，同時(shí)存在著最低輸量的限制。未來的發(fā)展趨勢應(yīng)結(jié)合熱采進(jìn)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(dòng)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(shù)關(guān)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(zhì)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(yīng)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(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性。
摻稀降粘優(yōu)點(diǎn)是降粘效果好，流動(dòng)性增強(qiáng)，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(chǎn)油量，從而提高經(jīng)濟(jì)效益，尤其對低產(chǎn)、間隙油井輸送有利。缺點(diǎn)是稀原油摻入前，必須經(jīng)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(shí)，增加了輸量，并對煉油廠工藝流程及技術(shù)設(shè)施產(chǎn)生不利影響。而由于稀原油儲量有限，產(chǎn)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(jìn)行降粘集輸并非完善的方法。所以，應(yīng)綜合考慮其經(jīng)濟(jì)性、可行性，必要時(shí)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(jī)械振動(dòng)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(chǎn)生空化現(xiàn)象，使原油組分發(fā)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(dòng)性。
超聲波降粘優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)成本低、對環(huán)境無影響、收益好、適用性較強(qiáng)。缺點(diǎn)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(xué)方法等相結(jié)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(chǎn)生H+自由基，而在原油裂解過程中，適當(dāng)?shù)拇呋瘎┛杉铀僭偷臍浠呀�，將超聲與催化劑相結(jié)合，能加大超聲對原油的裂解作用，降低原油的粘度。
2化學(xué)降粘技術(shù)
化學(xué)降粘是指向原油中加入某種藥劑通過藥劑的作用達(dá)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(xué)藥劑尚未發(fā)現(xiàn)，只能不同的原油物性和不同的油井生產(chǎn)情況，采取相應(yīng)的降粘措施。
2.1降凝降粘
降粘原理：主要通過蠟晶改進(jìn)劑進(jìn)行降粘，它是一種分子結(jié)構(gòu)中具有和原油中蠟分子結(jié)構(gòu)相同或相近的正構(gòu)烷烴，并帶有極性基團(tuán)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(diǎn)高，此類原油在其凝固點(diǎn)以上溫度時(shí)原油粘度并不大，而且對溫度不敏感，但當(dāng)溫度降到原油凝固點(diǎn)以下時(shí)，粘度急驟上升，所以如能將原油凝固點(diǎn)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(zhuǎn)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(dòng)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(guān)鍵是選擇性能優(yōu)良的乳化降粘劑。較好的乳化降粘劑應(yīng)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(wěn)定的o/w 型乳狀液;第二，形成的o/w型乳狀液不能太穩(wěn)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(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)，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(fù)合型[6]。但陽離子型活性劑易被地層吸附或產(chǎn)生沉淀，所以很少用作驅(qū)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(shù)可使用原有井的摻稀設(shè)備使其能耗降低且費(fèi)用低于摻稀費(fèi)用，產(chǎn)油量又高于摻稀的產(chǎn)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(jīng)濟(jì)效益好。但是選用的表面活性劑由于原油性質(zhì)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(dá)不到良好的降粘效果，而且用量要適當(dāng)，否則會(huì)給原油的后處理帶來困難。乳化降粘正致力于以下幾個(gè)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(jié)構(gòu)與其性能的關(guān)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(yīng)性;③結(jié)合表面活性劑和某些基團(tuán)的特點(diǎn)，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(jī)理：主要從降粘劑分子與稠油中各組分的相互作用進(jìn)行解釋。降粘劑分子中含有極性基團(tuán)側(cè)鏈及高碳烷基主鏈，主碳鏈可使降粘劑分子溶于油中，側(cè)鏈的極性基團(tuán)可與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)中的極性基形成更強(qiáng)的氫鍵，通過分散、滲透作用進(jìn)入膠質(zhì)及瀝青質(zhì)的片狀分子之間，部分拆散平面重疊堆砌而成的聚集體結(jié)構(gòu)，形成片狀分子無規(guī)則堆砌，結(jié)構(gòu)變松散，并減少聚集體中所包含的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子數(shù)目，降低原油內(nèi)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(dòng)性改進(jìn)劑，近年來降粘劑研究的一個(gè)顯著特點(diǎn)是在原油酯型分子骨架上引入具有極性或表面活性的側(cè)鏈，利用極性基團(tuán)和表面活性劑基團(tuán)的空間效應(yīng)和降低固液界面張力的能力提高對蠟晶、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)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(chǎn)物山駝普爾、萘和氯化石蠟的縮聚產(chǎn)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(diǎn)，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(tuán)的不飽和單體聚合而成，此類藥劑多與共聚物型化學(xué)降粘劑復(fù)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(fā)前景。但油溶性降粘劑降粘率不夠高，且價(jià)格較高、藥劑用量大，致使成本高單獨(dú)使用很難達(dá)到生產(chǎn)要求，特別是對于特稠油、超稠油，由于粘度基數(shù)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(chǎn)要求，必須與其他工藝配合使用，而這又會(huì)降低油溶性降粘劑的應(yīng)用價(jià)值。所以更加透徹的研究稠油的降粘機(jī)理是開發(fā)新型油溶性稠油降粘劑的關(guān)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(fù)配使用，將油溶性降粘劑降粘技術(shù)與其他降粘技術(shù)如摻稀油、加熱等結(jié)合使用，可提高降粘效果、降低生產(chǎn)成本。
2.4加堿降粘
降粘機(jī)理：稠油中含有較高含量的有機(jī)酸，加入堿可與有機(jī)酸反應(yīng)生成表面活性物質(zhì)，該活性物質(zhì)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(nèi)外用堿水驅(qū)油的較多，但是至今還沒有系統(tǒng)地研究過與堿水驅(qū)油有關(guān)的乳狀液類型及特征，也沒有具體方法根據(jù)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(nèi)僅對少數(shù)油進(jìn)行過嘗試。
2.5改質(zhì)降粘
降粘機(jī)理：由于重油分子中含碳數(shù)過多(一般在 16以上，個(gè)別油田的稠油甚至達(dá)到64)，碳數(shù)越大，分子間的作用力越大，相應(yīng)粘度就越高。稠油改質(zhì)法是通過將重油分子打斷，使之變?yōu)樾》肿�，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(dòng)性，從而提高輸送效率u0l。
由于分子發(fā)生了改變所以過程不可逆，改質(zhì)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(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(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電、加熱蒸汽鍋爐產(chǎn)生蒸汽進(jìn)行蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)生產(chǎn)等。但改質(zhì)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(zhì)重油的方法，并將改質(zhì)后的產(chǎn)品用作稀釋劑稀釋輸送未改質(zhì)的重油。
3微生物降粘技術(shù)
降粘機(jī)理：通過生產(chǎn)井或注入井注入地層的微生物或地層內(nèi)原有的微生物(本源微生物)，以地層原油中的重質(zhì)組分為碳源進(jìn)行生長繁殖，使原油中的輕質(zhì)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(zhì)如烴類中培養(yǎng)微生物時(shí)產(chǎn)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(chǎn)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(tuán)、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(shù)具有成本低、施工方便、適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)出液的后處理容易、不污染環(huán)境等特點(diǎn)，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(chǎn)生的表面活性劑和生物聚合物本身有造成沉淀的危險(xiǎn)眭，并且培養(yǎng)微生物的條件不易把握。所以該法的發(fā)展方向是培養(yǎng)耐溫、耐鹽、耐重金屬離子的易培養(yǎng)菌種，是非常有潛力的廉價(jià)耐溫耐鹽安全技術(shù)之一。
4復(fù)合降粘技術(shù)
稠油復(fù)合方法降粘就是將上面提到的降粘方法綜合應(yīng)用于稠油降粘的技術(shù)，復(fù)合方法降粘在現(xiàn)場取得了理想的結(jié)果，是未來稠油降粘技術(shù)發(fā)展的趨勢之一。
4.1熱/化學(xué)降粘技術(shù)
稠油熱/化學(xué)降粘技術(shù)分為常規(guī)熱/化學(xué)降粘技術(shù)、改進(jìn)的蒸汽吞吐方法和稠油井下改質(zhì)技術(shù)[1釘。
(1)常規(guī)熱/化學(xué)技術(shù)是20世紀(jì)80年代在委內(nèi)瑞拉發(fā)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(xué)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(shù)，主要利用稠油與水蒸汽之間發(fā)生的水熱裂解反應(yīng)，使稠油在催化劑的作用下，使高碳數(shù)的稠油發(fā)生部分裂解而成為輕質(zhì)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(yīng)過程中產(chǎn)生的Hz，可以發(fā)生井下加氫反應(yīng)，改善稠油的質(zhì)量。
4.2 超聲波/表面活性劑降粘技術(shù)
研究發(fā)現(xiàn)[13]當(dāng)原油含水率不大時(shí)，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(dāng)含水率為50%時(shí)，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(xié)同效應(yīng)，超聲波能使原油形成的乳狀液更穩(wěn)定。
4.3 降粘劑/降凝劑復(fù)配技術(shù)
降粘劑與降凝劑的最大不同在于它的結(jié)構(gòu)中含有極性較大的官能團(tuán)和(或)具有表面活性的官能團(tuán)，有時(shí)還要與表面活性劑或溶劑復(fù)配使用。
降凝降粘劑復(fù)配使用較單獨(dú)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(diǎn)附近的低溫區(qū)改變蠟晶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、降低凝點(diǎn)的同時(shí)具有降粘作用，而降粘劑在較高溫區(qū)降粘效果較好，降凝、降粘劑復(fù)配使用，可以發(fā)揮從低溫到較高溫度范圍內(nèi)的互補(bǔ)優(yōu)勢;二是原油為不同烴類的混合物，側(cè)鏈烷烴長度分布范圍廣，不同降凝、降粘劑復(fù)配，可以增強(qiáng)其與原油中不同長度側(cè)鏈烷烴的匹配性。
4.4 油溶/乳化復(fù)合降粘技術(shù)
油溶/乳化復(fù)合降粘技術(shù)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(dá)到很高的降粘效率[15|。該復(fù)合降粘的作用機(jī)理既不同于油溶性降粘機(jī)理，又有別于乳化降粘機(jī)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(nèi)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(xué)、膠體化學(xué)、非電解質(zhì)理論進(jìn)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(zhì)餾分油包圍蠟晶和膠質(zhì)聚集體以降低粘度也是值得關(guān)注的一個(gè)新構(gòu)想。
5 結(jié)語
目前各種降粘方法在國內(nèi)都得到了推廣應(yīng)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(jī)理是解決稠油高粘的根本途徑。另外，用系統(tǒng)分析的觀點(diǎn)和方法，從商品技術(shù)的角度，綜合交叉學(xué)科的優(yōu)勢發(fā)展復(fù)合降粘技術(shù)，是稠油降粘技術(shù)的方向。——論文作者：王婉青，易晨曦，吳d'dlI，趙麗莎
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