稠油不加热集输技术

稠油不加热集输技术与应用(西南石油大学油气储运工程，四川成都，610500)【摘要】:稠油的密度大、粘度高、流动性差,输送困难。

对稀释法、乳化降粘法、加剂降粘法、超声波法、改质降粘法、低粘液环法等稠油不加热集输技术的机理及应用条件进行了分析,探讨制约不加热输送技术发展的难题,为稠油的经济、安全输送提供有益的借鉴。

【关键词】:稠油; 降粘;不加热集输稠油即高粘度重质原油，国际上常称为重油。

稠油是一种复杂的、多组分的均质有机混合物，主要是由烷烃、芳烃、胶质和沥青质组成。

一般是以油层条件下或油层温度下的脱气原油粘度为主，粘度在50 mPa·s以上叫稠油。

粘度在50～10 000 mPa·s称为普通稠油；粘度在10 000～50 000 mPa·s称为特稠油；粘度＞50 000 mPa·s称为超稠油或天然沥青。

随着世界能源供应日趋紧张,储量丰富的稠油日益引起各国的重视。

稠油富含胶质和沥青质,粘度高,密度大,流动性差,其特殊性质决定了稠油的集输必然是围绕稠油的降粘、降凝改性或改质处理进行的。

我国原油主要是以稠油油藏为主，稠油中胶质、沥青质含量过高是稠油高粘度的原因，对稠油开采和输送工艺难度相当大，针对不同稠油油品选择合理的降粘方法将变得至关重要。

否则将影响稠油正常开采和输送，从而增加开采、输送的成本，降低经济效益。

我国油田集输系统主要采用加热输送工艺,该工艺的弊端是输油能耗高、允许的输量变化范围小、停输易发生凝管事故。

因此,近年来稠油的不加热集输技术越来越引起人们的重视。

本文对几种稠油不加热输送技术的机理及应用条件进行了分析,探讨了其有利的方面和存在的问题,为稠油的经济、安全输送提供有益的借鉴。

1 稀释降粘技术1. 1 机理稀释降粘主要是利用相似相容原理,加入溶剂降低稠油粘度,改善其流动性。

常用的溶剂有甲醇、乙醇、煤油、粗柴油、混苯等。

混苯中的甲苯、二甲苯是胶质、沥青质的良好溶剂。

其作用机理为,当加入稀释剂后,混合物中蜡含量浓度减少,溶液的饱和温度降低,从而降低了混合物的凝点。

另外,低粘原油的胶质、沥青质是一种降凝剂,它阻止了蜡晶网络的形成,使混合物的凝点、屈服值和粘度等降低。

1. 2 应用国内外研究表明,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。

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。

稀释剂与原油的混合方式和混合温度也同样影响稀释的效果,一般来说,稠油与轻油的混合温度越低,降粘效果越好。

稀释剂与原油的最佳混合温度通常高于原油凝点3~5℃,等于或低于混合油凝固点时,降粘效果反而变差,且随稀释剂添加浓度的变化,混合物的流变特性也将发生变化。

稀释法的优点是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。

但是稀油的来源必须有保障。

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,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。

再次,两种油品性质相差太大的原油混合后可能会出现相容性问题,在输送及处理过程中可能会产生沥青质析出现象。

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 加水溶性降粘剂乳化输送2. 1 机理原油乳化输送的机理主要有两点:a.原油分散在表面活性剂水溶液中形成水包油型(O/W)原油乳状液或拟乳状液,由于O/W型原油乳状液的粘度比纯油的粘度低2~3个数量级,因而可大大降低原油的表观粘度;b.表面活性剂吸附在管壁上形成亲水膜,降低管壁的摩阻。

原油表观粘度和管壁摩阻的降低均可大大降低原油管输的能耗。

原油乳化输送要求O/W型原油乳状液具有适度的稳定性,即原油乳状液既要在管道输送过程中保持稳定不发生分相或转型,最后到集油站或炼厂又能较容易破乳而实现最终油水分离。

2. 2 应用乳化降粘的关键是选择质优、价廉、高效的乳化降粘剂。

较好的降粘剂应具有以下两个特性:第一,对稠油具有较好的乳化性,能形成比较稳定的O/W乳状液,降粘效率高;第二,形成的O/W乳状液不能太稳定,否则影响下一步的原油脱水。

目前乳化降粘技术发展比较成熟,降粘率甚至可达99%以上,在国内外稠油开采和输送得到广泛应用,但仍存在以下问题：一是乳化剂与稠油配伍方面缺乏系统研究。

虽然乳化降粘剂的配方很多,但对稠油的选择性都很强,主要原因是稠油组成的差异。

二是常用乳化剂存在价格比较昂贵、功效不佳、用量大、使用不便等问题,这无疑将增加稠油的输送成本,制约稠油乳化降粘技术的实际应用。

3 超声波降粘输送技术3. 1 机理高强度超声波作用于稠油时,可使稠油的粘度降低,超声波降粘的机理比较复杂,但主要是两个方面的协同作用:一是空化作用,空化是液体的一种物理作用,在液体中由于超声波的作用,液体的某一区域会形成局部的暂时负压,于是在液体中产生空穴或气泡。

这些充有蒸汽或空气的气泡处于非稳定状态。

当突然闭合时,会产生激波,因而在局部微小的区域产生很大的压力和很高的温度。

在高温、高压以及空化时产生的冲击波作用下,可破坏原油分子中C-C 键,使原油分子降解,导致原油组分发生变化,降低原油粘度。

二是超声波的乳化作用,目前开采出的原油含水都比较高,在开采过程中,受机械力的作用,可形成乳状液,当高强度超声波作用于原油时,由于原油内具有一定数量的空泡,超声波可使空泡产生振动,并在空泡界面上会产生很大的剪切应力。

在剪切应力作用下,原油与水充分混合,使原油乳化,并在相浓度(φ)达到一定值时,改变原油的乳状液类型,使其粘度降低。

3. 2 应用超声波降粘技术是近几年来迅速发展起来的一种新技术。

通过实验证明:超声波处理可以明显降们都是不饱和酸酯的聚合物或不饱和酸酯与其它不饱和单体的共聚物。

就目前研究与实际应用情看,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α-烯烃等。

近年来,我国开发的油溶性降粘剂,对特稠油较高温区的降粘效果有明显提高。

继续提高降粘剂较高温区的降粘率,使高温特稠油的粘度基数大大降低,是解决实际问题的方向。

超声波空化的降粘效果与超声频率、强度及作用时间等有关,降粘率并不大。

在低含水率时 ,它将增大原油的粘度。

当含水率超过一定值后,超声能将原油形成水包油型乳状液,大幅度降低原油的粘度。

但是这种乳状液的稳定性较差。

在这种原油中掺入表面活性剂,再经超声处理后,乳状液的稳定性变好,但其粘度有所增大。

4 加油溶性降粘剂输送技术4. 1 机理油溶性降粘剂降粘技术主要是基于原油降凝剂开发技术,针对胶质、沥青质分子呈层次堆积状态,借助高温或溶剂作用下堆积层隙“疏松”的特点,使降粘剂分子“渗”入胶质或沥青质分子层之间(类似于粘土水化的过程和作用),起到降低稠油粘度的作用。

由于不同稠油的胶质、沥青质分子大小和结构不同,油溶性降粘剂具有很强的选择性。

4. 2 应用油溶性降凝降粘剂品种很多,但基本上可归结为两类:一类是缩合物型,如Paraflow等;另一类是不饱和单体的均聚物或共聚物,典型聚合物有乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、(甲基)丙烯酸高碳醇酯衍生物的聚合物、马来酸酯衍生物的聚合物等。

们都是不饱和酸酯的聚合物或不饱和酸酯与其它不饱和单体的共聚物。

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α-烯烃等。

在结构上主要是各种类型二元或多元共聚物及其复配物。

近年来,我国开发的油溶性降粘剂,对特稠油较高温区的降粘效果有明显提高。

继续提高降粘剂较高温区的降粘率,使高温特稠油的粘度基数大大降低,是解决实际问题的方向。

油溶性化学降粘技术是克服了化学乳化降粘技术缺陷的一种方法。

但是,开发油溶性降粘剂难度很大,目前针对稠油的降粘率还不够高,国内外研究进展缓慢。

主要缺点有以下几点:由于原油中正构烷烃碳数分布的多元性和胶质、沥青质结构的复杂性,降粘剂对原油有很强的选择性,要找到适用于所有原油的降粘剂几乎是不可能的。

因此,降粘剂应该与各类助剂复配使用既可扩大适用范围,也可提高降粘效果。

油溶性化学降粘技术是一种“治标”而非“治本”的方法,降粘剂虽然能够抑制或分散蜡晶、胶质片、沥青质层,但并不能使它们消失,达到真溶胶颗粒的粒度,所以降粘降凝的程度是有限的。

5 稠油改质降粘5. 1 机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,如脱沥青和脱金属离子等过程。

加氢过程有加氢热裂化和加氢催化裂化等。

5. 2 应用近年来,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,降低粘度,便于输送。

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物理降粘法,可节省各种降粘措施费,方便生产。

稠油改质降粘从根本上降低稠油的粘度。

改善稠油在管道中的流动性,从而提高管道特别是长输管道的适用性。

此外稠油裂化生成的轻质油不仅可以使未发生裂化的稠油组分稀释,而且可以因其分子量变小而增加稠油蒸气压,亦即增加稠油管输动能。

目前存在的主要问题是：硬件条件太高,投资太大。

6 低粘液环输送方法6. 1 机理向稠油中掺入一定量的低粘度不相溶液体(一般为水),在输送过程中,将油流的速度控制在某一范围内(0·84~1·3 m/s),可形成环状流,粘度大的稠油作为芯流引入输送管道中被水包围,不与管壁接触,这层水环能吸收管壁和流体之间存在的剪切应力,从而减小了流动阻力。

6. 2 应用在美国加利福尼亚州,一根直径为203·2 mm、长为29 km的管线应用这项水环输送技术运行了近15年,所输稠油的AH标准比重为11,输量为1 908m3/d,含水率为20%~30%。

该工艺多限于室内和工艺试验阶段,环状流型稳定性比较差,很容易遭到破坏而最终形成混相的形式,为了提高环状流的稳定性,可以在水中加入添加剂使管壁疏油。

长距离输送经过泵增压时如何不破坏液环是一个难题。

7 结束语综上所述,对于稠油输送问题要选择一种最佳的输送方案,需要考虑很多因素,如:管线长度、气候条件、现有的设备、水处理能力、电力供应、地形情况、稠油种类、环境因素等等,但最重要的还是经济因素。