发布时间：2022-05-07所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 针对稠油开采难度大、采收率低和输送难等问题，综述了各种稠油降粘技术的降粘机理及应用情况，并分析了各降粘技术的优缺点及未来发展趋势，为稠油的高效开采技术提供指导。 关键词：稠油降粘技术研究进展综述 随着我国经济的高速增长，对原油的需求量日益增加。目前，
针对稠油开采难度大、采收率低和输送难等问题，综述了各种稠油降粘技术的降粘机理及应用情况，并分析了各降粘技术的优缺点及未来发展趋势，为稠油的高效开采技术提供指导。
关键词：稠油降粘技术研究进展综述
随着我国经济的高速增长，对原油的需求量日益增加。目前，中国是全球第四大原油生产国，但却是第二大原油需求国。从全球来看，常规油田储量日益枯竭，一些难开发利用的边际油藏，包括稠油、超稠油的开采已提上日程，并将成为供油主力，这一点在我国尤为突出。
稠油的胶质、沥青质含量较高是造成其粘度高、流动性差的主要原因，一般用常规采油方法无法采出，必须对其进行降粘。目前，国内外使用的稠油降粘技术较多，大体可划分为物理降粘技术、化学降粘技术、微生物降粘技术和复合降粘技术。
1物理降粘技术
物理法降粘是最基本的降粘技术，适用于井筒和近井地带的稠油降粘。该方法主要通过物理作用来实现稠油的降粘，稠油组成未发生化学变化。
1.1加热降粘
加热降粘主要是根据稠油对温度的敏感性来达到降粘的一种方法，随着温度的升高，原油粘度急剧下降，是最简单、最常规的一种技术。加热降粘按供热方式可分为注热流体降粘和火烧油层降粘。
加热降粘优点是简单、常规。缺点是能耗高，输量1%以上的原油被烧掉和损耗，经济损失大，停输再启动困难，同时存在着最低输量的限制。未来的发展趋势应结合热采进行热输。世界各国原油集输研究工作都在致力于用其他非加热输送方式，逐渐减少或取代加热输送方式。
1.2掺稀降粘
降粘原理：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。轻油稀释主要选择稀稠油为稀释剂。向稠油中掺入稀油，得到混合物的粘度与稀油的掺入量之间成指数关系。稀释剂的注人量主要取决于稠油与稀释剂的相容性。轻质油和稀稠油具有较好的降粘效果，在油井含水升高后，总液量增加，掺输管可改作出油管，能适应油田的变化[1]。因此，在有稀油源的油田，轻油稀释降粘，具有很好的经济性和适应性。
掺稀降粘优点是降粘效果好，流动性增强，损失降低;稀油与稠油混合后的密度小于原稠油的密度，降低了井筒静压损失，且能增加产油量，从而提高经济效益，尤其对低产、间隙油井输送有利。缺点是稀原油掺入前，必须经过脱水处理，而掺人后，又变成混合含水油，需再次脱水，增加了能源消耗;稀原油用为稀释剂掺人稠油后，降低了稀油的物性。稠油与稀油混合共管外输时，增加了输量，并对炼油厂工艺流程及技术设施产生不利影响。而由于稀原油储量有限，产量呈下降的趋势，必然面临即将无稀油可掺的情景，且高粘原油加烃类稀释剂进行降粘集输并非完善的方法。所以，应综合考虑其经济性、可行性，必要时可采用其他方法。
1.3超声波降粘
降粘原理：主要作用于地层，通过热作用、机械振动作用、空化作用和乳化作用来提高稠油采收率L2]。通过超声波降解产生空化现象，使原油组分发生变化，从而降低原油粘度;通过超声乳化可使原油形成水包油(o/w)型乳状液，减小与壁之间的摩擦，从而降低原油粘度，改变其流动性。
超声波降粘优点是生产成本低、对环境无影响、收益好、适用性较强。缺点是一般仅适用于近井地带，传播距离受限。超声波未来可与电场、化学方法等相结合，可以使其作用效果更好。在超声空化的作用下，水分子HzO可产生H+自由基，而在原油裂解过程中，适当的催化剂可加速原油的氢化裂解，将超声与催化剂相结合，能加大超声对原油的裂解作用，降低原油的粘度。
2化学降粘技术
化学降粘是指向原油中加入某种药剂通过药剂的作用达到降低原油粘度的方法。目前对于任何原油，不管什么条件都能降粘的化学药剂尚未发现，只能不同的原油物性和不同的油井生产情况，采取相应的降粘措施。
2.1降凝降粘
降粘原理：主要通过蜡晶改进剂进行降粘，它是一种分子结构中具有和原油中蜡分子结构相同或相近的正构烷烃，并带有极性基团的高分子化合物。
此种降粘方法主要针对石蜡基原油，由于原油中蜡含量高，引起原油凝固点高，此类原油在其凝固点以上温度时原油粘度并不大，而且对温度不敏感，但当温度降到原油凝固点以下时，粘度急骤上升，所以如能将原油凝固点降低，就能大幅度降低粘度[3|。
2.2乳化降粘
降粘原理：向原油中掺人一种含有少量表面活性剂的水溶液，使稠油由油包水(W/O)型乳状液转为水包油(O/W)型乳状液，由于表面活性剂水溶液的润湿作用，减少了液流流动阻力，形成表面活性剂在壁上的水膜，使原油与管壁的摩擦变成表面活性水溶液与管壁的摩擦，从而大幅度地降低稠油的表粘度HJ。
其中，原油乳状液的粘度可用Richarson公式乳化降粘的关键是选择性能优良的乳化降粘剂。较好的乳化降粘剂应具有以下特性一]：第一，稠油要具有较好的乳化性，能形成比较稳定的o/w 型乳状液;第二，形成的o/w型乳状液不能太稳定，否则影响下一步的原油破乳脱水。一般来说，油水比为70：30或80：20比较合适。
根据化学结构，表面活性剂通常分为阳离子型、阴离子型、非离子型、两性型以及非离子一阴离子复合型[6]。但阳离子型活性剂易被地层吸附或产生沉淀，所以很少用作驱油剂或乳化降粘剂。
乳化降粘表面活性剂成本低，降粘幅度大，工艺简单，见效快。乳化降粘技术可使用原有井的掺稀设备使其能耗降低且费用低于掺稀费用，产油量又高于掺稀的产油量。另外，乳状液的外相水水源充足(主要为采出的地层水)，这样又减少了采油成本，经济效益好。但是选用的表面活性剂由于原油性质不同具有一定的选择性。比如在高温高盐油藏要用耐温耐盐型表面活性剂，否则达不到良好的降粘效果，而且用量要适当，否则会给原油的后处理带来困难。乳化降粘正致力于以下几个方面：①对于稠油的组成如何影响乳化降粘的效果问题，乳化降粘剂的结构与其性能的关系做更深一步的研究;②尽量减少稠油乳化降粘剂的选择性，使其具有普遍性，适应性;③结合表面活性剂和某些基团的特点，对合成具有某些特定功能的新型的乳化降粘剂提供新方法和新思路。
2.3油溶性降粘
降粘机理：主要从降粘剂分子与稠油中各组分的相互作用进行解释。降粘剂分子中含有极性基团侧链及高碳烷基主链，主碳链可使降粘剂分子溶于油中，侧链的极性基团可与胶质、沥青质中的极性基形成更强的氢键，通过分散、渗透作用进入胶质及沥青质的片状分子之间，部分拆散平面重叠堆砌而成的聚集体结构，形成片状分子无规则堆砌，结构变松散，并减少聚集体中所包含的胶质、沥青质分子数目，降低原油内聚力，从而起到降粘作用E7|。
油溶性降粘剂是一种兴起不久的原油流动性改进剂，近年来降粘剂研究的一个显著特点是在原油酯型分子骨架上引入具有极性或表面活性的侧链，利用极性基团和表面活性剂基团的空间效应和降低固液界面张力的能力提高对蜡晶、胶质、沥青质的分散作用_8]。油溶性降粘剂主要分为以下几类：
(1)缩合物型。主要有酚和氯化石蜡的缩聚产物山驼普尔、萘和氯化石蜡的缩聚产物Paraflow等类型。这类化合物是最早的油溶性降粘剂，主要用于润滑油降凝。
(2)不饱和单体共聚物或均聚物型。主要分为均聚类、二元共聚类和三元共聚类。即烯烃、不饱和酸酯的均聚物或共聚物。合成降粘剂的典型单体主要有乙烯、苯乙烯、Q_烯烃、醋酸乙烯酯、马来酸酐、 (甲基)丙烯酸酯、丙烯酰胺等。在组成上主要是各类二元或多元共聚物。
(3)高分子表面活性剂型。这类化合物既有聚合物的特点，又有一定的表面活性，主要是由不饱和酸酯与烯基磺酸盐等具有表面活性基团的不饱和单体聚合而成，此类药剂多与共聚物型化学降粘剂复配使用，起到辅助降粘的作用r9]。
油溶性降粘剂可以直接加剂降粘，还可以避免乳化降粘存在的后处理(如脱水)问题，有很大的开发前景。但油溶性降粘剂降粘率不够高，且价格较高、药剂用量大，致使成本高单独使用很难达到生产要求，特别是对于特稠油、超稠油，由于粘度基数非常大，即使油溶性降粘剂的降粘率很高，也不能满足降粘的生产要求，必须与其他工艺配合使用，而这又会降低油溶性降粘剂的应用价值。所以更加透彻的研究稠油的降粘机理是开发新型油溶性稠油降粘剂的关键所在。为提高降粘效果，将油溶性降粘剂与表面活性剂或溶剂复配使用，将油溶性降粘剂降粘技术与其他降粘技术如掺稀油、加热等结合使用，可提高降粘效果、降低生产成本。
2.4加碱降粘
降粘机理：稠油中含有较高含量的有机酸，加入碱可与有机酸反应生成表面活性物质，该活性物质是天然的O/W型乳化剂，在其作用下，稠油与水形成o/w型乳状液，从而大幅度地降低稠油粘度。
在稠油开采中，国内外用碱水驱油的较多，但是至今还没有系统地研究过与碱水驱油有关的乳状液类型及特征，也没有具体方法根据乳状液特性选择碱水配方。在碱水降粘方面研究的更少，国内仅对少数油进行过尝试。
2.5改质降粘
降粘机理：由于重油分子中含碳数过多(一般在 16以上，个别油田的稠油甚至达到64)，碳数越大，分子间的作用力越大，相应粘度就越高。稠油改质法是通过将重油分子打断，使之变为小分子，从根本上降低分子间的作用力，降低稠油的粘度，改善稠油在管道中的流动性，从而提高输送效率u0l。
由于分子发生了改变所以过程不可逆，改质降粘效果比较好。且粘度的降低有利于稠油的常温集输。稠油经改质后除了得到低粘、优质的合成原油外，所得的副产品渣油可用来产生氢气、加热蒸汽驱动汽轮机发电、加热蒸汽锅炉产生蒸汽进行蒸汽吞吐和蒸汽驱生产等。但改质降粘处理量小，对于催化剂的选择比较困难。今后面临的主要课题是如何加大处理量而降低成本，可考虑部分改质重油的方法，并将改质后的产品用作稀释剂稀释输送未改质的重油。
3微生物降粘技术
降粘机理：通过生产井或注入井注入地层的微生物或地层内原有的微生物(本源微生物)，以地层原油中的重质组分为碳源进行生长繁殖，使原油中的轻质组分增多，原油在地层条件下的粘度降低。
生物表面活性剂是在憎水基质如烃类中培养微生物时产生的集亲水基和亲油基于一体的具有表面活性的一类代谢产物，亲油基一般为脂肪酰基链，极性亲水基则有多种形式，如中性脂的酯或醇功能团、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，因此可分为糖脂类、脂肽类、磷脂类、脂肪酸类、中性油脂类、聚合物类等[11|。
微生物降粘技术具有成本低、施工方便、适应性强、产出液的后处理容易、不污染环境等特点，可以大大延长油井的开采周期。因此，它是一种很有前途的降粘方法。但局限性在于微生物在温度较高、盐度较大、重金属离子含量较高的油藏条件下易于遭到破坏，微生物产生的表面活性剂和生物聚合物本身有造成沉淀的危险眭，并且培养微生物的条件不易把握。所以该法的发展方向是培养耐温、耐盐、耐重金属离子的易培养菌种，是非常有潜力的廉价耐温耐盐安全技术之一。
4复合降粘技术
稠油复合方法降粘就是将上面提到的降粘方法综合应用于稠油降粘的技术，复合方法降粘在现场取得了理想的结果，是未来稠油降粘技术发展的趋势之一。
4.1热/化学降粘技术
稠油热/化学降粘技术分为常规热/化学降粘技术、改进的蒸汽吞吐方法和稠油井下改质技术[1钉。
(1)常规热/化学技术是20世纪80年代在委内瑞拉发展起来的，稠油在蒸汽与表面活性剂(碱、聚合物)作用下主要通过物理作用来降粘，稠油受热作用粘度明显降低，在化学药剂作用下提高了稠油采收率。
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(2)水热催化裂解技术，主要利用稠油与水蒸汽之间发生的水热裂解反应，使稠油在催化剂的作用下，使高碳数的稠油发生部分裂解而成为轻质油，不可逆地降低稠油的粘度，提高油品品位。另外，水热裂解反应过程中产生的Hz，可以发生井下加氢反应，改善稠油的质量。
4.2 超声波/表面活性剂降粘技术
研究发现[13]当原油含水率不大时，超声降粘主要是由于超声降解的作用，但这种降粘效果不理想、掺入表面活性剂SP-20后，在低含水率下，原油未能形成水包油乳状液、当含水率为50%时，掺人表面活性剂，能使原油形成水包油乳状液。超声波与表面活性剂具有协同效应，超声波能使原油形成的乳状液更稳定。
4.3 降粘剂/降凝剂复配技术
降粘剂与降凝剂的最大不同在于它的结构中含有极性较大的官能团和(或)具有表面活性的官能团，有时还要与表面活性剂或溶剂复配使用。
降凝降粘剂复配使用较单独使用效果好，有两方面原因叭]：一是降凝剂低温降粘效果较好，在凝点附近的低温区改变蜡晶网状结构、降低凝点的同时具有降粘作用，而降粘剂在较高温区降粘效果较好，降凝、降粘剂复配使用，可以发挥从低温到较高温度范围内的互补优势;二是原油为不同烃类的混合物，侧链烷烃长度分布范围广，不同降凝、降粘剂复配，可以增强其与原油中不同长度侧链烷烃的匹配性。
4.4 油溶/乳化复合降粘技术
油溶/乳化复合降粘技术主要利用具有特定表面活性的乳化剂将油溶性降粘剂配成乳状液，将这种乳状液注入井中，乳状液破乳后油溶性降粘剂与稠油作用，降低稠油粘度，粘度降低的稠油易被乳化，因而可望达到很高的降粘效率[15|。该复合降粘的作用机理既不同于油溶性降粘机理，又有别于乳化降粘机理，其基本特征是乳化剂加量极少，水外相比例低，油溶性降粘剂加量影响内相粘度，形成的乳状液既非O/W型，也非W/O型，而是介于二者之间的过渡型，即类乳液。
利用胶体流变学、胶体化学、非电解质理论进行综合作用改变原油均相分布，使原油形成非匀相胶体，形成轻质馏分油包围蜡晶和胶质聚集体以降低粘度也是值得关注的一个新构想。
5 结语
目前各种降粘方法在国内都得到了推广应用，但都存在一定的局限性和瓶颈，还没有一种单一方法能够完全解决稠油的开采和输送问题。深入研究各种降粘方法的降粘机理是解决稠油高粘的根本途径。另外，用系统分析的观点和方法，从商品技术的角度，综合交叉学科的优势发展复合降粘技术，是稠油降粘技术的方向。——论文作者：王婉青，易晨曦，吴d'dlI，赵丽莎
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