稠油化學(xué)降黏技術(shù)對比及發(fā)展方向

朱萬雨

新疆油田公司工程技術(shù)研究院

稠油化學(xué)降黏技術(shù)對比及發(fā)展方向

朱萬雨

新疆油田公司工程技術(shù)研究院

化學(xué)降黏是將一定量的化學(xué)劑添加到稠油中，通過一系列化學(xué)反應(yīng)降低稠油凝固點(diǎn)及其黏度，減少流動阻力，從而提高稠油井原油產(chǎn)量。我國大多數(shù)油田地質(zhì)條件復(fù)雜，加之開采深度及難度的增加，根據(jù)油井生產(chǎn)情況和原油物性的不同，需要采用與之相匹配的降黏方式，選擇相應(yīng)的化學(xué)藥劑。稠油化學(xué)降黏主要包括摻水乳化降黏技術(shù)、油溶降黏技術(shù)、井下水熱催化裂化技術(shù)。為了更好地降低稠油黏度，順利開采原油，減少運(yùn)輸成本，提高原油采收率，今后降黏技術(shù)主要方向為研制高效降黏劑，研究降黏機(jī)理，將多種降黏劑復(fù)配使用，達(dá)到最佳降黏效果。

稠油；摻水乳化降黏；油溶性降黏劑降黏；井下水熱催化裂化降黏

稠油的黏度對溫度極其敏感，隨溫度的上升黏度降低，如溫度增加8～9℃，黏度可減少一半。因此，對稠油的開采、輸送，多用熱力降低其黏度，如蒸汽驅(qū)動、熱油循環(huán)、火燒油層等，因其燃料消耗大，成本高，也采用摻入稀油的方式。部分地區(qū)稀油資源有限，所以這種方式不僅成本高而且要受到稀油來源的限制。

化學(xué)降黏是將一定量的化學(xué)劑添加到稠油中，通過一系列化學(xué)反應(yīng)降低稠油凝固點(diǎn)及其黏度，減少流動阻力，從而提高稠油井原油產(chǎn)量。目前比較常用的化學(xué)降黏主要有摻水乳化降黏技術(shù)、油溶性降黏劑降黏技術(shù)和井下水熱催化裂化技術(shù)。我國大多數(shù)油田地質(zhì)條件復(fù)雜，加之開采深度及難度的增加，目前尚未發(fā)現(xiàn)可以適于任何條件、任何原油的降黏化學(xué)劑，根據(jù)油井生產(chǎn)情況和原油物性的不同，需要采用與之相匹配的降黏方式，選擇相應(yīng)的化學(xué)藥劑。

1 摻水乳化降黏

（1）降黏機(jī)理。摻水降黏是將一種液體以液珠形式分散在與它不相混溶的另一種液體中而形成乳狀液進(jìn)行降黏。原油中含有大量膠質(zhì)或瀝青質(zhì)等天然乳化劑，摻水之后很容易形成W/O型乳狀液，原油黏度急速增加。如果添加適量的表面活性劑，或者加入適量的堿，使其與稠油中所含的瀝青酸、環(huán)烷酸、脂肪酸、焦質(zhì)酸等有機(jī)酸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成親水能力強(qiáng)的表面活性劑，則它在水中的溶解度比在油中的大，變W/O型乳狀液為O/W型乳狀液，即改變?yōu)樗托腿闋钜?，實現(xiàn)阻止油滴凝結(jié)，充分降黏的目的。稠油乳化后既可以單獨(dú)使用，也可以作為輔助配合其他（如蒸汽吞吐）等方式使用，是一種比較常見的降黏技術(shù)。

（2）技術(shù)存在的問題。該技術(shù)降黏程度最高，經(jīng)濟(jì)成本最低，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外稠油油田。制約因素：因稠油組成成分各異，對乳化降黏劑有不同要求，不同的稠油成分組合直接影響乳化降黏劑的降黏效果；目前大大部分乳化劑僅可使用于常溫油藏條件下，可用于高溫的還不多；采出后需要再次進(jìn)行脫水處理，因在降稠過程中摻水量較大，故后續(xù)污水處理工藝難度較高，同時需進(jìn)行殺菌、緩蝕、過濾等一系列處理；O/W乳狀液具有腐蝕性；難以把握乳狀液穩(wěn)定性。

（3）乳化降黏技術(shù)研究方向。近年來乳化降黏技術(shù)在國內(nèi)外都有較多研究，技術(shù)比較成熟，降黏率可達(dá)99%以上。近期有學(xué)者提出，將乳化降黏劑中加入納米材料，將水、油、乳化劑共同形成納米乳液，納米乳液可自動形成，無需借助攪拌等外界力量；而且納米乳液不易發(fā)生聚集，屬于熱力學(xué)穩(wěn)定體系。還有學(xué)者提出雙子表面活性劑，此為另一高效表面活性劑，它的分子中由聯(lián)結(jié)基團(tuán)將兩個親水基和兩條疏水鏈聯(lián)接在一起。這種雙子表面活性劑有許多優(yōu)點(diǎn)：在低溫狀態(tài)下有良好的增溶性能和溶解性能；位于臨界膠束濃度時，界面張力和膠束濃度低于相應(yīng)的單子表面活性劑；可與普通表面活性劑配合使用，從而產(chǎn)生更大效應(yīng)。

2 油溶性降黏劑降黏

油溶性降黏劑降黏技術(shù)主要依靠降黏劑的使用而發(fā)展起來。降黏劑分子有較強(qiáng)的形成氫鍵能力，借助這種能力進(jìn)入瀝青質(zhì)片狀分子和膠質(zhì)之間，從而拆散原本重疊的聚集體，重新組成空間延伸度小、結(jié)構(gòu)比較散、片狀分子無序重疊的新的聚集體，進(jìn)而達(dá)到降低稠油黏度的目的。

（1）技術(shù)研究與應(yīng)用。油溶性降黏劑根據(jù)所含成分不同包括很多品種，具體可分為三大類：第一類，高分子表面活性劑型，主要由具有表面活性的單體組成，主要成分是烯烴、乙烯醇聚醚、不飽和酸酯、烯基硫酸鹽等；第二類，不飽和酸酯、烯烴的均聚物或共聚物，均聚物主要由聚丙烯酸高碳醇類、聚丙烯酸酯組成，聚合物主要包括由馬來酸酐衍生物組成的聚合物，由丙烯酸高碳醇脂衍生物組成的聚合物以及乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；第三類：縮合物型，此類化學(xué)物目前主要應(yīng)用于潤滑油降黏，是最早使用的降黏劑。

（2）降黏技術(shù)存在的問題。降黏劑通過分散、重組聚集體達(dá)到降黏的目的，而實際并未消除瀝青質(zhì)片狀分子和膠質(zhì)；目前研制油溶性降黏劑較困難，價格較高，使用量大，直接導(dǎo)致成本上升；對黏稠程度較高的稠油必須配合其他工業(yè)技術(shù)同時使用；稠油降黏程度低，降黏效果較好的僅可達(dá)到70%，仍無法與乳化降黏技術(shù)相比；必須配合其他工藝同時使用，因油溶性降黏劑降黏效果較差，現(xiàn)在對特稠油、超稠油等單獨(dú)使用無法達(dá)到技術(shù)要求。

（3）技術(shù)研究方向。為解決油溶性降黏劑的作用機(jī)理和降低降黏劑對原油的選擇性，有很多學(xué)者進(jìn)行了大量研究。其中有學(xué)者提出利用膠體流變學(xué)、非電解質(zhì)理論、膠體化學(xué)等進(jìn)行研究，即從共晶吸附理論方面研究，使原油由均相分布改變?yōu)榉莿蛳嗄z體，從而達(dá)到膠質(zhì)聚集體和蠟晶被輕質(zhì)餾分油包圍。也有學(xué)者提出從石油化學(xué)的角度考慮，找出原油流變的本質(zhì)及受何因素影響，進(jìn)而研究如何進(jìn)行改性，達(dá)到降黏效果。還有學(xué)者提出，利用降黏劑可分散蠟晶這一特性，使全氟表面活性劑和高分子表面活性劑充分發(fā)揮作用，達(dá)到高分散作用。不同地區(qū)稠油組成成分不同，油溶性降黏劑有不同的作用機(jī)理；降黏劑對原油有很強(qiáng)的選擇性，需要針對原油組成設(shè)計不同的降黏劑。同時，降黏劑必須保證充分與稠油中的膠質(zhì)及瀝青質(zhì)分子相互作用才能達(dá)到降黏效果，而井下環(huán)境對此有較大影響，因此國內(nèi)研究較為緩慢。

3 井下水熱催化裂化降黏

井下水熱催化裂化降黏技術(shù)是利用稠油與水蒸氣之間發(fā)生的裂化反應(yīng)，在催化劑的影響下，由高碳數(shù)的稠油轉(zhuǎn)變成輕質(zhì)油，達(dá)到降低黏度的目的，提高油的品質(zhì)。稠油井下降黏法的研究始于20世紀(jì)90年代。

（1）技術(shù)研究與應(yīng)用。此項技術(shù)的關(guān)鍵是選擇合適的催化劑。催化劑必須活性高，反應(yīng)條件寬，可適用于不同的原油，制作或研制成本低。好的催化劑應(yīng)該具備以下條件：①容易注入底層中，可最大化地擴(kuò)大波及范圍；②具有良好的耐溫性，必須達(dá)到280℃以上；③有良好的抗毒性，不易被原油中的復(fù)雜成分毒化；④活性高、成本低、壽命長；⑤與地層水有較強(qiáng)的配伍性。井下水熱催化裂化技術(shù)與單純的熱采法不同，它是一種不可逆的變化，因裂變作用，從而降低黏度，增強(qiáng)了流動性；同時因為有催化劑作用，原油的部分重組分在井下改質(zhì)，因而降低了開采成本和運(yùn)輸壓力，減輕了煉油廠壓力。

（2）技術(shù)研究方向。水熱裂化技術(shù)需要大量熱量產(chǎn)生水蒸氣，在低溫或常溫條件下無法使用，使采油受到一定限制，而且此項技術(shù)必須選擇合適的催化劑，極大制約了此項技術(shù)的發(fā)展。水熱裂化技術(shù)降黏今后的研究方向主要是研制效果好、成本低的催化劑。

4 結(jié)語

摻水型乳化降黏技術(shù)在全國范圍內(nèi)應(yīng)用較為廣泛，可進(jìn)一步推廣。局限性在于原油采出后需進(jìn)行脫水等進(jìn)一步處理，且無法在高溫、高礦化度油田地區(qū)使用，少數(shù)耐溫降黏劑成本較高，因此需進(jìn)一步研究使采出液易處理的降黏劑以及耐高溫、耐高礦化度的降黏劑。

制約油溶性降黏技術(shù)的主要問題是稠油的降黏機(jī)理未完全掌握。從目前研究來看，最可行方法是將油溶性降黏劑與乳化劑、稀釋劑等配合使用，以達(dá)到降黏效果。因此深入研究降黏機(jī)理，是成功研制新型油溶性降黏劑的關(guān)鍵。

井下水熱催化裂化技術(shù)已進(jìn)行少量實驗，如要進(jìn)行較大規(guī)模使用，必須研制催化劑或與油溶性降黏劑等配合使用。

從目前應(yīng)用來看，任何一種稠油降黏技術(shù)都具有一定的局限性，一種降黏劑只能用于一個或幾個地區(qū)，無法大范圍使用。這主要是因為各地原油組成不同，而且降黏劑對稠油的降黏機(jī)理還不是很明確。為了更好地降低稠油黏度，順利開采原油，減少運(yùn)輸成本，提高原油采收率，今后降黏技術(shù)主要發(fā)展方向為研制高效降黏劑，研究降黏機(jī)理，將多種降黏劑復(fù)配使用，達(dá)到最佳降黏效果。

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.005