稠油輸送技術(shù)研究進(jìn)展

朱夢(mèng)影，陳 磊

（中國(guó)石油大學(xué)（北京）， 北京 102249）

稠油輸送技術(shù)研究進(jìn)展

朱夢(mèng)影，陳 磊

（中國(guó)石油大學(xué)（北京）， 北京 102249）

對(duì)稠油輸送的技術(shù)難點(diǎn)迚行了分析，綜述了目前常用的稠油輸送技術(shù)，重點(diǎn)介紹了稠油加熱輸送以及稠油不加熱輸送中的摻稀輸送、乳化輸送以及稠油改質(zhì)輸送，闡明了各自輸送的機(jī)理、研究應(yīng)用情況以及存在的問題。通過對(duì)幾種管輸斱式的綜合分析比較，確定了選擇稠油管輸技術(shù)的基本原則。

稠油；管輸技術(shù)；摻稀輸送；改質(zhì)輸送；加熱

稠油作為一種非常規(guī)石油能源，其儲(chǔ)量十分的豐富，隨著日益增長(zhǎng)的石油需求，稠油的開采也不斷的增加。由于稠油中重組分含量較高，使得稠油的粘度和密度較大，這極大的制約著稠油的開采與輸送。在稠油管輸過程中，管路的壓力損失較大，對(duì)泵送設(shè)備性能的要求較為苛刻，由此帶來的基建投資及設(shè)備運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也較高。因此必須設(shè)法降低稠油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的濃度[1-3]，尋求經(jīng)濟(jì)可行的管輸技術(shù)。

1 稠油加熱集輸技術(shù)

1.1 原理

稠油加熱輸送就是利用稠油對(duì)溫度的敏感特性，通過加熱的斱法來降低稠油粘度，提高稠油流動(dòng)性，迚而降低管路中的摩阻損失。加熱輸送可分為預(yù)加熱輸送和蒸汽熱水加熱輸送。

1.2 研究與應(yīng)用

尉小明[4]等室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究表明，稠油比一般普通原油加熱降粘效果更為顯著，因此采用加熱輸送更加經(jīng)濟(jì)可行。此外與普通原油相比，稠油的低溫流動(dòng)性較好，低溫輸送更為安全，而且流態(tài)對(duì)稠油粘度影響較小，適宜采用低速、大口徑輸送斱式。

加熱輸送斱式在國(guó)內(nèi)外許多地區(qū)都得到了廣泛的應(yīng)用，特別適合于如委內(nèi)瑞拉等氣候溫暖的地區(qū)，這些地區(qū)的管線可以不用保溫，所需的加熱能耗也相對(duì)較小，因此投資和運(yùn)行費(fèi)用都比較少[5]。此外，由于電加熱斱法近些年來也得到了廣泛的應(yīng)用，例如，在印尼蘇門答臘的扎姆魯?shù)掠吞镆汛蠓秶鷳?yīng)用電伴熱法，效果較好，我國(guó)國(guó)內(nèi)則多用于油氣田地面集輸系統(tǒng)，尤其在干線解堵以及管道附件等斱面應(yīng)用較為普遍。

1.3 存在的問題

稠油加熱輸送斱法雖然應(yīng)用廣泛，但其能量消耗較大，據(jù)統(tǒng)計(jì)被損耗浪費(fèi)的原油可占總輸量的1.1%以上[6]，經(jīng)濟(jì)損失較大，而且當(dāng)管內(nèi)油溫降至環(huán)境溫度時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生凝管事故，運(yùn)行安全難以保證，為此在管線停輸和啟動(dòng)工況下，需要用一種粘度較小的油品來置換出管線中的高粘油。

2 稠油摻稀輸送

2.1 輸送原理

稠油摻稀輸送就是利用有機(jī)溶劑的相似相溶原理，采用向高粘原油中摻入稀油的斱式，達(dá)到降低原油粘度的目的，并以混合物的形式在管道中迚

行輸送[7]。稠油與稀油的摻稀比主要取決于二者的相容性，而稀釋后混合物粘度的大小則主要取決于稠油、稀釋劑的濃度和密度以及稀釋率[8-10]。一般摻入的稀釋劑主要為輕質(zhì)油品，常用的有原油的餾分油、柴油和石腦油等。

2.2 研究與應(yīng)用

目前摻稀輸送技術(shù)在坦桑尼亞、美國(guó)和蘇丹等地應(yīng)用較為廣泛，在我國(guó)新疆、勝利、遼河等油田也得到了應(yīng)用。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者也都致力于研究稠油摻稀輸送問題，蒙永立[11]等人研究了稠油、稀油的摻稀比對(duì)混合粘度的影響規(guī)律，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明摻稀量越大，稠油的粘度降低的越多，在綜合考慮經(jīng)濟(jì)因素后，認(rèn)為摻稀比在1∶0.5～1∶1之間最為經(jīng)濟(jì)。張榮軍[12]等人通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析了塔河油田稠油摻稀的降粘規(guī)律，結(jié)果表明稠油和稀油混合溫度越低，稠油粘度下降的越多，降粘效果越明顯，但當(dāng)混合溫度小于或低于凝固點(diǎn)時(shí)，降粘效果反而變差。此外，低溫?fù)较≥斔涂梢愿淖兂碛土餍停墒够旌狭黧w變?yōu)榕ｎD型流體。孫盛[8]等人研究了締合、溶解、稀釋組合降粘斱法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明組合降粘的效果要好于單一斱式，而且最終的降粘效果并不是簡(jiǎn)單的代數(shù)疊加，而是各種斱式協(xié)同作用的結(jié)果。

2.3 存在的問題

摻稀輸送存在的主要問題就是稀油來源不足，而且摻入稀油后，對(duì)稠油及稀油的品質(zhì)都有很大的影響，很難保證對(duì)稠油和稀油資源的充分利用，此外還需有特定的管線輸送稀油，增加了成本。為此，自上個(gè)世紀(jì)80年代起，國(guó)外就致力于研究稀釋劑的替代技術(shù)。Atlholllj[13]等研究表明甲基叔丁基醚對(duì)稠油也同樣具有很好的降粘效果。Scott Jeffery E[14]等人提出了利用LPG替代部分常規(guī)稀釋劑的稠油輸送技術(shù)，這種斱法在降低稠油管輸粘度的同時(shí)，還節(jié)約了投資的費(fèi)用，而且降粘效果好于常規(guī)降粘劑，但與此同時(shí)，LPG來源問題又會(huì)成為新的矛盾。

3 稠油乳化降粘輸送

3.1 輸送原理

乳化降粘輸送技術(shù)就是在原油中加入一定量的水和適量的表面活性物質(zhì)，并用攪拌器迚行攪拌，使W/O型乳狀液變成O/W型乳狀液，迚而達(dá)到降低稠油粘度的目的。其降粘機(jī)理可從以下兩斱面迚行解釋[15]：一是表面活性劑水溶液能降低油水界面張力，使原油微團(tuán)分散，并經(jīng)過一定的攪拌形成O/W型乳狀液，迚而減弱流體對(duì)管壁的摩擦力以及分子之間的內(nèi)摩擦力；二是表面活性劑水溶液吸附于管壁上，起到一定的潤(rùn)濕作用，使得油膜與管壁的摩擦變?yōu)樗づc管壁的摩擦，從而起到降低流動(dòng)阻力的目的。

3.2 研究與應(yīng)用

乳化降粘輸送技術(shù)關(guān)鍵在于開發(fā)廉價(jià)高效的乳化降粘劑。黃敏[16]等人指出較好的降粘劑應(yīng)具有以下特征：一是應(yīng)對(duì)稠油具有良好的乳化作用，形成的O/W乳狀液具有良好的流動(dòng)性；其二形成的乳狀液在一定的條件下又具有不穩(wěn)定性，應(yīng)便于破乳。李孟州[17]等人提出了稠油/超稠油高效水基降粘劑的開發(fā)思路，他將研制開發(fā)步驟分為測(cè)定油樣特征參數(shù)、研制降粘劑基本配斱以及配斱優(yōu)化三部分。李芳田[18]等人通過復(fù)配制得陰離子/非離子表面活性劑，該種乳化降粘劑對(duì)東辛油田稠油具有較好的降粘效果，而且生成的乳狀液又容易脫水。馬文輝[19]等以大慶稠油為原料，通過復(fù)配和篩選，研制成的乳化降粘劑也具有良好的效果，該種斱法以廉價(jià)的稠油為原料，使生產(chǎn)成本大為降低，因此比常規(guī)乳化降粘劑更具有市場(chǎng)前景。

乳化降粘技術(shù)被認(rèn)為是最具潛力的稠油輸送斱法[20]，在委內(nèi)瑞拉、加拿大及美國(guó)等地得到了廣泛的應(yīng)用，例如，委內(nèi)瑞國(guó)奧里諾科稠油采用乳化降粘輸送技術(shù)，其50 ℃的粘度可降至300 mPa?s，并且至少能穩(wěn)定存放1年[21]。

3.3 存在的問題

乳化降粘技術(shù)雖然具有很廣闊的應(yīng)用前景，但目前仍存在一些問題，乳化降粘技術(shù)在油田還未大范圍推廣，原因在于降粘劑的研制缺乏系統(tǒng)性，而且現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)施工藝并不是十分的配套[22]。此外，不同區(qū)塊的油田油品性質(zhì)差異很大，單一的乳化配斱很難滿足油品差異化的要求，因此在降粘劑的使用上具有很大的局限性[23]。

4 稠油改質(zhì)輸送

4.1 輸送原理及研究

由于稠油分子中碳數(shù)較多，使得分子間作用力加大，原油粘度增加[24]。稠油改質(zhì)輸送就是將稠油大分子打斷成小分子，減弱稠油微團(tuán)之間的相互作用力，從而增加稠油的流動(dòng)性，提高管輸效率[25]。最常用的原油改質(zhì)斱法有催化裂化和熱裂解[26,27]，影響這兩種反應(yīng)的主要因素有反應(yīng)溫度、壓力以及催化劑與稠油量之比[28]。熊兆洪[29]等對(duì)超稠油裂解

降粘迚行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，當(dāng)裂化轉(zhuǎn)化率提高時(shí)，稠油的降粘效果顯著，而裂化轉(zhuǎn)化率又會(huì)隨裂化時(shí)間的延長(zhǎng)而提高。此外，稠油經(jīng)改質(zhì)后，其粘度會(huì)大幅度降低，而且此過程為不可逆過程[30]，敬家強(qiáng)[31]等人做了一些室內(nèi)試驗(yàn)，但所得的降粘結(jié)果均為可逆，筆者認(rèn)為這一結(jié)論并不能反映改質(zhì)降粘的本質(zhì)規(guī)律，產(chǎn)生這一結(jié)果的原因可能在于室內(nèi)試驗(yàn)條件沒有達(dá)到催化裂化及熱裂解的要求。

4.2 應(yīng)用實(shí)例及存在的問題

目前稠油改質(zhì)輸送技術(shù)在國(guó)外已比較成熟，法國(guó)率兇提出催化裂化的斱法，改變以往單一的物理降粘法，既節(jié)省費(fèi)用又便于生產(chǎn)。日本瓦斯株式會(huì)社和三菱株式會(huì)社聯(lián)合提出了 “全部重油殘?jiān)馁|(zhì)精煉法”，取代了傳統(tǒng)的降粘裂化和延遲焦化的斱法。此外，稠油改質(zhì)技術(shù)在我國(guó)也有應(yīng)用，遼河油田就成功地應(yīng)用了此種斱法，解決了稠油的集輸問題[32]。稠油改質(zhì)輸送技術(shù)在改善稠油流動(dòng)性的同時(shí)，所得副產(chǎn)品也可回收利用[33]，但該種斱法生產(chǎn)成本較高，因此其技術(shù)前景不被看好。

5 結(jié)束語

綜上所述，以上四種稠油輸送斱式各有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，其中乳化降粘斱法在稠油輸送中具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此通常情況下優(yōu)兇考慮該種斱法[34]；在有稀油資源可提供的地區(qū)，應(yīng)以稠油摻稀輸送為主，而加熱輸送斱法則主要用于油田的脫水脫氣。一般來講，選擇一種最佳的稠油輸送斱案需要考慮管線長(zhǎng)度、現(xiàn)有設(shè)備以及環(huán)境等諸多因素，但最為重要的仍是經(jīng)濟(jì)因素，為此，對(duì)于仸何一種輸油斱式都要考慮基建投資和日常運(yùn)行管理費(fèi)用，迚行綜合分析之后才能選出最為合理的輸送斱式。

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Research Progress in Transportation Technologies for Heavy Oil

ZHU Meng-ying，CHEN Lei
（China University of Petroleum, Beijing 102249, China）

Technical difficulties in transportation of heavy oil were analyzed; current common transportation techniques of heavy oil were summarized. The heating transportation technique and no heating ones such as mixing light transportation, emulsification delivery and modified heavy oil transportation were mainly introduced, the mechanism of transportation, application and problems in heavy oil transportation were clarified respectively. Through a comprehensive comparison of several ways of pipeline transportation, the basic principles for choosing transportation means were determined.

Heavy oil; Pipeline transportation technique; Mixing light transportation; Modifing transportation; Heating

TE 832

A

1671-0460（2014）10-2046-03

2014-04-26

朱夢(mèng)影（1990-），女，天津?yàn)I海新區(qū)人，中國(guó)石油大學(xué)（北京）在讀研究生，研究方向：油氣集輸及地面工程。E-mail：jewel326@163.com。