降凝降黏劑改善高凝原油流動(dòng)性的研究進(jìn)展

鄒 瑋，劉 坤，廉桂輝，趙逸清，董海海

(1.中國(guó)石油新疆油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院;2.中國(guó)石油新疆油田公司采油一廠:新疆克拉瑪依 834000)

我國(guó)絕大多數(shù)原油屬于高凝原油，據(jù)統(tǒng)計(jì)，含蠟量大于10%的原油產(chǎn)量約占全國(guó)原油總產(chǎn)量的90%，其特點(diǎn)是含蠟量高、凝固點(diǎn)高、黏度高，流變性復(fù)雜，其表觀黏度和凝固點(diǎn)遠(yuǎn)高于普通原油。我國(guó)高凝原油資源豐富，重點(diǎn)分布在大慶、勝利、河南、冀東、新疆等油田。隨著高凝原油開(kāi)采新技術(shù)的不斷發(fā)展，其產(chǎn)量將逐年增加。但高凝原油因常溫為固體形態(tài)而造成運(yùn)輸工藝復(fù)雜，成本高，且易附著在管壁上形成凝膠，阻塞管道易造成安全隱患［1］。

國(guó)內(nèi)外對(duì)高凝原油的降凝降黏效果和流動(dòng)特性已進(jìn)行了大量的研究，也取得了一定的成果。目前對(duì)高凝原油的降凝方法主要有:物理方法和化學(xué)方法，物理方法存在諸多不足，如能耗大、成本高和停輸再啟動(dòng)困難等問(wèn)題;化學(xué)方法中乳化降黏法和懸浮輸送因需大量的水，在西部等偏遠(yuǎn)地區(qū)難以實(shí)現(xiàn)。化學(xué)方法中應(yīng)用較廣泛的是向原油中添加化學(xué)降凝劑，以降低原油凝點(diǎn)和改善原油低溫流動(dòng)性，該方法以低能耗、成本少、效率高和易操作等顯著優(yōu)勢(shì)備受人們關(guān)注［2］。

1 降凝降黏劑對(duì)原油流動(dòng)性的改善

目前，國(guó)內(nèi)外科研院校和油田生產(chǎn)單位對(duì)降凝降黏劑的研究取得了較大進(jìn)展，研制出了一批高效降凝降黏劑，并在原油生產(chǎn)和輸送中得到廣泛運(yùn)用。

勝利油田和中原油田原油瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量分別為25%和31%，含蠟量分別為7.85%和21.50%，是典型的高凝原油。美國(guó)Arco公司研制的PLC－102型流動(dòng)改進(jìn)劑對(duì)勝利油田和中原油田高凝原油起到了很好的降黏作用，在30℃時(shí)對(duì)原油的降黏率達(dá)50%［3］。

ESSO公司在歐洲的鹿特丹長(zhǎng)距離管線(xiàn)上對(duì)利比亞原油進(jìn)行了試驗(yàn)，加入降凝劑，濃度為0.12%，原油凝點(diǎn)從24℃降至0℃，解決了原油在長(zhǎng)距離管線(xiàn)中輸送難題［4］。

楊飛等［5］以青海原油為油樣，考察了乙烯－醋酸乙烯酯共聚物(EVA)對(duì)高凝原油的降凝效果，結(jié)果表明，EVA降凝劑具有良好的降凝效果，青海原油凝點(diǎn)由33℃降至28℃。

劉鵬等［6］研制的表面活性劑GA8－4－8用于現(xiàn)河稠油的乳化降黏，降黏率高達(dá)99%以上，且對(duì)原油起到了超低界面張力的作用，對(duì)稠油流動(dòng)性的改善明顯。

盤(pán)錦油田的原油，其凝點(diǎn)高(28℃)，蠟含量為21.04%，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量為15.8%，龍小柱等［7］根據(jù)盤(pán)錦原油的性質(zhì)，研制了以甲基丙烯酸、十四醇、馬來(lái)酸酐為原料的ME/TA/MA共聚物降凝降黏劑，并將合成產(chǎn)物與盤(pán)錦原油按質(zhì)量比0.23∶100加入到原油中，凝點(diǎn)由28℃降至15℃，黏度降低了61.33%，降凝降黏效果顯著。

大慶原油瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量為27.0%，含蠟量為26.20%，凝點(diǎn)為32.5℃，是典型的高凝原油。張明陽(yáng)［8］針對(duì)大慶原油制備了聚(甲基丙烯酸十八酯－二乙烯基苯－乙酸乙烯酯)降黏劑(SDV)，并確定最佳工藝條件，在加量250 μg/g條件下對(duì)大慶高凝原油降黏率達(dá)37.2%，且降黏穩(wěn)定性較好。

河南油田原油瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量21.55%，含蠟量31.60% ，凝點(diǎn)37℃，屬典型高凝高黏原油，且原油物性和流變性均較差。廖輝等［9］針對(duì)河南原油性質(zhì)從BEM、EVA和系列降凝降黏劑中篩選出YG－1，在熱處理溫度65℃，加量50 mg/L下，使原油凝點(diǎn)降低了15℃，黏度由1 770.0 mPa·s降至608.2 mPa·s，解決了原油常溫輸送的難題。

勝利油田太平、英雄灘、邵家等油田原油含蠟量21.30%，膠質(zhì)含量 23.8%，瀝青質(zhì)含量25.6%，屬高含蠟、高膠質(zhì)、高瀝青質(zhì)原油，同時(shí)原油黏度大(5 000～15 000 mPa·s)，凝點(diǎn)高。李祥國(guó)［10］針對(duì)該油田原油特性研制了FJN－6防蠟降凝劑，優(yōu)選了SJN－1降黏劑。室內(nèi)試驗(yàn)表明，F(xiàn)JN－6防蠟降凝劑可降低原油凝點(diǎn)11℃ ，防蠟率達(dá)72.3%，SJN－1降黏劑降黏率達(dá)98% 以上。將此降凝降黏劑用在生產(chǎn)井筒和輸送管線(xiàn)中，很好地解決了該油田原油開(kāi)采及輸送的難題。

新疆油田原油為典型高凝原油，30℃下含水原油黏度 7 500 mPa·s。苑新紅等［11］針對(duì)新疆油田采油二廠73552井高凝油，優(yōu)選出DM系列降黏劑，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中顯著降低了原油黏度，降低了原油開(kāi)采成本。

2 復(fù)配降凝降黏劑研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，為提高降凝劑的改性效果，將2種或多種降凝劑進(jìn)行復(fù)配使用。研究表明，復(fù)配降凝劑具有協(xié)同增效作用，應(yīng)用范圍較廣，在達(dá)到相同的降凝效果時(shí)所需加量較少。其原理是根據(jù)原油中的蠟含量、蠟分子中碳原子數(shù)分布范圍、原油類(lèi)別，選擇幾種主碳鏈不同的降凝劑或不同極性側(cè)鏈的降凝劑，按適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量比復(fù)配可得到適用范圍較大的降凝劑，以滿(mǎn)足組成復(fù)雜的原油和油品的降凝需要［12］。降凝劑復(fù)配還可以是降凝劑與表面活性劑、降凝劑與一些助劑溶劑等之間的復(fù)配，從而使易凝高黏原油得到更好的降凝降黏效果。對(duì)于單一降凝降黏劑，復(fù)配降凝降黏劑是一種提高原油降凝劑使用范圍、提高使用效果的有效途徑。

郭淑風(fēng)等［13］以烷基馬來(lái)酰亞胺為接枝單體與EVA進(jìn)行接枝反應(yīng)合成的降凝劑(加劑量為100 mg/kg)，對(duì)大慶原油進(jìn)行加劑處理后，凝點(diǎn)降低了15℃。

冀東海上原油含瀝青質(zhì)及膠質(zhì)3.49%，含蠟量高達(dá)28.16%，凝點(diǎn)為28 ℃，王桂杰等［14］以甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸十六烷基酯、馬來(lái)酸酐、醋酸乙烯酯、EVA為原料研制的降凝劑加量為50 mg/L時(shí)，可將此原油凝固點(diǎn)從28℃降至13℃，加量為60～100 mg/L時(shí)，降凝幅度可達(dá)19～20℃。

彩南原油是一種典型的高凝原油，蠟含量17%～21%，膠質(zhì)含量 1.60%，瀝青質(zhì)含量0.29%。胡云霞等［15］以EVA、正構(gòu)烷烴和表面活性劑復(fù)配了一種復(fù)合型降凝降黏劑CN，它具有較好的油溶性，通過(guò)最佳加劑條件篩選，彩南原油加入100 mg/L降凝劑CN后，其凝固點(diǎn)由17℃降至4℃，15℃時(shí)黏度由 3 105 mPa·s降至31.0 mPa·s，降凝降黏效果顯著。

勝利油田原油含瀝青質(zhì)及膠質(zhì)27.22%，含蠟量達(dá)18.25%，凝點(diǎn)高達(dá)43℃，為典型的高凝原油，張拂曉等［16］以丙烯十八酯、馬來(lái)酸酐和醋酸乙烯酯的胺解改性物MAVA和EVA復(fù)配，制得高凝原油降凝劑，在加量為400 μg/g下，使勝利油田原油凝點(diǎn)下降了11℃。

王景昌等［17］在甲苯溶劑中將丙烯酸十八酯、馬來(lái)酸酐、苯乙烯按6∶1∶2聚合，合成產(chǎn)物分別用十八胺和十八醇進(jìn)行醇解和胺解，得到2種產(chǎn)物并將其按照3∶1進(jìn)行復(fù)配，得到的復(fù)配降凝劑降凝降黏效果均優(yōu)于單一降凝劑，可使大慶油田原油凝點(diǎn)降低15℃，黏度降低58.38%。

3 目前存在問(wèn)題及發(fā)展方向

由于原油組分異常復(fù)雜，且每一種原油的類(lèi)型、含蠟量及蠟分子中碳原子數(shù)的分布等均不同，使原油對(duì)降凝劑具有很強(qiáng)的選擇性，只有與原油相匹配的降凝劑能起到增效作用［18］。因此，目前降凝降黏劑對(duì)高凝原油流動(dòng)性的改善存在以下問(wèn)題:

1)降凝降黏劑改善高凝原油流動(dòng)性效果不理想。目前中國(guó)國(guó)內(nèi)對(duì)高凝原油的降凝效果展開(kāi)了廣泛的研究，但凝點(diǎn)大于40℃的高凝原油的降凝劑產(chǎn)品對(duì)原油的降凝和流動(dòng)性的改善效果不是很理想。

2)降凝降黏劑適應(yīng)范圍單一，針對(duì)性強(qiáng)。某一種降凝劑并非對(duì)所有原油普遍適用，也就是說(shuō)對(duì)某種原油只有選擇與其相匹配的流動(dòng)性改進(jìn)劑，才能改善流動(dòng)性能。

針對(duì)以上問(wèn)題，應(yīng)加深對(duì)降凝降黏機(jī)理的認(rèn)識(shí)，找到降凝降黏劑改善高凝原油流動(dòng)性的關(guān)鍵和機(jī)理對(duì)降凝降黏性能的影響規(guī)律，以指導(dǎo)新型高效和具有廣譜適應(yīng)性的降凝降黏劑的開(kāi)發(fā)。同時(shí)加強(qiáng)降凝劑間和降凝劑與其他功能性組分間的復(fù)配研究，掌握提高降凝降黏效率的復(fù)配規(guī)律，對(duì)不同原油可通過(guò)采用不同類(lèi)型和不同相對(duì)分子質(zhì)量的降凝劑組分的復(fù)配，配制適宜的降凝劑產(chǎn)品，從而大大提高對(duì)不同油田的適應(yīng)性。

［1］張付生，謝慧專(zhuān)，董麗堅(jiān).原油降凝降粘劑在原油開(kāi)采和集輸中的應(yīng)用［J］.精細(xì)石油化工，1999，16(6):28－30.

［2］ 趙福林.油田化學(xué)［M］.東營(yíng):中國(guó)石油大學(xué)出版社，2007:278－283.

［3］陳國(guó)群，張帆，張勁軍，等.含蠟原油凝點(diǎn)附近的膠凝特性［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2004，23(8):28 －31.

［4］Castro L V，Vazquez F.Copolymers as flow improvers for Mexican crude oils［J］.Energy ＆ Fuels，2008，22(6):4006 －4011.

［5］楊飛，李傳憲，林名楨.乙烯－醋酸乙烯酯共聚物對(duì)含蠟原油降凝效果評(píng)價(jià)［J］.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2009，33(5):108 －113.

［6］劉鵬，唐善法，何宏，等.現(xiàn)河稠油乳化降粘劑體系的室內(nèi)研究［J］.應(yīng)用化工，2013，42(4):692 －695.

［7］龍小柱，張爽，王肖肖，等.共聚物ME－TA－MA的合成及對(duì)盤(pán)錦原油的降凝降粘作用［J］.化工科技，2013，21(3):39－43.

［8］張明陽(yáng).新型稠油油溶性降粘劑的合成與評(píng)價(jià)［D］.山東:山東大學(xué)，2014.

［9］廖輝，唐善法，雷小洋，等.高蠟原油管輸用高效降凝劑的篩選及降凝降粘性能評(píng)價(jià)［J］.精細(xì)石油化工進(jìn)展，2013，14(4):21－24.

［10］李祥同.化學(xué)防蠟、降凝、降粘復(fù)合工藝在勝利高凝高粘油田的應(yīng)用［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2007，29(3):146 －148.

［11］苑新紅，黨智龍.克拉瑪依油田稠油降粘劑的研究與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用［J］.化學(xué)工程與裝備，2013(12):86－88.

［12］Hafiz A A，Khidr T T.Hexa－ triethanolamine oleate esters as pour point depressant for waxy crude oil［J］.Journal of Petroleum Science and Engineering，2007，56(4):296 －302.

［13］郭淑鳳，關(guān)中原，胡星琪，等.EVA接枝共聚物的合成及其降凝性能評(píng)價(jià)［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2009，31(6):143 －147.

［14］王桂杰，倪銀，師宗國(guó)，等.冀東油田海上導(dǎo)管架降凝劑的研究與應(yīng)用［J］.石油化工應(yīng)用，2011，30(7):20 －21.

［15］胡云霞，奚惠民，楊濤，等.加劑彩南原油的流變性研究［J］.新疆大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2003，20(1):101 －104.

［16］張拂曉，方龍，聶兆廣，等.高凝原油降凝劑的制備及其降凝機(jī)理［J］.石油學(xué)報(bào):石油加工，2009，25(6):801 －806.

［17］王景昌，趙建濤，杜中華，等.高凝點(diǎn)原油降凝劑的研制與復(fù)配［J］.石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2011，24(5):14 －16.

［18］Ghosh P，Das T，Nandi D.Synthesis of copolymers and homopolymers of methyl methacrylate and styrene and studies on their viscometric properties in three different solvents［J］.Res J Chem Environ，2009，13:17 －25.