納米磁流體在稠油管輸中的應(yīng)用探討

【摘要】對(duì)稠油管輸采用的改性降粘法、加熱降粘法、摻稀輸送法、低粘環(huán)液輸送法、乳化降粘法、減阻劑降凝劑降粘法等常用工藝，以及極具應(yīng)用前景的超聲波降粘法、微生物降粘法和超臨界二氧化碳降粘法等新技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。最后，結(jié)合納米技術(shù)和仿生技術(shù)，對(duì)納米磁流體技術(shù)和生物表皮技術(shù)在稠油管輸中的應(yīng)用進(jìn)行了展望，認(rèn)為可以作為稠油管輸技術(shù)研究的新方向和新方法。

【關(guān)鍵詞】磁流體；納米；稠油；管道輸送

1、引言

隨著常規(guī)原油儲(chǔ)量逐漸減少，稠油動(dòng)用的越來越多。但是由于稠油膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和蠟含量高，造成的高粘性特征，使其在管輸過程中產(chǎn)生高阻力。

2、常用的稠油管道常溫輸送技術(shù)

為了經(jīng)濟(jì)高效的管輸稠油，經(jīng)常采用摻稀法、乳化法等冷輸技術(shù)。但是受輕質(zhì)油來源的限制，此外輕質(zhì)油添加可能導(dǎo)致沉淀的產(chǎn)生和管道堵塞、以及原油成分組成的不同對(duì)油溶比（原油量與溶劑量的比值）的影響，使得摻稀法的應(yīng)用受到了很大的限制；乳化輸送時(shí)，水消耗能量巨大，而且長(zhǎng)距離管輸過程中稠油乳狀液的穩(wěn)定與在煉化前容易破乳的平衡也不易達(dá)到，因此目前該技術(shù)在稠油管輸中應(yīng)用很少。使用減阻劑和降凝劑輸送原油，加量少、使用方便、效果明顯、對(duì)煉油加工無影響，對(duì)于提高管輸能力和提高經(jīng)濟(jì)效益有很大的作用，但是無法單獨(dú)實(shí)現(xiàn)稠油的常溫輸送。改性（質(zhì)）降粘法通過對(duì)稠油大分子的降解，化大分子為小分子，可以實(shí)現(xiàn)稠油的常溫集輸。但是該方法對(duì)硬件條件要求高，前期投入大，而且原油處理量小，很難選擇合適的催化劑，因此無法大規(guī)模應(yīng)用。

3、稠油管輸?shù)募訜峤嫡硿p阻技術(shù)

稠油高粘的根源是其體系中的瀝青質(zhì)分子間、膠質(zhì)分子間以及瀝青質(zhì)和膠質(zhì)分子間形成了大分子膠束結(jié)構(gòu)。這種膠束結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了稠油的高粘度。但是稠油粘度隨溫度的升高而指數(shù)規(guī)律下降，所以國(guó)內(nèi)外目前使用最廣泛的稠油輸送工藝就是加熱輸送，可以完全實(shí)現(xiàn)降低稠油粘度，減少管路摩阻損失，或保持油溫在凝點(diǎn)溫度以上防止油品在管道內(nèi)凝結(jié)的目的。加熱降粘減阻輸送大量采用的燃油、燃?xì)饣螂娂訜岬确绞?，硬件投入少，但是由于能量轉(zhuǎn)換效率低，經(jīng)濟(jì)損耗大。利用微波對(duì)稠油加熱降粘[1]，具有速度快、污染小，且在一定程度上實(shí)現(xiàn)稠油降解的優(yōu)點(diǎn)，但是由于微波具有選擇性加熱的特點(diǎn)（微波的加熱效果與稠油組分的介電特性有很大關(guān)系），因此加熱效果不穩(wěn)定，目前只有實(shí)驗(yàn)性的應(yīng)用。

4、納米磁流體技術(shù)用于稠油管輸?shù)脑O(shè)想

4.1納米磁流體

磁流體又稱磁性液體，是由納米級(jí)的鐵磁性或超順磁性微細(xì)顆粒借助于表面活性劑穩(wěn)定地分散于基液中的膠體溶液，是一種新型的液體功能材料。磁流體的制備方法有很多，以共沉淀法應(yīng)用最為普遍。磁流體具有磁熱效應(yīng)，即當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度改變時(shí)，磁流體的溫度也隨之改變。當(dāng)磁流體進(jìn)入較高磁場(chǎng)強(qiáng)度區(qū)域時(shí)，磁流體被加熱；當(dāng)離開磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，磁流體即冷卻。磁場(chǎng)強(qiáng)度的升高可使磁流體的溫度升高。該流體還具有顯著的溫度特性，即當(dāng)磁流體的飽和磁化強(qiáng)度隨溫度的升高而減小，至居里點(diǎn)時(shí)，磁性完全消失。溫度下降后，磁性可重新恢復(fù)。換言之，該流體具有自動(dòng)的溫度控制能力。

4.2納米磁流體磁熱效應(yīng)的應(yīng)用

納米磁流體的磁熱效應(yīng)已成功應(yīng)用于醫(yī)學(xué)腫瘤的靶向治療[2]，將溫度升高從而加速殺死癌細(xì)胞。由于磁熱轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燃料燃燒等直接加熱的熱效率，因此該技術(shù)也在稠油的熱采中進(jìn)行了應(yīng)用，利用納米磁流體進(jìn)行稠油開采的專利[3]已經(jīng)被批準(zhǔn)。當(dāng)磁流體進(jìn)入交變磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，磁流體接受的磁能轉(zhuǎn)化成熱能，溫度升高被加熱，并將自身的熱量傳導(dǎo)到溫度較低的稠油中，稠油粘度隨著溫度的升高而迅速下降，因而流動(dòng)性大幅增加。

4.3納米磁流體在稠油管輸中的應(yīng)用設(shè)想

4.3.1可行性

在稠油中注入納米磁流體，通過分段式的設(shè)置電磁轉(zhuǎn)換設(shè)備將簡(jiǎn)便易得的交流電轉(zhuǎn)換為交變電磁場(chǎng)，使得地面管道中的納米磁流體直接加熱稠油，實(shí)現(xiàn)稠油的減阻輸送，這應(yīng)該是可行的有效途徑。

4.3.2需要重點(diǎn)研究的問題

（1）納米磁流體顆粒材料種類的選擇。納米磁流體顆粒體積微細(xì)，分散在稠油中形成機(jī)械雜質(zhì)，因此，磁流體顆粒材料應(yīng)該選用易于煉油時(shí)脫除、不會(huì)引起催化劑中毒、不會(huì)影響成品油質(zhì)量的材料。（2）納米磁流體顆粒直徑的選擇。王煦漫等[4]的研究顯示，不同粒徑的四氧化三鐵粒子具有不同的產(chǎn)熱比功率（單位質(zhì)量顆粒產(chǎn)生的熱量），因此，優(yōu)選磁流體顆粒的粒徑是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效管輸稠油的重要途徑。（3）交變磁場(chǎng)的頻率與強(qiáng)度的選擇。交流電源方便易得，是磁流體產(chǎn)生熱量的能量來源，研制或優(yōu)選電磁轉(zhuǎn)換設(shè)備，并確定最優(yōu)的磁場(chǎng)參數(shù)是非常關(guān)鍵的。

5、結(jié)語

（1）利用交變磁場(chǎng)作用于納米磁流體進(jìn)行稠油的直接加熱管輸，具有操作方便、可靠性高、適用油品范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，在經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上有可行性。（2）對(duì)納米磁流體顆粒種類和粒徑以及交變磁場(chǎng)的頻率和強(qiáng)度進(jìn)行優(yōu)選是納米磁流體在稠油管輸中能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

[1]王穎.稠油微波加熱降粘機(jī)理的研究[D].北京：中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所，2002.

[2]呂永剛，劉靜.基于腫瘤靶向治療的磁性微/納米顆粒研究進(jìn)展[J].納米材料與結(jié)構(gòu)，2004，9：22-28.

[3]吳永彬，王紅莊，蔣有偉等.特稠油及超稠油油藏納米磁流體吞吐采油方法及井網(wǎng)結(jié)構(gòu)[P].中國(guó)專利：201310217176，2013-09-25.

[4]王煦漫，古宏晨，楊正強(qiáng)等.磁流體在交變磁場(chǎng)中的熱效應(yīng)研究[J].功能材料，2005，36（4）：507-508.