稠油管道輸送技術(shù)概述

于 歡，姜亞杰，吳玉國(guó)（.遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 300；.中國(guó)石油天然氣管道局第一工程分公司，河北 廊坊 065000）

?

稠油管道輸送技術(shù)概述

于 歡1，姜亞杰2，吳玉國(guó)1
（1.遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001；2.中國(guó)石油天然氣管道局第一工程分公司，河北 廊坊 065000）

摘要：由于人口的快速增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，原油的需求日益增加，然而輕質(zhì)原油的可開采量逐漸減少，稠油的開采和輸送變得尤為重要。文中對(duì)各種稠油管道輸送技術(shù)進(jìn)行了概述，以及其各自的優(yōu)缺點(diǎn)。并提出了主輔型降粘輸送方法，為以后的稠油管道輸送技術(shù)研究提供了一個(gè)方向。

關(guān)鍵詞：稠油；管道；輸送；方法

全球稠油資源的儲(chǔ)量是常規(guī)輕質(zhì)原油的兩倍，然而稠油的開采量不到輕質(zhì)原油的一半［1］。

這是因?yàn)槌碛秃袕?fù)雜成分，如瀝青質(zhì)沉淀、鹽含量和重金屬等，導(dǎo)致粘度過高而引起極低的流動(dòng)性。也就不能利用對(duì)輕質(zhì)原油同樣的方法對(duì)稠油進(jìn)行生產(chǎn)和運(yùn)輸［2，3］。在輸送稠油過程中，如果不對(duì)稠油進(jìn)行預(yù)處理，管道壓降會(huì)急劇增大，而且隨著瀝青質(zhì)沉積的增加，輸量減少，可能發(fā)生堵塞和產(chǎn)生多相流流動(dòng)［4，5］。總之，稠油的開采和運(yùn)輸是極其困難，并且成本高，從而導(dǎo)致開采量很少。

國(guó)際能源機(jī)構(gòu)（IEA）已經(jīng)預(yù)測(cè)，隨著全球人口的不斷增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源需求將逐年增加。全球?qū)υ偷男枨笠呀?jīng)從每天的6000萬桶增加至8400萬桶［6］。日益減少的輕質(zhì)原油無法滿足，可見稠油的重要性日益凸顯。

我國(guó)近些年經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速，截至2010年原油需求量年增長(zhǎng)率從1%增加至1.8%［7］。為了滿足我國(guó)對(duì)原油日益曾大的需求量，近些年我國(guó)開始擴(kuò)大稠油的開采，但由于稠油粘度高和密度大等特殊物性，稠油的管道輸送成為難題。為了響應(yīng)國(guó)家提出節(jié)能降耗的號(hào)召，并提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，有必要尋求并探究即經(jīng)濟(jì)又安全可靠的稠油管道輸送的其他方法。并對(duì)該方法進(jìn)行運(yùn)行優(yōu)化，減少運(yùn)行成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，使運(yùn)行效果達(dá)到最優(yōu)。

1　稠油管道輸送技術(shù)研究

稠油管道輸送的難點(diǎn)是其粘度大、密度高等問題所引起的流動(dòng)性差，因此解決稠油管道輸送問題，主要可以通過三種途徑來增加稠油流動(dòng)性以解決管道輸送問題：

（1）利用某種方法（如物理方法和化學(xué)方法等）把稠油粘度降低。

（2）利用某種方法（如添加減阻劑等）減少稠油與管壁的摩擦。

（3）在油井現(xiàn)場(chǎng)對(duì)稠油進(jìn)行改質(zhì)，把稠油中的大分子通過加熱等方法裂解（3）成小分子后再進(jìn)行管道輸送。

目前稠油管道輸送方法有以下幾種，其中加熱法、摻稀法和乳化降黏法應(yīng)用比較廣泛。

1.1加熱輸送技術(shù)

在世界各國(guó)石油企業(yè)中，加熱輸送技術(shù)是一種最為傳統(tǒng)并且應(yīng)用最為普遍的稠油輸送技術(shù)。加熱輸送技術(shù)包括稠油預(yù)加熱和管線加熱兩種方法增加稠油溫度降低其粘度，從而增加其流動(dòng)性。加熱輸送技術(shù)的第一次商業(yè)利用是在印度［8］。溫度對(duì)稠油的影響主要依據(jù)是原油的性質(zhì)、組成以及其他因素，如揮發(fā)性［9］。溫度的升高改變了稠油的分子結(jié)構(gòu)，破壞分子的聚集，分散成單體單元結(jié)構(gòu)。分散體系的流動(dòng)性比那些有組織的宏觀結(jié)構(gòu)改善油的流動(dòng)阻力的更有利的［10］。然而，增加稠油溫度確保稠油粘度達(dá)到利于管道輸送的數(shù)值，這些值通常是指 500厘泊的最大粘度，低于這個(gè)值原油可以經(jīng)濟(jì)地泵送［11，12］。但是，達(dá)到此粘度值需要消耗大量能源并需要建立加熱站，為了減少熱損失需要使用絕熱管道或是保溫層，溫度過高還會(huì)引起管道腐蝕及輸送介質(zhì)的不穩(wěn)定流動(dòng)。因此，從油田到最后存儲(chǔ)或煉廠的加熱和泵送系統(tǒng)的成本偏高［13］。正是由于加熱輸送成本過高，不安全因素多等原因，世界各國(guó)學(xué)者都致力于研究非加熱輸送研究或其他方法與加熱方法相結(jié)合進(jìn)行稠油輸送，研究成果豐碩。

1.2摻稀輸送技術(shù)

摻稀輸送是指向稠油中混入比稠油粘度低的稀釋劑（如輕質(zhì)原油或石腦油等），充分混合后再進(jìn)行管道輸送。兩種不同原油混合后，該混合后的流體性質(zhì)介于這兩種原油原油性質(zhì)之間［14］。稀釋劑的粘度越低，混合后的流體的粘度就越低［15］。廣泛被使用的稀釋劑有石腦油、煤油和輕原油等，并且稀釋劑選用機(jī)溶劑如醇，甲基叔丁基醚，叔戊基甲基醚也已經(jīng)展開研究，利用這些稀釋劑將稠油粘度降低到適合泵送的粘度值［16，17］。

摻稀輸送技術(shù)具有降粘效果顯著，壓降小，動(dòng)力費(fèi)用低，可以實(shí)現(xiàn)常溫輸送，工藝簡(jiǎn)單，不會(huì)發(fā)生凝管事故，脫水處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。但是，該技術(shù)也有幾點(diǎn)不足之處，首先，需要建設(shè)特定管線，將稀釋劑輸送至摻稀點(diǎn)，增加了建設(shè)費(fèi)用。其次，稀釋劑應(yīng)預(yù)先脫水后才能與稠油混輸，然而后處理還需脫水，增加了能耗費(fèi)用。再次，稀釋劑的來源必須有保障，一般稀釋劑選用輕質(zhì)原油，然而輕質(zhì)原油的開采量卻日益減少，所以只有在輕質(zhì)原油充足的情況下采可采用該技術(shù)，適用性低，而且稠油與稀釋劑混合后，難以對(duì)稀釋劑充分回收，兩種油的自身價(jià)值降低。

1.3低粘液環(huán)輸送技術(shù)

低粘液環(huán)輸送技術(shù)是向稠油管道中注入特定量的低粘度并且不互溶的液體（一般為水），讓該液體在管道內(nèi)壁附近形成液體薄膜環(huán)，稠油在這個(gè)環(huán)里流動(dòng)，即把稠油與管壁之間的摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)槌碛团c水膜之間和水膜與管壁之間的摩擦，從而大大減少了摩擦阻力，減小壓降。該技術(shù)需向稠油管道注入低粘液的量的范圍是10%～30%［18，19］。如果這兩種液體密度相似、不互溶并且不形成乳狀液，那么這種流動(dòng)模式具有較好的穩(wěn)定性［20］。

這項(xiàng)技術(shù)很早以前就有人提出，但是直到 20世紀(jì)70年代才被石油企業(yè)所利用［21，22］。目前該技術(shù)的應(yīng)用最為典型的是殼牌公司在加利福尼亞的應(yīng)用，在39 km的管道中注入30%的水進(jìn)行輸送。還有加拿大公司應(yīng)用該技術(shù)［23］。雖然這項(xiàng)技術(shù)被認(rèn)為最為經(jīng)濟(jì)的輸送方法，并且可以提供輸油效率，不需要加熱和保溫，可實(shí)現(xiàn)常溫輸送等優(yōu)點(diǎn)。但是在長(zhǎng)距離輸送時(shí)，經(jīng)過泵剪切之后，水環(huán)會(huì)被遭到破壞，形成稠油乳狀液，粘度急劇上升，造成凝管事故。所以，該技術(shù)目前還只適用于短距離輸送。

1.4超聲波輸送技術(shù)

超聲波降粘輸送技術(shù)是利用超聲波對(duì)稠油的空化作用和乳化作用，以增加其流動(dòng)性。空化作用是破壞稠油的分子機(jī)構(gòu)，把大分子分解成小分子；乳化作用是將油包水型乳狀液轉(zhuǎn)變成水包油型乳狀液［24］。

該技術(shù)具有生產(chǎn)成本低，對(duì)環(huán)境無危害等優(yōu)點(diǎn)，但是該技術(shù)只適用于短距離輸送。

1.5超臨界CO2輸送技術(shù)

超臨界CO2降粘輸送技術(shù)是將31.1℃（臨界溫度）和7.38 MPa（臨界壓力）的CO2注入稠油管道中進(jìn)行輸送。超臨界CO2即具有液體性質(zhì)又具有氣體性質(zhì)。具有較大的擴(kuò)散系數(shù)和較強(qiáng)的溶解能力，可以快速與稠油進(jìn)行混合［25，26］。當(dāng)超臨界CO2溶入稠油后，分子間的作用力由液與液間作用力轉(zhuǎn)變?yōu)橐号c氣間作用力，導(dǎo)致分子間作用力明顯減少。同時(shí)稠油中的大分子在注入超臨界CO2后也會(huì)分解成小分子，從而降低稠油粘度。

該技術(shù)具有較高的降粘率，來源廣泛，經(jīng)濟(jì)性好，環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。但由于輸送壓力應(yīng)保持在較高壓力，對(duì)管線要求較高，不適合在老舊管線中應(yīng)用該技術(shù)。

1.6天然氣飽和輸送技術(shù)

天然氣飽和輸送技術(shù)是輸送管道保持一定的溫度和壓力，使部分天然氣溶解到稠油中，從而降低稠油的粘度，增加流動(dòng)性。為了阻止溶解到稠油中的天然氣析出，應(yīng)保持管道中的壓力大于飽和壓力。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)對(duì)低溫輸送稠油有很好的發(fā)展前景［27］。

1.7微生物輸送技術(shù)

微生物降粘輸送技術(shù)是利用微生物在生長(zhǎng)代謝過程中，可將稠油中的大分子轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿?，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生具有表面活性劑作用的氣體和有機(jī)酸，這些代謝產(chǎn)物可以將稠油進(jìn)行乳化，從而降低稠油粘度［28］。

該技術(shù)具有降粘效率較高、環(huán)保以及后處理容易等優(yōu)點(diǎn)。但是培養(yǎng)微生物的周期較長(zhǎng)。

1.8加堿輸送技術(shù)

加堿降粘輸送技術(shù)是向稠油中注入堿，目的是與稠油中的有機(jī)酸進(jìn)行反應(yīng)，可以生成起到乳化作用的表面活性物質(zhì)，將油包水型乳狀液轉(zhuǎn)變?yōu)樗托腿闋钜?，從而適宜管道輸送。但是，國(guó)內(nèi)外對(duì)加堿降粘輸送的研究極少，針對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用需要進(jìn)一步深入研究［29］。

1.9改質(zhì)輸送技術(shù)

改質(zhì)降粘輸送技術(shù)是在油田先對(duì)稠油進(jìn)行淺度的加工，將稠油中的大分子裂解成較小分子，或脫瀝青或脫金屬離子等，從而降低稠油粘度，增加其流動(dòng)性。最常用的加工的方法有催化裂化和熱裂解［30，31］，并且這兩種加工方法的反應(yīng)程度主要與反應(yīng)溫度、壓力和催化劑和原油比有關(guān)［32］。

目前，該技術(shù)國(guó)內(nèi)外都有應(yīng)用。如法國(guó)利用該技術(shù)將稠油粘度降低至適宜管道輸送，提出了新穎的輸送方法，方便生產(chǎn)［33］。我國(guó)遼河油田也應(yīng)用了該技術(shù)［34］。該技術(shù)雖然從根本上降低了稠油粘度，降粘效率高，但前期投資大，成本過高。推廣該技術(shù)的應(yīng)用還需進(jìn)一步研究。

1.10油溶性降粘輸送技術(shù)

油溶性降粘輸送技術(shù)是向稠油中注入油溶性降粘劑，在溶劑的作用下，把膠質(zhì)和瀝青質(zhì)分子的堆積間隙變得疏松，破壞分子原有的結(jié)構(gòu)，當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，由于分子間距離變大，導(dǎo)致內(nèi)摩擦力減小，從而降低稠油粘度，增加其流動(dòng)性。

該技術(shù)的應(yīng)用有利于后處理，如脫水問題。但是，由于各稠油的分子結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致油溶性降粘劑的針對(duì)性較強(qiáng)；該技術(shù)的降粘機(jī)理并不是從根本上降低稠油粘度的，導(dǎo)致用劑量大且降粘率較低，增加了運(yùn)輸成本。該技術(shù)的應(yīng)用還是需要輔助其他降粘方法同時(shí)使用，來提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.11乳化降黏輸送技術(shù)

乳化降黏輸送技術(shù)是向稠油中注入一定比例的表面活性劑和水溶液，并通過一定轉(zhuǎn)速的攪拌機(jī)攪拌，把W/O乳狀液轉(zhuǎn)變?yōu)镺/W乳狀液［35］。該技術(shù)之所以能降低稠油粘度，主要是因?yàn)樗砑拥谋砻婊钚詣┚哂袧駶?rùn)管壁作用，將稠油與管道內(nèi)壁的摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)槌碛陀谒さ哪Σ?；還具有降低油水界面張力的作用，再經(jīng)過一定的攪拌，把油滴分離，形成水包油型乳狀液，把稠油分子之間的摩擦轉(zhuǎn)化為水本身之間的摩擦，從而顯著地減小了稠油的粘度［36］。

該技術(shù)具有成本低，降粘效率高，工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，有很好的應(yīng)用前景。但是，由于各稠油的組成不同，表面活性劑的針對(duì)性強(qiáng)；應(yīng)用該技術(shù)需摻入至少20%的水，這給后處理（脫水）增加了困難。

2　結(jié)束語

雖然稠油管道輸送技術(shù)有很多方法，但是目前常用的方法只有加熱法、摻稀法以及乳化降黏法，其他方法還沒有得到廣泛應(yīng)用。這些方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，通過應(yīng)用單一方法進(jìn)行稠油管道輸送，很難找到即經(jīng)濟(jì)又安全可靠的運(yùn)行方案。因此，稠油管道輸送技術(shù)的研究可遵從主輔型原則進(jìn)行降粘輸送，即選擇一種輸送方法作為主要降粘方法，再選擇另一種方法彌補(bǔ)上一種方法的不足，作為輔助降粘方法。兩種方法的結(jié)合，可以互相彌補(bǔ)各自的不足，最后可以找到即經(jīng)濟(jì)又安全可靠的輸送方案。

參考文獻(xiàn)：

［1］Abarasi Hart.A review of technologies for transporting heavy crude oil and bitumen via pipelines［J］.Petrol Explor Prod Technol，2014，32（4）∶327-336.

［2］Zhang N，Zhao S，Sun X，Zhiming X，Chunming X.Storage stability of the visbreaking product from Venezuela heavy oil［J］.Energy Fuels，2010，24（4）∶3970-3979．

［3］Hart A，Shah A，Leeke G，Greaves M，Wood J.Optimization of t he CAPRI process for heavy oil upgrading∶ effect of hydrogen an d guard bed［M］.Ind Eng Chem Res，2013，doi∶10.1021/ie400661x．

［4］Martinez-Palou R，Maria de Lourdes M，Beatriz Z-R，Elizabeth M-J，Cesar B-H，Juan de la Cruz C-L，Jorge A.Transportation of heavy and extra-heavy crude oil by pipeline∶ a review［J］.J Pet Sci Eng，2011，30（75）∶274-282.

［5］Eskin D，Ratuloswski J，Akbarzadeh K，Pan S.Modelling asphaltene deposition in turbulent pipeline flows［J］.Can J Chem Eng，2011，89（9）∶421-441．

［6］Hasan SW，Ghannam MT，Esmail N.Heavy crude oil viscosity reduction and rheology for pipeline transportation［J］.Fuel，2010，89 （8）∶ 1095 -1100．

［7］Rafael Martínez-Palou.Transportation of heavy and extra-heavy crude oil by pipeline∶ A review［J］.Journal of Petroleum Science and Engineering，2011，75（5）∶274-282．

［8］Chandrasekharan，K.P.，Sikdar，P.K..Here's how waxy Indian crude is prepared for pipeline transit［J］.Oil & Gas International，1970，15（10）∶85-95．

［9］Speight，J.G.The Chemistry and Technology of Petroleum［J］.Marcel Dekker，Inc，1991，21（2）∶47-54.

［10］Szilas，A.P.Production and Transport of Oil and Gas.Gathering and Transportation［J］.Elsevier，1986，19（8）∶64-75.

［11］Nu?ez G.，Guevara E.，Gonzalez J..Highly viscous oil transportation methods in the Venezuela industry［J］.Proceeding of the 15th World Petroleum Congress，1998，27（8）∶495-502.

［12］Rimmer D.P.，Gregoli A.A.，Hamshar J.A.，Yildirim，E.Pipeline Emulsion Transport for Heavy Oils.In∶ Emulsions∶ Fundamentals and Applications in the Petroleum Industry［M］.L.L.Schramm，Ed.American Chemical Society，Washington，DC，USA 1992）.

［13］Chang C，Nguyen QD，Ronningsen HP.Isothermal start-up of pipeline transporting waxy crude oil［J］.J Non-Newton Fluid Mech ，1999，87（7）∶127-154.

［14］Szilas A.P.Production and Transport of Oil and Gas.Gathering and Transportation［M］.Elsevier，New York （1986）.

［15］Gateau P，Henaut I，Barre L，Argillier JF.Heavy oil dilution［J］.Oil Gas Sci Technol Rev IFP ，2004，59（5）∶503-509.

［16］Anhorn JL，Badakhshan A.MTBE∶ a carrier for heavy oil transportation and viscosity mixing rule applicability［J］.J Can Pet Technol，1994，33（4）∶17-21.

［17］Nu?ez G.，Guevara E.，Gonzalez，J.Highly viscous oil transportation methods in the Venezuela industry［C］.Proceeding of the 15th World Petroleum Congress，1998，19（23）∶495-502.

［18］Saniere A，Henaut I，Argillier JF.Pipeline transportation of heavy oils，a strategic，economic and technological challenge［J］.Oil Gas Sci Technol Rev IFP ，2004，59（5）∶455-466.

［19］Wylde JJ，Leinweber D，Low D，Botthof G，Oliveira AP，Royle C，Kayser C.Heavy oil transportation∶ advances in watercontinuous emulsion methods［C］.In∶ Proceedings of the world heavy oil congress，Aberdeen （2012）.

［20］Bannwart A C.A simple model for pressure drop in core-annular flow［J］.Revista Brasileira de Ciências Mecanicas，1999，19（21）∶233-244.

［21］Bensakhria A.，PeyssonY.，Antonini G.Experimental study of the pipeline lubrication for heavy oil transport［J］.Oil Gas Sci.Technol，2004，59（9）∶523-533.

［22］Peysson Y.，Bensakhria A.，Antonini G.，Argillier J.F.Pipeline lubrication of heavy oil∶ experimental investigation of flow and restart problems［J］.SPE Prod.Oper，2007，22（8）∶135-140.

［23］Salager，J.L.，Briceno，M.I.，Brancho，C.L.Heavy Hydrocarbon Emulsions［C］.In∶ Encyclopedic Handbook of Emulsion Technology，Sj?blom，J.（Ed.），Marcel Dekker，New York （2001）.

［24］高婷，劉明.稠油超稠油管道輸送降粘方法研究現(xiàn)狀［J］.遼寧化工，2012，41（7）∶721-723.

［25］Kolle J J.Coiled-Tubing Drilling with Super critical Carbon Dioxide［G］．SPE/Petroleum Socuety of CIM 65534．

［26］王在明．超臨界二氧化碳連續(xù)管鉆井液特性研究［D］．青島∶中國(guó)石油大學(xué)（華東），2008．

［27］楊筱蘅．輸油管道設(shè)計(jì)與管理［M］．東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2006：120-191．

［28］朱靜等.稠油降粘新技術(shù)的研究進(jìn)展［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，27（1）∶64-70.

［29］王婉青，等.稠油降粘技術(shù)概述［J］.四川化工，2013，16（2）∶13-17.

［30］Clark P D，Hyne J B，Tyrer J D.Chemistry of organosulphur compound types occuring in heavy oil sands∶High temperature hydrolysis and themolysis of tetrahydrothiophene in relation to steam stimulation process［J］Fuel，2009，62（8）∶959-962.

［31］張凱.特超稠油改質(zhì)降粘技術(shù)研究［D］.青島：中國(guó)石油大學(xué)（華東），2011.

［32］李淑培.石油加工工藝學(xué)：上冊(cè)［M］.北京∶中國(guó)石化出版社，2009.

［33］趙煥省，等.稠油降粘技術(shù)研究及前景展望［J］.廣東化工，2013，40（16）∶112-113.

［34］王治紅，等.開采與集輸過程中稠油降粘技術(shù)研究進(jìn)展［J］.天然氣與石油，2013，30（6）∶1-4.

［35］朱夢(mèng)影，等.稠油輸送技術(shù)研究進(jìn)展［J］.當(dāng)代化工，2014，43（10）：2046-2048.

［36］崔桂勝.稠油乳化降粘方法與研究［D］.北京：中國(guó)石油大學(xué)，2011.

Overview of Heavy Oil Pipeline Transportation Technology

YU Huan1，JIANG Ya-jie2，WU Yu-guo1
（1.College of Petroleum Engineering，Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001，China；
2.China Petroleum Pipeline Bureau the First Engineering Branch，Hebei Langfang 065000，China）

Abstract：Due to the rapid development of the economy and the rapid growth of population，the demand for crude oil is increasing.The amount of recoverable light crude oil is decreasing，so extraction and transport of heavy oil have become particularly important.In this paper，a variety of heavy oil pipeline technologies were introduced as well as their respective advantages and disadvantages.

Key words：heavy oil；pipeline；transportation；method

中圖分類號(hào)：TE 832

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-0460（2016）01-0102-03

收稿日期：2015-09-25

作者簡(jiǎn)介：于歡（1989-），男，吉林松原人，遼寧石油化工大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)在讀碩士研究生，研究方向：原油管道輸送優(yōu)化運(yùn)行研究。E-mail：870098230@qq.com。

通訊作者：吳玉國(guó)（1977-），男，副教授，博士，研究方向：長(zhǎng)距離輸油管道優(yōu)化運(yùn)行。E-mail：wyg0413@126.com。