陳文超(哈爾濱石油學(xué)院石油工程系,黑龍江 哈爾濱 150027)
稠油一般是指油層溫度下脫氣原油的粘度超過100mPa·s,密度大于0.92g·cm-3的原油。在油田稀油資源緊缺的局面下,稠油將成為石油資源重要的接替資源[1],我國的稠油資源豐富,但由于粘度高,流動(dòng)性差,增加了稠油開采和集輸?shù)睦щy,為了改善稠油的開采和集輸,必須研究稠油的性質(zhì)和稠油的降粘工藝技術(shù)。
稠油之所以稠,主要是稠油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量高,膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量越高,油的粘度也就越高,即油越稠。原油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)并不是單一物質(zhì),它們是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的非烴化合物的混合物,膠質(zhì)的相對分子質(zhì)量較低,溶于油,而瀝青質(zhì)的相對分子質(zhì)量較高,是膠質(zhì)的進(jìn)一步縮合物,不溶于油,分子中稠環(huán)部分成片狀。
稠油熱力降粘開采是應(yīng)用了稠油對溫度高敏感性,即稠油溫度越高粘度越小,即應(yīng)用工藝手段使稠油油層溫度提高,膠質(zhì)分子間、瀝青質(zhì)分散相間和膠質(zhì)分子與瀝青質(zhì)分散相間通過氫鍵和分子糾纏而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的作用力減弱,稠油中的結(jié)構(gòu)被破壞,使粘度明顯降低,提高油層流動(dòng)性來開采稠油[2],在一定溫度的范圍內(nèi),溫度升高稠油粘度將明顯下降,即溫度每升高10℃,稠油的粘度約下降一半;當(dāng)結(jié)構(gòu)完全被破壞時(shí),稠油粘度就隨溫度的升高而降低得很小,即超過一定溫度范圍,溫度繼續(xù)升高,稠油的粘度降低很小[3]。
利用有機(jī)溶劑“相似相溶”的原理,在稠油入管道前,將稀油(如煤油、柴油、輕質(zhì)油等)作為稀釋劑,加入稀油后稠油的粘度大幅度降低,其稀油的作用機(jī)理是由于稀油的加入增加了膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分散體之間的距離,減小了它們之間的相互作用力,從而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定程度的破壞而起到降粘。
該方法的優(yōu)點(diǎn)是可直接利用常規(guī)原油輸送系統(tǒng)來輸送稠油,而缺點(diǎn)是需要專門管線把稀油產(chǎn)地輸至油田與稠油摻混,并且摻入稀油后稀油的品質(zhì)發(fā)生改變,其經(jīng)濟(jì)效益不理想。
在一定油水比的條件下,用水溶性的表面活性劑可將稠油從W/O型乳狀液轉(zhuǎn)變成O/W型乳狀液,從而達(dá)到降粘的目的,其降粘機(jī)理主要是乳化降粘和潤濕降阻[5]。乳化降粘所用得水溶性較好的表面活性劑作為乳化劑,加入后使原油分散而形成O/W型乳狀液,這樣就把原油流動(dòng)時(shí)油膜與油膜之間的摩擦變?yōu)樗づc水膜之間的摩擦,粘度和摩擦阻力將大幅度的降低;而潤濕降阻則是破壞稠油膜,使表面發(fā)生潤濕反轉(zhuǎn),即由親油性反轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性,從而減小輸送過程中原油流動(dòng)的阻力。
雖然目前研究乳化劑的配方很多,但乳化降粘技術(shù)存在許多難以克服的缺點(diǎn):①稠油采出后破乳困難;②摻水量大,至少30%以上,對于超稠油則超過50%,加大了后續(xù)污水處理,使得處理工藝難度增加;③由于稠油組成的差異,乳化劑對稠油的選擇性強(qiáng);④O/W乳狀液的腐蝕問題不容忽視;⑤降粘劑的高抗溫、抗鹽、抗礦化度的能力有限,即使效果較好,但成本比較高、不經(jīng)濟(jì)。
油溶性降粘劑降粘是在降凝劑技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型降粘技術(shù),同時(shí)也是克服乳化降粘技術(shù)缺陷的一種稠油降粘方法。使用時(shí),將配好的油溶性降粘劑溶液從井筒的環(huán)形空間定期定量注入井內(nèi),通過泵的作用,使藥劑與稠油充分混溶,針對膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子呈層次堆積狀態(tài),油溶性降粘劑溶解瀝青等重質(zhì)成分通過滲透、分散直至剝離,即降粘劑分子滲入到膠質(zhì)或?yàn)r青質(zhì)分子層之間,其作用類似于粘土水化的過程,從而降低了稠油的粘度[6]。
油溶性降粘劑品種基本上可歸結(jié)為兩類:一類是縮合物型,另一類是不飽和單體的均聚物或共聚物。
稠油催化水熱裂解是指在高溫和催化劑存在的條件下,稠油中的活性組分(指稠環(huán)部分連接的碳鏈中有硫鍵的膠質(zhì)、瀝青質(zhì))與水發(fā)生導(dǎo)致稠油降粘的一系列反應(yīng)。常用的稠油催化劑主要有FeSO4、NiSO4、FeCl3、A1C13等,在蒸汽驅(qū)或蒸汽吞吐的注蒸汽階段加入這些催化劑,稠油受熱裂解,由于碳-硫鍵鍵能低,即在稠油中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)碳-硫鍵鍵處斷裂,裂解后稠油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均降低,從而達(dá)到降粘的目的。
在稠油中加入氧化劑,可使瀝青質(zhì)中稠環(huán)部分間連接的碳鏈或含雜原子碳鏈通過氧化反應(yīng)斷裂,減小瀝青質(zhì)形成結(jié)構(gòu)的能力,達(dá)到稠油降粘的目的,氧化劑(主劑)為NaIO4和30%H2O2,提供H+的助劑為NaH2PO4和CH3COOH,稠油發(fā)生氧化反應(yīng)后,不但使瀝青質(zhì)相對分子質(zhì)量降低,同時(shí)也降低稠油的粘度。
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