河南油田稠油降粘技术探析

河南油田稠油降粘技术探析
作者：彭富更张红梅孙瑞云周文建
来源：《现代商贸工业》2011年第09期
摘要：综述了国内外各种降粘技术及其降粘机理，并分析了各种降粘技术的优缺点。

介绍了河南油田近年来的降粘技术应用情况，为下步河南油田的降粘技术提出了指导性建议。

关键词：稠油;降粘技术;降粘剂
中图分类号：TB
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2011）09-0091-02
1 稠油的一般性质
1.1 稠油的一般性质
高粘度的重质原油，国际上又称重油（Heavy Oil），我国俗称稠油。

稠油与普通原油（轻质原油）相比，既具有石油共性，又具有自己的特性。

石油是一种复杂的、多组分的均质混合物，由烷烃、芳烃、胶质和沥青质组成。

烷烃和芳烃是石油中分子量较小、相对密度较低的组分。

胶质和沥青质为高分子量化合物，并含有硫、氮、氧等杂原子。

尤其沥青质是原油中结构最复杂、分子量最大、相对密度最大的组分。

因为稠油的胶质和沥青质含量高，稠油的性质在很多方面与常规原油不同，我国将稠油分为普通稠油，特稠油，超稠油三种。

1.2 稠油的高粘机理
稠油的胶质、沥青质分子含有可形成氢键的羟基、氨基、羧基、羰基等，因此胶质分子之间、沥青质分子之间及二者相互之间有强烈的氢键作用。

沥青质分子的芳杂稠环平面相互重叠堆砌在一起并被极性基团之间的氢键所固定，形成了沥青质粒子。

胶质分子以芳杂稠环平面在沥青质粒子表面重叠堆砌，被氢键固定，形成沥青质粒子的包覆层。

这种粒子也可通过氢键相互连接。

这样就造成了原油的高粘度。

稠油的高粘度一方面与其中的胶质和沥青质含量有关，同时，还可能与稠油中的配合物、分子聚集状态及分子极性（S、O和N等杂原子）有关。

稠油中杂原子形成的胶质和沥青质化合物以及有机金属化合物分子量大、密度高，尽管含量低，但对稠油性质影响很大，是引起稠油粘度高，流动性差的重要因素。

2 稠油降粘方法
稠油中胶质和沥青质含量高是造成稠油粘度高的主要原因。

粘度高给大规模开发稠油和集输带来很多问题：
（1）由于油稠，抽油机的负荷增大。

造成耗电量大，机械事故（如抽油杆断裂等）增多；
（2）由于油稠，有时甚至导致抽油杆无法深入油井，造成开采中断；
（3）由于油稠，增加了原油外输的困难等。

为了解决这些难题，稠油的具体工艺开采方法较多，主要包括蒸汽吞吐、二氧化碳吞吐、表面活性剂法、微生物降粘法开采技术、井筒乳化降粘技术、地层乳化降粘吞吐技术以及两种或两种以上技术联用等。

2.1 稠油乳化降粘技术
乳化降粘就是在表面活性剂作用下，使稠油或将W/O型乳状液转变成O/W型乳状液，从而达到降粘的目的。

（1）降粘原理。

乳化降粘的主要机理包括乳化降粘、破乳降粘和润湿降阻三方面。

这三种机理往往同时存在，但表面活性剂不同及条件不同时，起主导作用的降粘机理也不同。

（2）选用表面活性剂的原则。

乳化降粘的关键问题是形成适当稳定的O/W型乳状液，在整个过程之中不会破乳分层，最后到集油站或炼油厂后又能容易破乳脱水，因此所选的乳化降粘剂应具有以下两个特征：第一，对稠油具有较好的乳化性，能形成比较稳定的O/W型乳状液，或者对油管、抽油杆表面具有良好的水润湿性，能形成稳定的水膜；第二，形成的O/W 型乳状液不能太稳定，否则影响下一步的脱水。

除此之外，所选用的表面活性剂还应具有高效、廉价、货源广、用量少的特点。

（3）常用的表面活性剂类型。

①按溶解后解离出的电荷分阴离子型、阳离子型、两性离子型、非离子型4种。

②按表面活性剂所带官能团分脂肪酸盐类（阴离子型）、石油磺酸盐类（阴离子型）、聚氧乙烯烷基酚醚类（非离子型）等。

其中，羧酸盐型表面活性剂对超稠油乳化效果较好，而OP和Tween型的非离子表面活性剂则对普通稠油乳化效果较好。

（4）研究与应用。

近年来，乳化降粘剂配方的研究十分活跃，这些乳化降粘剂多根据协同作用原理采用多元复配型配方，同时包含非离子型表面活性剂和离子型表面活性剂。

部分原油乳化降粘剂配方中还加入碱、C1~C4醇、生物聚合物和冰点抑制剂等。

目前乳化降粘技术发展比较成熟，降粘率甚至可达99%以上，在国内外稠油开采和输送得到广泛应用。

（5）发展趋势。

目前，虽然乳化降粘剂的配方很多，仍存在较多问题：①采出液污水处理难度大。

目前的各种破乳脱水方法都存在一定的问题。

文献报道了一种对温度敏感的降粘剂，改变温度，原油乳状液中的水就会自动脱出，为解决脱水问题提供了一种思路。

②虽然乳化降粘剂的配方很多，但对稠油的选择性都很强，主要原因是稠油组成的差异。

稠油组成如何影响乳化降粘效果，乳化降粘剂的结构与其性能的关系如何，至今仍未得到明确的答案。

③目前，能够用于高温和高矿化度油藏条件下的乳化降粘剂还不多，即使有一些文献报道，但大都成本较高。

因此，研究廉价的耐盐、耐高温的降粘剂是今后乳化降粘技术的一个重要发展方向。

2.2 井筒降粘和化学吞吐技术
井筒降粘和化学吞吐都是将稠油乳化形成O/W乳状液，从而使粘度大幅度下降的开采方法。

将碱液、表面活性剂和矿化水（或清水）组成的驱油液注入油井，从套管加到井底或挤入油层近井地层。

由于井底温度和压力的变化，稠油从地层渗流到井筒，水、表面活性剂和原油的混合物向井口流动，产生适当的搅拌效应，从而使稠油以油滴状态分散在水中，由于表面活性剂降低油水界面张力的作用，形成了以稠油为分散相，水为连续相的O/W型稠油乳状液。

由于连续相水的粘度很低，流动过程中的稠油内摩擦也变为水与管壁间的摩擦，从而大大降低了井筒内流体流动阻力，减少了动力消耗，提高了油井产量。

井筒降粘是针对驱入油井的油粘度过大，很难将油从井筒采出而采用的直接将降粘剂注入采油井筒的技术。

化学吞吐是指在注蒸汽时注入降粘剂的方法。

井筒降粘要求静止时油水立即分离，流动时迅速乳化；化学吞吐则要求形成的乳状液比较稳定。

2.3 微生物降粘
微生物降低稠油粘度主要基于以下两点：
（1）微生物降解原油的大分子组分，减小其平均分子量。

（2）微生物产生的生物表面活性剂、酸、气等代谢产物能够大幅度降低粘度。

微生物技术以其成本低、无污染、经济效益好的优势，已日渐成为一项重要的三次采油技术，如文献报道了微生物单井吞吐在胜利油田东辛A8-X5井的成功应用。

目前微生物对稠油的降解主要是针对高碳直链烷烃，适用于中低含量的胶质、沥青质的普通稠油油藏。

而对于富含沥青质、胶质的稠油，由于沥青质、胶质结构复杂，微生物对其降解十分困难，开采效果并不理想。

开发培育针对于沥青质、胶质结构的优良微生物菌种，具有重大的现实意义。

另外，微生物技术效果的好坏，与油层特征、施工背景和菌种与地层流体的配伍性能有关，开发的微生物菌种往往针对性强，适用面窄。

这些都限制了该技术的发展与应用。

微生物降粘技术具有成本低、无污染、经济效益好的优势，但该技术使用条件比较苛刻，特别是微生物对结构复杂的沥青质、胶质降解十分困难。

因此，开发培育针对于沥青质、胶质的优良微生物菌种，具有重大的现实意义。

2.4 稠油改质降粘技术
稠油井场改质技术在国内外均仅处于先期研究阶段，其中减粘裂化和地下水热裂化技术有望最先投入工业化使用。

井下水热催化裂化降粘技术是利用稠油与水蒸汽之间发生的水热裂解反应，使稠油在催化剂的作用下，使高碳数的稠油发生部分裂解而成为轻质油，不可逆地降低了稠油的粘度，提高了油品品位，导致原油的蒸汽压增加，油层压力和能量增加。

20世纪90年代初，国内外开始了稠油井下降粘开采的初步研究。

专利证明了稠油水热裂解的可行性。

井下水热催化裂化降粘技术的关键是选择合适的催化剂。

好的稠油裂化催化剂应满足下列条件：
（1）易注入油层，尽可能扩大波及范围。

（2）良好的耐温性（耐温280℃以上）。

（3）与地层水的配伍性好。

（4）抗毒性好，不易受到原油中复杂组分的毒化。

（5）活性高，寿命长和成本低。

井下水热催化裂化降粘技术不同于单纯的热采法，是不可逆过程，对于井筒降粘和地面流动均有明显的优点。

但该技术需要热驱动，催化剂选择难。

特别是催化剂选择问题限制了该技术的发展。

研制效果好、成本低的催化剂将是以后的主要研究方向。

虽然井下水热催化裂化降粘技术已经进行少量现场试验，但粘度仅下降60%。

如果能找到高效催化剂，与其它（油溶性降粘剂）降粘技术配合使用，可望取得较大应用范围。

3 降粘技术的应用
河南油田的稠油中，普通稠油占36%，特稠油和超稠油占64%。

目前，井楼、古城有许多油井因原油粘度，胶质、沥青质高而导致热采效果差，油汽比低。

部分超稠油新井，因油层原油过稠，油井无法正常生产，甚至在放喷过程中出现管线堵塞、无法开抽。

因此，近年来，河南油田化学降粘技术广泛应用，实施117井次，累计措施增油7000余吨。

（1）适用范围：对于生产周期相对少，地层有一定的能量，单纯由于原油粘度高，而无法正常生产的油井，采用化学降粘。

（2）应用规律:①油层温度下原油粘度在4000－50000mPa.s之间，降粘措施较好。

原油粘度过低或过高（超稠油）降粘效果差。

降粘在井楼油田Ⅳ、Ⅱ油组实施，生产效果较好。

②低周期降粘效果相对较好，而高周期效果差。

③油层厚度在3米-5米之间，降粘效果较好，而5米以上效果较差。

由于近年来投产井平均单井有效厚度在4m以下，少数在5米以上的油井，也是多个小层合采。

因此，油层存在着很大差异，造成降粘剂沿汽窜单层突进，影响降粘剂注入的采收率。

从而，5米以上的油层措施效果较差。

4 结论与认识
（1）对于单纯由于原油粘度高而导致生产不正常的，有必要进行乳化降粘措施。

（2）对于超稠油或特超稠油，建议应用两种或两种以上复合技术，进一步提高措施效果。

（3）对于高周期油井，应采取以补充地层能量为主、降粘为辅的措施原则。

参考文献
［1］邸进申,李英杰,郑辉杰.H89-2原油流动性改进剂的研究［J］.石油学报,1998,（2）:103~106.
［2］范洪富.地下水热催化裂化降粘开采稠油新技术研究［J］.油田化学,2001,（1）:13.
［3］黄建春,李光正,莫乃榕.油—水乳状液流过弯管的局部阻力特性研究［J］.华中科技大学学报,2001,（7）.
［4］林世雄.石油炼制工程［M］.北京:石油工业出版社,2000.。