稠油降粘方法的作用机理及研究进展

稠油降粘方法的作用机理及研究进展作者：赵文学韩克江曾鹤施岩来源：《当代化工》2015年第06期摘要：综述了常用稠油降粘方法的作用机理及优缺点。

目前常用的稠油降粘方法主要有加热降粘，掺稀降粘，降凝降粘，加表面活性剂降粘，微生物降粘，改质降粘，油溶性降粘剂降粘，加碱降粘，催化降粘等。

并对以上几种方法进行对比和应用前景的展望。

关键词：降粘;机理;应用前景中图分类号：TE 624 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）06-1365-03Mechanisms and Research Progress of Heavy Oil Viscosity Reduction MethodsZHAO Wen-xue1， HAN Ke-jiang1， ZENG He2， SHI Yan2（ 1. China Huanqiu Engineering Company， Beijing 100012， China; 2. Liaoning Shihua University， Liaoning Fushun113001， China）Abstract： Current common heavy oil viscosity reduction methods were reviewed as well as their mechanisms， advantages and disadvantages. The current common heavy oil viscosity reduction methods include heating method， mixing light oil method， mixing surfactant method， microbial method and so on. And above several methods were compared， and their application prospect in future was analyzed.Key words： Viscosity; Mechanism; Application prospect稠油是指含有高胶质沥青质，高蜡，高硫等高粘度的原油。

由于稀油消耗量的逐渐增加，难以满足当今社会的需求[1]。

因此，稠油降粘技术是当各国的极大关注的问题。

我国地大物博物产丰富，稠油分布广泛，其中超稠油，重油主要分布在克拉玛依、新疆、辽河等油田，现在我国的主要任务是开采储量大、埋藏浅、粘度相对较低的油田[2]。

目前，稠油降粘主要有物理降粘和化学降粘法。

物理降粘主要有掺稀油降粘，加热降粘等方法，化学降粘包括降凝降粘，油溶性降粘剂降粘、表面活性降粘、微生物降粘，改质降粘，加碱降粘，催化降粘[3]。

本文主要对各种降粘方法的优缺点进行了分析对比并综述了各个方法的发展前景。

1稠油降粘的机理稠油一般不能以真溶液形式存在，而是以胶体形式存在，其中沥青质为分散相的核心，它周围的胶束为分散相，其轻质油馏分和部分胶质为分散介质[4]。

胶束中胶质沥青质以氢键或π-π等作用力与胶质分子间缔合，稠油的高粘度就是由于胶质、沥青质等大分子之间的相互作用引起的;从胶束中心到分散介质其组成是逐渐变化过渡的，因此削弱胶质、沥青质等大分子之间的相互作用是达到降粘的有效方法[5]。

2 物理降粘技术物理法降粘是用物理方法来实现降粘效果的，稠油的组成未发生变化，是区别于化学降粘的最基本的降粘技术，一般对井筒和近井地带的稠油降粘常用物理降粘法[6]。

2.1 加热降粘降粘机理：一般稠油的粘度随随温度的升高而降低，即加热可以明显降低稠油的粘度。

由于原油粘度高，会与管道产生很大阻力，因此在进入管道前对原油进行加加热，通过提高原油输送温度而降低其粘度，进而减小管路运输中的阻力[7]。

加热降粘虽然简单、常规，方便，但是能耗高，经济损失大，经常会发生凝管事故，停输后再启动困难，同时存在着最低输量的限制[8]。

目前，世界各国都在集中研究其他非加热方式进行原油开采运输，加热降粘虽普遍应用，但发展趋势不是太好，应用其他技术逐渐取代加热输降粘。

2.2 掺稀降粘法掺稀油降粘法是向稠油中加入一些稀释剂等低粘液态化合物，利用相似相容原理进行稀释的方法，通过降低稠油中胶质、沥青质的浓度来改善其流动性，进而降低稠油粘度[9]。

一般常用稀释剂有凝析油、石脑油、一些轻质油等。

稀释后的混合物通过管道运输，这样就可以直接利用常规的原油输送系统来输送稠油。

此法还大大较小了稠油与管道间的摩擦，减小了热量损失。

掺稀降粘法降粘效果好，流动性大，操作简单，损失小，稠油掺稀后相对密度变小，混合温度降低，减小运输时的热量损失，从而提高经济效益[10]。

一般地，掺稀后总液量增加时，输送管可做油管，因此在新疆、胜利、河南等具有稀油资源的油田，均采用具有良好经济性的掺稀油降粘流程[11]。

局限性在于掺稀后油品的性质会发生一定的改变，且掺稀前要进行脱水，操作复杂，经济效益低;掺稀后又变成水油混户物，还要进行再次脱水，增加了能源消耗，同时稠油与稀油混合后在管外同时运输，不仅增加了运输量，且对炼油厂工艺流程及管道设施都会造成损失 [12]。

但由于凝析油、石脑油、一些轻质油等产量逐渐下降，将且运输及掺稀方法还不完善，因此该方法的应用前景不是很好。

3 化学降粘技术化学降粘法是通过加入化学试剂来改变稠油性质而降低粘度的方法，是目前在原油开采和运输中应用最广泛最高效的降粘法。

化学法根据其降粘原理不同可分为降凝降粘，表面活性剂降粘、微生物降粘，改质降粘，油溶性降粘剂降粘等。

3.1 降凝降粘降粘原理：主要是通过加入蜡晶降低原油的凝点来降低粘度。

一般蜡晶是分子结构与原油结构相同或相类似的正构烷烃，或是一些具有极性基团的高分子化合物。

通过蜡晶进行改性法主要针对石蜡基原油，原油的高凝点是由于蜡含量高，此类原油对温度不敏感，在凝点以上稠油粘度不大，但在凝点以下粘度急剧上升。

因此改变稠油的凝点能有效的降低粘度。

目前，此技术不是很成熟，因为处理量有限，对降粘剂分子要求较高，因此要综合考虑其经济性，实用性，必要是采取其他降粘方法。

3.2 表面活性剂降粘降粘机理：表面活性剂降粘分为三种：乳化降粘，由于表面活性剂具有润湿作用，使原油由油包水型乳化剂转化为水包油型乳化液，增加原油流动性来降低粘度 [13];破乳降粘，表面活性剂能破坏 W/O 型乳状液，从而生成游离水，游离水与原油形成“悬浮油”而降低粘度[14];吸附降粘，即将表面活性剂水溶液注入油井，能够在管壁上形成水膜，减少了液流与管壁间的摩擦，通过减小流动阻力来降低粘度[15]。

一般，这三种降粘机理同时起作用，但在不同的表面活性剂和不同的处理条件下，发挥降粘机理会不同。

表面活性剂降粘技术在降粘领域占有重要位置，且工艺成熟，成本低，降粘效果好，工艺简单，安全方便见效快。

但开采时需要大量的水源，并且要针对原油的不同性质选择不同的表面活性剂，如耐高温高压，耐酸耐碱耐盐等特性，同时破乳后的稠油脱水困难，加大了处理费用[16]。

因此未来的发展趋势是要采用复配的表面活性剂，即在表面活性剂中加入一些改性的纳米材料，使水油及表面活性剂包裹在一起形成纳米乳液，即达到表活作用，具有增效作用。

新型表面活性剂要对原有技术的完善和延伸因此要深刻理解表面活性剂结构、性质与功能关系，以完善降粘方法，提高降粘效果[13]。

3.3 微生物降粘技术降粘机理主要有三种：1）微生物一般以长链烷烃，石蜡，胶质沥青质为食，将稠油中的长链饱和烷烃转化成低碳数的烷烃，从而降低稠油粘度[17];2）微生物在地下进行自身新陈代谢，产生表面活性剂能改变油水平衡，降低表面张力，从而降低原油的粘度;3）某些产气菌在地下活动，产生部分气体，使原油膨胀，进而降低凝点和粘度[18]。

微生物降粘技术应用前景很广泛，它不会有由于化学降粘造成的环境污染，且具有高效率，低成本、适应性强等特点，产出液容易处理，尤其是目前我国稠油油田含水量高，采出率低，采用微生物降粘将大大提高开采量。

但微生物降粘也有一定的局限性，要对菌种做好培育和帅选的工作。

一般稠油所处条件是温度较高、盐度较大、重金属离子含量下，但此条件下菌种不容易的生长和存活，且微生物产生的表面活性剂和微生物本身会发生聚合反应生成沉淀，因此培育菌种的条件不易控制，今后的发展趋势应该是培养耐温、耐盐、耐重金属离子的易培养菌种，是一项很有潜力和发展前景的降粘技术[19]。

3.4 改质降粘降粘机理：由于碳数越多，键长越短，分子间作用力越大，因此粘度越大[20]。

一般稠油重油中油分子碳数在16以上，甚至达到64作左右的油品。

稠油改质法是向重油中渗入一些化学试剂来使大分子链芳烃转化为小分子链芳烃，减弱分子间的作用力，从本质上降低稠油的粘度，目前主要的改质法有两种：除碳和加氢[21]。

优点：由于重油分子间发生了不可逆的改变，因此降粘效果比较好。

经改质降粘会得到低粘、优质的合成原油，且所得的副产品渣油还有有很大的用途。

缺点：改质降粘的处理量少，这就加大了处理费用，且对于催化剂的要求比较高。

今后的主要任务是在低成本下进行大量处理，可以对部分重油进行改质，然后将改质后的重油用作稀释剂输送未改质的重油，循环使用。

3.5 油溶性降粘剂降粘法降粘机理是：稠油的高粘度是由于堆积很多胶质、沥青质等大分子。

油溶性降粘剂分子主链是高碳烷基，可以浸入稠油中;在高温或溶剂作用下侧链基团，可借助强的形成氢键能力和渗透、分散作用变得疏松而进入到胶质和沥青质片状分子之间，拆散堆叠的大分子聚合物，使稠油分子结构变得松散，同时降低了原油间的聚合力，从而达到降粘效果 [22]。

油溶性降粘剂是最近几年才发展起来的，面临着两大问题：1）降粘剂的降粘机理尚不明确;2）对催化剂的选择性较高。

油溶性降粘剂主要分有缩合物型，不饱和单体共聚物或均聚物型和高分子表面活性剂型等几种类型[23]。

为提高达到更好的降粘效果，将油溶性降粘剂与稀释剂、乳化剂或热力方法配合使用[24]。

优点：油溶性降粘剂可以直接加入到稠油中，解决了降粘后的脱水困难的问题。

在蒸汽下注入稠油降粘剂可以降低油水表面张力，减少阻力，提高经济效益，同时降粘剂在降低粘度的同时会提高注气质量和压力，提高周期产量 [25]。

不足之处是油溶性降粘技术的机理尚不明确，对催化剂的要求较高，且降粘剂一般价格较高，药剂用量较大，生成成本高;对重稠油和超稠油的转化率较低。

3.6 催化降粘降粘原理：在高温高压下催化剂的条件下，稠油中的硫键会发生断裂，不可逆的降低了稠油的粘度，提高了油品。

催化降粘的优点：因裂解的作用使稠油的粘度发生了不可逆的降低，从本质上降低了粘度，提高了流动性。