稠油管道输送降粘方法研究

２ ０ １ ３年第 ５ 期
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西部探 矿工 程
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土壤 吸收 的热量 用 ， 可直接 利用 常 规 原油 管 输 系 统来 输 送 稠 油 ， 且不 会发生 “ 凝管 ” 现 象 。其 缺点 是 作 为 稀 释剂 的低 粘
稀油来源必须要有保障 ， 须建立专门的管线把稀油从产 地输送至油 田与稠油混合 ； 从经济效益角度来看 ， 稀释 换 热系数 ， Ｗ／ ｍ ・ ℃； 后 的沥青质原 油其 销售价 格一 般按稠 油计 算 ， 这 一点无 管 道 内径 ， ｍ； 疑限制 了该方 法 的推广 。 Ｌ —— 输油 管线长 度 ， ｍ； ４ 改性 剂降 粘法 土壤导 热系数 ， Ｗ／ ｍ。・ ℃； 该方 法是 通过 向稠 油 中加 入 一 定 量 的化 学 添加 剂 导热形 状系数 ， ｍ。 来降低稠油的粘度， 使其在低温下 的流动性能得到改 常规加热法普遍具有当管线温度降低时易发生凝 善 ， 从而能够在常温下进行管道输送 。目前普遍使用 的 管 事故 的缺点 ， 如果 将 其 与 电磁 感应 加 热法 结 合 使用 ， 改性 剂主要 有油 溶性 降粘剂 和乳化 降粘 剂 ２ 种。 会带 来更好 的加温 与保温 效果 。 ４ ． １ 油溶性 降粘 剂 ３ 稀释 降粘 法 油溶性降粘剂的降粘原理是基于原油降凝技术 ， 在 稀释降 粘法就是 通 过 向稠 油 中加 入稀 释剂 降低 沥 高温或 溶剂 作用下 ， 稠 油 中呈 层 状 堆积 状 态 的胶 质 、 沥 青胶 质的浓 度 ， 从而 减弱稠油 中沥青 胶质之 间 的相 互作 青 质分 子 的堆 积层 间隙会 变得 “ 疏松 ” ， 降粘 剂分 子通过 用。稀释操作一般是在稠油管道输送前进行的 ， 先将稠 氢键、 静电力和色散力扩散“ 渗” 入胶质或沥青质分子层 油与一些稀释剂 （ 低碳氢化合物） 混合在一起 ， 以此来降 之间， 使原来的沥青、 胶质结构受到破坏变“ 疏松” ， 聚焦 低 稠油 的输 送粘 度 。稀释 剂 主要 包 括低 粘 原 油 （ 如： 凝 体 变小 ， 从 而降 低稠 油的粘度 。油 溶性 降粘剂 总体 上分 析油、 含蜡 原油 ） 、 液化石 油气 （ 如： 丙烷 、 丁烷 ） 和石 油产 为缩 合物 型和不 饱 和共 聚 物两 种 。这 两 类 均 为不 饱 和 品（ 如： 柴油 、 汽 油） 等 。在 工艺方 面 ， 普遍 采用 双管 稀释 酸酯 的聚合 物 与其他 不 饱 和单 体 的共 聚 物 。近 年来 油 流程 ， 稀 释剂 的注入量 主要取决 于稠 油与稀 释剂之 间 的 溶性 降粘剂 研究 的 主要 方 向是 在 原来 酯 型 分 子 骨架 上 相 容性 。如果稀 释剂为凝 析油 ， 比例一 般为 ５ ９ ／ ６ ～３ ５ ； 引人 具有极 性或 表面 活性剂 的侧键 ， 利用 极性 基 团和表 如 果稀释剂 为轻质 原油 ， 则 掺人 比例更 大 。至 于混合 时 面活性剂基 团的空间效应 以降低 固一液界面张力 的能 的温度 ， 一 般 取 比最 粘 组 分 的凝 固点 高 ３ ￣ Ｃ～５ ℃ 为 最 力来增 强对 蜡 晶、 胶 质 沥青质 的分散 作用 。 佳 。在轻油 供应十 分充足 的情况 下 ， 采用 轻油作 为稀 释 使用油溶性降粘剂有很多优点 ， 首先降剂的加入量 剂是 有效可 行 的。常用稠 油稀释剂 见表 １ 。 很少 ， 其 浓度 一般在 ０ ． Ｏ ｌ Ａ～０ ｏ ． １ ； 其 次是 油 溶 性好 ，
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西部探 矿工程
２ ０ １ ３年第 ５期
稠 油 管道 输送 降粘方 法研 究
刘 敏 ， 廖 冲 ， 叶玉娟
（ １ ． 西南石 油大 学经济 管理 学院， 四川 成都 ６ １ ０ ５ ０ ０ ； ２ ． 川 Ｉ 庆钻 探公 司钻采 工艺 院定 向井公 司 ， 四川 广 汉 ６ １ ８ ３ ０ ０ ）
摘
要： 随 着我 国稠 油开采 量的增加 ， 稠 油管道输 送越 来越 引起 人 们 的重视 。由 于稠 油的粘 度 大 ， 密
度大， 流动性 差 ， 导 致常 温输 送 的难度增加 。从稠 油 降粘 的 角度 ， 分析 了稠 油高粘度 的原 因， 综合 列举 了 目前用 于降低 管输 稠 油粘度 的方法 ， 并从 其 降粘效 果 、 经济成 本 等方 面进 行 了对 比分 析 ， 提 出 了合 理、 经济的稠 油 管道 输送 降粘方 法建议 。
和， 即： Ｑ—Ｑ ＋ １
（ １ ）
胶质大分子为小分子是稠油降粘的根本途径。
２ 热 处理 降粘法
＝ ＝ ＝ ａ ￣ ｄ Ｌ（ ｔ － －ｔ １ ）
—
（ ｔ ｗ －ｆ ２ ） ｊ
热处理降粘法的原理就是通过加热提高稠油流动 温度 ， 以降低稠油的粘度 ， 从而减小管输时的摩阻损失 。
＊ 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ １ — ０ ６ 修 回 日期 ： ２ ０ １ ２ 一 ｌ 卜０ ８
式中： Ｑ一 加热 产生 的热量 ， ｗ；
Ｑ —— 油流 吸收的热量 ， Ｗ；
第一作者简介 ｉ 刘敏 （ １ ９ ８ ５ 一 ） ， 女（ 汉族） ， 辽宁朝 阳人 ， 西南石油大学经济管理学院在读硕士研究生 ， 研究方向 ： 油藏管理 。
２ ． １ 常规加热 法
常规 加热法 分为 管输 前 加 热 与预 加热 ２种 。管 输 前 加热是 在管输 之前将 稠油加 热到一定 的温 度 ， 随后 在 静 态下 以固定 速度冷 却 到输送 温度 或在 输 油 管 内慢 流 速流动冷 却 。其 关键 技术 是 加 热温 度 和冷 却 速度 的控
制。预加热则是利用稠油粘度随温度的升高急剧下降
的特性 ， 通过 电力热软 带沿途设 置水套 加热站 和热 流体 预热 管道 进行 热绝缘保 温 的措施 ， 从 而保证在 管输 过程 中稠 油一直处 于高温状 态 ， 这 种方法 的粘度 和压力 损失
都很少 。
２ ． ２ 电磁感 应加热 法
１ ５ ～２ ０ ， 年产量保持在 １ ０ ０ ０ ×１ ０ ｔ 以上 ， 占全 国原 油总产量的近 １ ４ ［ １ ］ 。随着稠油开采量 的增加 ， 其管 道输送问题也变得越来越重要。稠油本身的高粘度是 导致其管道输送困难的主要原因， 因此 ， 掌握各种降粘 方法 的特点 与适 用条件 是至关 重要 的 。 １ 稠油 高粘物 性分析 在稠油组成 中， 胶质和沥青质含量高 ， 含蜡量低 ， 且 含 有硫 、 氧、 氮 等元素 和 镍 、 钒等 金 属化 合 物 ， 表 现在 宏 观物性上为高粘度、 高密度、 低凝点 ， 在较大的温度范围 内属于 牛顿流 体 。相关 研究表 明 ， 对 于蜡含 量极低 的稠 油体系， 即使蜡 全部 析 出 ， 也 不 会形 成 以蜡 晶为 主体 的 原 油结构 。因此 ， 引起 稠油高 粘度 的实质并 非含蜡 原油 中存在 的结构 ， 而是其 本身分 子 中的沥青质 分子 。沥青 质分子在原油 中以三维缔合网络结构形式存在 ， 依靠分 子间力 和氢 键 力 的有 序 排 列 ， 形 成 规整 度 很 高 的聚 焦 体 。胶 质分子 吸 附在 沥青质 聚集体 上 ， 使 沥青质 粒子悬 浮在 油 中， 形 成石油 胶 体 ， 当原 油 分子 间发 生相 对 位移 时会 产 生 很 大 的 内摩 擦 力 ， 从 而 表 现 出原 油 的 高 粘 度 ］ 。因此 ， 设 法降低 稠油 中的沥青胶 质浓 度或 变沥青
电磁感应 加热法 的原理 是 将导 线 通上 交 流 电后 穿 入输 油管 内 ， 导线周 围 会产 生一 个 交 变磁 场 ， 磁感 强 度 以相 同 的频 率不 断地 改变 大小 和 方 向 。输 油 管 因此 处 于一 个反复 被磁化 的状态 ， 其 内部 的磁畴会 向两个 相反 的方 向反复 旋转 ， 其 效果 类 似 于摩 擦 生热 ， 近而 提高 了 整个 输油管 线 的温 度 ， 提高 了管输稠 油 的流动性 能 。这 种方 法可 以有效 防止 含蜡 原油 中蜡 的结 晶 而减 少 流动 摩 阻 。采用 电磁感 应法 降粘时 ， 需要 对所需 的总热量进 行计 算 ， 其 值等 于管线 的耗 热量 与油流 动吸收 的热量之
关键词 ： 稠油； 降粘 ； 管道输 送 ； 研 究 中图分类号 ： Ｔ Ｅ ８ ３ ２ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ Ｏ ０ ４ —５ ７ １ ６ （ ２ Ｏ １ ３ ） ０ ５ 一Ｏ ０ ５ ８ —０ ３
稠油（ 国外称“ 重油” ） 属于非 常规石油资源。由于
常规 石油资 源易 于开发 ， 采 油 成 本低 ， 所 以经 常被 列 为 优先 开采 。如今世 界原 油呈现重 质化趋 势 ， 我 国稠油 资 源 丰富 ， 在全 国 １ ２个 盆地 中发 现 了 ７ Ｏ多个 稠油 油 田， 稠油 的 已探 明地质 储 量 为世界 总 石 油探 明地 质储 量 的