稠油常温输送现状分析

稠油常温输送现状分析X

唐　奕,黄　坤,吴国霈

(西南石油大学,四川成都　610500)

摘　要:分析了稠油常温输送中目前常用的降粘方法(包括掺稀油降粘、加减阻剂及化学降粘等)的降粘原理及其优缺点,并且举出这些降粘方法在国内外的一些应用情况。

关键词:稠油;降粘方法;稠油掺稀;水环输送;减阻剂;乳化降粘

1　前言

1.1　稠油资源

世界稠油资源蕴藏丰富,估计有4000～9000亿t,可采储量达1800亿t,而普通原油资源只有3600亿t,可采储量为1350亿t。我国工业开采稠油始于50年代末,随着采油技术的发展,稠油产量越来越大。目前中国石油天然气总公司稠油日产量约为15万桶。国内稠油产量大约占原油总产量的30%～35%,但开采集输能耗占60%以上〔1〕。因此,大力开发稠油资源并且研发更加节省能耗的集输方式必将成为我国油气领域的发展趋势。

1.2　稠油输送的国内外现状及趋势

经过近几十年石油科技工作者的不懈努力,稠油开采及输送技术取得了长足的进步。目前原油集输工艺主要包括:加热法、稀释法、掺热水或活性水法、乳化降粘法、低粘液环法、改质降粘法等。其中加热输送方法是传统的方法,目前也仍是国内外原油主要集输方法,但其能耗高,输量1%以上的原油被烧掉和损耗,经济损失大,此外还存在停输再启动困难、存在最低输量等问题。因此,世界各国原油集输研究工作都在致力于用其它非加热输送方式,逐渐减少或取代加热输送方式。

2　各种稠油常温输送方法

2.1　稠油掺稀输送方法

原理:就是将稠油稀释,降低稠油的粘度,以混合物的形式进行输送的一种方法。常规的稀释方法是,在稠油进入管道之前,先将稠油与一些低粘液态碳氢化合物混合在一起,这样就可以降低稠油的输送粘度。掺入轻质油(包括天然气凝析液、原油的馏分油、石脑油等)稀释一直是稠油降粘减阻输送的主要方法。轻质油来源方便并且充足时,稀释降粘减阻技术是最简单且有效的。目前,新疆、胜利、河南等国内油田对距离较远的接转站,均采用掺稀油降粘流程〔2〕。

优点:¹可以直接利用常规的原油输送系统来输送稠油;º在停输期间不会发生稠油凝固现象。

缺点:¹稀油来源必须要有保障;º需要建专门的管线把稀油从产地输至油田与稠油掺混;»稠油中掺入稀油,对稠油和稀油的油质都有较大的影响,很难最有效地利用稠油和稀油资源。稠油掺稀输送方法已在加拿大、美国、委内瑞拉和我国得到了广泛的应用〔3〕。

应用情况:苏联秋明油田是使用了凝析油作稀释剂来解决矿场集输的。由于凝析油是从凝析油矿产出的,故本方法是经济的而且效果也很好。比如当温度1.5℃时,原油粘度为4456cP,而当加入10%凝析油后,粘度降为356cP,当加入20%凝析油后,粘度降为78.7cP。当温度10℃时,原油粘度为1,635cP,可是若加入10%凝析油后,粘度下降为198cP。而加入20%凝析油后,粘度降至50cP〔5〕。

实践证实.加入烃类稀释剂可大大降低原油粘度,而原油粘度降低的程度,随着稀释剂粘度的降低和温度的降低而增加。

2.2　掺热水法或活性水输送方法

所谓伴水悬浮输送就是在伴水中把高含蜡原油形成凝油粒的水包油悬浮液(不是乳状液),从而使高含蜡原油的有效粘度降低,达到管输的目的。此法对于高凝固点高含蜡原油,以及在气温较低的地区输送稠油是很适宜的。

原油性质是使用这种方法的决定因素。根据1922年杰弗雷创立的最小能量散失理论:在管路中流动的液体球会从管壁向中心移动。外层水环中有着很大的速度梯度并进而产生了类似“滑动”的现象,使有效粘度显著地降低。在悬浮液的主流中存在较小的速度。伴水悬浮输送的液流属于非牛顿型的,其有效粘度不仅与剪切速度有关,还随温度降低而升高。悬浮流的流动性质与外层水环的滑动、剪速、时间及温度有关〔2〕。

缺点:该工艺存在管线结垢严重、管道腐蚀严重、掺水量大、掺水温度高、油水易分层、脱水负荷大、设计难度大等问题。

应用情况:美国加州中途日塔油田采取注蒸汽二次采油法,所采原油属于重质高粘原油,其相对密度为0.9930,粘度在37.78℃时比水粘度大50000倍。

从井口到集油站是加热输送,收集的原油储存在4770m3罐内。从集油站到10区脱水站采用伴水悬浮输油法,这段管线长38.6km,管径152mm,日输液量4293m3,其中油占70%,水占30%〔5〕。

2.3　低粘液环(水环)输送方法

原理:是指向稠油中掺入一定量的低粘度不相溶液体(一般为水),在输送过程中,将油流的速度控制在某一范围内(0.84～1.3m/s),可形成环状流,粘度大的稠油作为芯流引入输送管道中被水包围,

78内蒙古石油化工 2008年第10期　X收稿日期:2007-08-12

不与管壁接触,这层水环能吸收管壁和流体之间存在的剪切应力,从而减小了流动阻力。低粘液环输送工业性试验表明,这种输送工艺技术在重质高粘易凝原油输送方面有着诱人的前景〔4〕。

特点:¹环状流型稳定性比较差,很容易遭到破坏而最终形成混相的形式,为了提高环状流的稳定性,可以在水中加入添加剂使管壁疏油;º环状流的压力损失是含水率的函数。当含水率增大时,压力损失降至最小值。一般来说,使压降最小的最佳含水率范围为8%～12%,大于这个值,压降就会比在相同流量下输送纯水时的压降高115倍;»环状流型稳定性比较差,很容易遭到破坏而最终形成混相的形式,为了提高环状流的稳定性,可以在水中加入添加剂使管壁疏油;¼长距离输送经过泵增压时如何不破坏液环是一个难题。

应用:在美国加利福尼亚州,一根直径为6英寸、长为29km的管线应用这项水环输送技术运行了近15年,所输稠油的AH标准比重为11,输量为1908m3/d,含水率为20%～30%。浙江大学对渣油液环输送研究表明:投入12%～30%的水量作为液环效果最佳,温度保持在40℃,理论输送距离在5km,但管输的稳定性差。该工艺多限于室内和工艺试验阶段。在辽河油田稠油的减阻实验研究中加入一定量的减阻剂后其减阻率可达到7.5%左右,相应的增输率在4.4%〔4〕。

2.4　原油加减阻剂输送方法

原理:减阻剂是一种应用于流体减阻的长链高分子化学添加剂,在流动的液体中注入减阻剂后,减阻剂能快速均匀地分散到油品中,在管道附近地层流边界层和管中心的絮流核心之间形成一个弹性的底层,使絮流核心的区域减小,在这一弹性底层中漩涡的运动受到抑制且由于具有弹性的聚合物分子能储存漩涡变化时的应变能,因而减少了能量的耗散,达到减少摩阻的作用。在高聚物减阻输送研究中,我们分析了减阻剂应用场合、减阻剂使用性能、减阻与增输计算、影响减阻效应的诸因素(添加量、雷诺数和剪切等)以及减阻剂注入系统等问题,并且特别注意了数学模拟放大预测技术的探讨。工业应用表明,高聚物减阻输送提高了输油管道对输量变化的适应能力,增加了输油管道的输送弹性,它是输油工艺大家族中不可缺少的一员。我国在80年代中期也在原油管道上进行过加减阻剂的实验,取得了一定的效果〔2〕。

优点:油溶性减阻剂的基本特点是添加量小、减阻效果明显、抗剪切性好、在管输液体中有良好的溶解性,对下游用户无不良影响;使用时注入方便、无毒。

缺点:对流态有严格的要求,即管道中的流体必须是湍流。层流时不起作用,而且只对直管有效。2.5　乳化降粘输送方法

原理:一定浓度的表面活性剂水溶液,在一定温度下与稠油充分混合使高粘原油以粗油滴系分散于活性水中,形成低粘度的水包油(O/W)型乳状液。通过加入化学添加剂,稠油以微小球体的形式稳定地悬浮在水中,同时由于表面活性剂水溶液的湿润作用,使液流流动阻力显著减少,即在管壁上吸附了一层表面活性剂水溶液的水膜,从而使原油和管壁之间的摩擦变成表面活性剂水溶液与管壁的摩擦,达到流动阻力显著下降的目的从而大大降低了稠油的表观粘度,而有利于管道输送。起乳化降粘作用的化学添加剂常称为表面活性剂。其种类很多,总括起来,按其构造可分四大类:阳离子型、阴离子型、两性离子型及非离子型。而作为降粘剂的是多属于非离子型的。

优点:近几年来,应用表面活性剂乳化降粘来开采和集输被认为最有前途,最有潜力的方法之一。我国自20世纪90年代以来,对胜利、南阳、辽河、大港等油田也相继进行了掺活性水管输高粘原油的试验,积累了许多经验,取得了初步成果。

缺点:在以后的工作中要涉及破乳工艺;而且处理不好会不稳定,薄膜破裂,稠油会重新聚集〔2〕。

应用情况:稠油乳化降粘技术在国外已较成熟,例如加州享廷顿滩油田试验是在一口井上进行的,该井采出液量是50%原油和50%水,原油相对密度为0.9930,粘度为30,000cP(27℃)。试验按每桶原油0.1P a表面活性剂用量,将水离子表面活性剂水溶液注入环形空间。试验中每生产一桶原油的活性剂费用为1.3美分。

试验结果如下:

¹泵容量效率从47%增至60%,环形空间的液面下降91m,泵抽效率从21%增至47%。

º出油管线回压从5,857KPa降至103KPa。

»抽油杆功率减少三分之一。

¼抽油杆摩擦阻力从11,567N降至1,779N。

½变速箱最大扭矩从6,215N・m降到3,390N ・m。

¾注入非离子表面活性剂改进了计量罐的油水分离。

¿原油产量可增加5～10%〔5〕。

3　主要结论与建议

我国稠油资源非常丰富,随着社会经济的发展,稠油将在能源中占有很重要的地位。然而稠油的高粘度极大的限制了其开发利用。我国目前也正在对稠油常温输送进行大量的研究,以期望能够找到有效的降低稠油输送的能耗和生产成本的方法,也取得了一定的成效。但不同的油田开采稠油的本身的性质不同和油田自身的实际情况也决定了选用何种常温输送工艺,必须从原油性质、管道长度、地区条件、运行要求等具体情况出发,经过大量试验和论证后确定。

〔参考文献〕

[1]　李佳宁,刘琼.论稠油在21世纪能源中的地位

[J].油气田地面工程,19(4),2000:4～6. [2]　王建成,傅绍斌.稠油集输降粘方法概述[J].

安徽化工,2005,2:15～18.

[3]　雷西娟,王鸿膺.稠油降粘输送方法[J].油气

田地面工程,2002,5:37～38.

[4]　罗塘湖.管道输油工艺研究[J].油气储运,

1993,2:1～3,19.

[5]　奏郑春,姚荣华.国外稠油集输工艺[J].国外

油田工程,1989,2:1～6,35.

79

　2008年第10期 唐奕等　稠油常温输送现状分析