稠油化学降粘研究进展

沥青质 /%
48 40 39 20 26
饱和烃 / (胶质 + 沥青质 ) 密度 / ( g/ cm 3 )
0 44
0 9421
0 38
0 9016
0 30
0 9926
0 26
1 0124
Biblioteka Baidu
凝点 /
18 - 24
23 27
粘度 ( 50 ) / ( Pa s)
23 37 20 42 64 16 27 075
从表 1可以看出, 辽河、胜利及委内瑞拉稠油饱 和烃含量低于 50% , 而胶质、沥青质含量较高, 饱和 烃与胶质沥青质比值较小, 密度和粘度较高。
稠油亦称重质原油 /高粘原油, 目前国内外稠油 的分类标准不一致。 20世纪 70年代以来, 我国对稠 油的开发日益重视, 借鉴国外方法, 综合考虑粘度和 密度, 分类标准见下表 2 1 。
加量 4000m g /L, 原油凝点 下 降 12 , 50 粘 度 降 低 56 7% 22
1995 1997 室内研究 1999 室内研究
渣油降粘剂 XT 21
丙 烯 酸 十 二酯-丙 烯 中南工业大学 酸十六酯共聚物
马来酸酐、苯乙烯、丙 西安交通大学 烯酸高级酯聚合物
SL 油溶性降粘剂
长链醇丙烯酸酯三元 华东理工大学 共聚物
乙烯、 -烯 基酯 和 - 石油勘探开发研 烯基磺酸盐三元共聚 究院 物
加量 200 ~ 500m g/ L, 粘度 为 575 ~ 3150mPa s, 降 低 70% ~ 90% 21
丙烯 酸二 十 二酯、马 来酸 酐、苯乙 烯三 元 共聚物 + 非离子表面 活性剂
沈阳化工学院
辽河高粘原油 (粘度 5 5Pa s)
关键词: 稠油; 化学降粘; 乳化降粘剂; 油溶性降粘剂; 催化裂化
R esearch T rends on Reducing V iscosity of V iscous C rude O ils by Chem icalM ethods
SUN H ui, ZHANG Fu-sheng
( O il F ield Chem istry D epartm ent, R esearch Institu te o f Petro leum Exp lo ration and D evelopm ent, Be ijing 100083, Ch ina)
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~ 4醇、 生物聚合物和冰点抑制剂等 7~ 8 。
目前乳化降粘技术发展比较成熟, 降粘率甚至可 达 99% 以上 9~ 10 , 在国内外稠油开采和输送得到广 泛应用, 文献 11~ 17 详细报道了国内外使用乳化 降粘剂降粘的情况。
Abstract: The com po sitions and the v iscos ity form ing m echan ism of v iscous crude o ils we re d iscussed. The research trends on reduc ing v iscosity by chem ica lm ethods including v iscosity reduc tion w ith emu lsify ing agents, o i-l solub le v isco sity reducers, cata ly tic aquatherm al crack ing and v iscos ity reduction by m icrobe we re rev iew ed. T he problem s ex isting in v iscos ity reduction by using emu lsify ing v iscosity reducers and o il so luble v iscosity reducers w ere discussed. It was po inted out that research idea of o i-l so lub le v iscosity reducers fo r v iscous crude o ilw as to synthesize new effective o i-l so luble v isco sity reducers w ith fused r ing- arom atic g roup, po lar / active surface group or fluor inated active surface group in order to increase the v iscosity reduc ing effec t.
擦, 粘度和摩擦阻力大幅度降低; 润湿降阻是破坏油 管或抽油杆表面的稠油膜, 使表面润湿性反转变为亲 水性, 形成连续的水膜, 减少抽吸过程中原油流动的 阻力。 2. 1. 2 研究与应用
乳化降粘的关键是选择质优、价廉、高效的乳化 降粘剂。较好的降粘剂应 具有以下两个特 性 6 : 第 一, 对稠油具有较好的乳化性, 能形成比较稳定的 O / W 乳状液, 降粘效率高; 第二, 形成的 O /W 乳状液不 能太稳定, 否则影响下一步的原油脱水。
化学降粘技术对我国稠油的开采和输送具有特 别重要的意义。我国稠油储量丰富, 但许多油藏因 区块分散、含油面积小、油层薄等原因不能经济地 用蒸汽吞吐或电热等方法开采; 在沙漠和海底铺设
输油管道时, 传统的加热输送方法不能适应恶劣的 环境要求; 另外, 西部新建管线长且地形复杂, 人 烟稀少, 也不宜采用加热方法降粘。在这些情况下, 化学降粘技术显示出了得天独厚的优势, 值得大力 推广。
表 2 我国稠油 分类标准
分类
稠
油
特稠油
超稠油
50 粘度 / ( Pa s) 0 1~ 10 10~ 50 > 50
20 密度 / ( g / cm3 ) 0 92 0 95
> 0 98
1. 2 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 2 。 此外, 稠油中的金属原子 ( N i、V ) 对其粘度影响也比 较大, 敬加强等 3 发现原油组 成对其粘度影响的 重 要程度顺序 ( 即关联度由大到小的顺序 ) 为: N i> V = 胶质 = 残碳 沥青质 > N > S > 蜡, 认为金属杂原子 及其缔合的主体 ( 沥青质与胶质 ) 是影响原油粘度的 主要内在因素。降低原油中金属杂原子及其赖以存 在的沥青质与胶质的含量, 将有效降低原油粘度。
随着世界能源供应日趋紧张, 储量丰富的稠油日 益引起各国的重视。稠 油富含胶质和 沥青质, 粘 度 高, 密度大, 流动性差, 给其开采 和集输带来很大 困 难。降低稠油粘度, 改善稠油流动性, 是解决稠油开 采、集输和炼制问题的关键。
工业上常用的降粘方法有加热降粘、掺稀降粘、 化学降粘 ( 乳化降粘, 油溶性降粘剂降粘 等 ) 等。近 年来化学降粘技术越来越引起人们的重视。
2. 1. 3 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: 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 18 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。 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 19 。 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
聚集体, 形成片状分子无规则堆砌、结构比较松散、有 序程度较低、空间 延伸度 不大、有 降粘 剂分子 参与 (形成新的氢键 )的聚集体, 从而降低稠油粘度。 2. 2. 2 研究进展
国外的研究应用多以降凝剂为主, 目前还没有见 到有关油溶性降粘剂的报道。国内的研究开发是近 几年开始的, 但研究进展较慢。
K ey word s: v iscous crude o i;l chem ical v iscosity reduce r; em ulsify ing v iscos ity reducer; o il so lub le v iscosity reducer; cata ly tic cracking
2 化学降粘方法研究进展
2. 1 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。
2. 1. 1 机理 4 ~ 6 乳化降粘的主要机理包括乳化降粘和润湿降阻
两方面。乳化降粘中使用水溶性较好的表面活性剂
作乳化剂, 将一定浓度的乳化剂水溶液注入油井或管 线, 使原油分散而形成 O /W 型乳状液, 把原油流动 时油膜与油膜之间的摩擦变为水膜与水膜之间的摩
Vo.l 13, No. 23 16
精细与专用化学品 F ine and Specia lty Chem icals
第 13卷第 23期 2005年 12月 6日
稠油化学降粘研究进展
孙 慧* 张付生 (中国石油勘探开发研究院油田化学所, 北京 100083)
摘 要: 分析了稠油的组成及稠油高粘度 形成机理 。综述了 稠油化 学降粘 技术 ( 乳化 降粘、油溶性 降粘剂 降 粘、井下水热催化裂化降粘、微生物法降粘等 )的研究与应 用, 并 对其降 粘作用 机理进 行分析。探 讨了油 溶性降 粘 技术和乳 化降粘技术存在的问题, 指出油溶性降粘剂的研究思路 : 在降粘剂分子中 引入稠环芳 香基团、具有表面 活 性基团、含氟表面活性剂基团, 以提高降粘效果。
EP-18油溶性降粘剂 大分子酯型降粘剂 华东理工大学
梳状聚合物降粘剂
苯乙 烯、甲基 丙烯 酸 甲酯、丙 烯酰 胺聚 合 物与十八醇酯交换所 得三元共聚酯化物
表 3列出了我国部分油溶性降粘剂的研究与应 用现状。
表 3 我国部分油溶性降粘剂的研究与应用现状
降粘剂
主 要成 分
开 发单 位
稠油
效果
时间 备注
EM S 复合型原油降 凝降粘剂
F 21
复配型降粘降凝剂
EVA + MVA + 表面活 性剂
石油勘探开发研 究院
冀东油田 104-5 区块 沥青基稠油
加量 400m g /L, 35 粘 度 由 3423m Pa s降 至 1000mPa s, 降粘率为 71% 20
2005年 12月 6日
孙慧, 等: 稠油化学降粘研究进展
17
原油
辽河高升稠油 辽河辽阳稠油 胜利草桥稠油 委内瑞拉稠油
饱和烃 /%
23 3 21 4 17 7 10 69
芳烃 /%
23 6 22 4 23 9 48 03
表 1 部分稠油的组成和物性
胶质 /%
48 3 51 8 54 5 21 02
18
精细与专用化学品
第 13卷第 23期
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 油溶性降粘剂降粘技术 2. 2. 1 作用机理
油溶性降粘剂降粘技术是在降凝剂技术的基础 上发展起来的一种新技术。降粘机理是: 降粘剂分子 借助强的形成氢键能力和渗透、分散作用进入胶质和 沥青质片状分子之间, 部分拆散平面重叠堆砌而成的
1 稠油的组成及其高粘机理
1. 1 组成与分类 原油是各 种烃类 ( 饱 和烃、芳烃 ) 与 非烃类 ( 胶
质、沥青质 )的混合物, 当各种组分相对含量不同时, 则原油物性不同。表 1列出了部分稠油的组成和物 性。
* 收稿日期: 2005-09-08 作者简介: 孙慧 ( 1982-), 女, 在读硕士研究生, 主要从事稠油降凝降粘方面的研究工作。