稠油降粘技术

稠油降粘技术
目前常用的稠油（包括特稠油和超稠油）降粘方法（包括掺稀油降粘、加热降粘、稠油改质降粘、乳化降粘、微生物降粘技术等五种）的降粘原理及其优缺点。

掺稀油降粘存在着稀油短缺及稠油与稀油间价格上的差异等不利因素；加热降粘则要消耗大量的热能，存在着较高的能量损耗和经济损失；改质降粘要求较为苛刻的反应条件，同时使用范围较窄；乳化降粘使用范围相对较宽（包括油层开采、井筒降粘、管道输送等领域），同时工艺简单，成本较低，易于实现。

分析认为，采用化学降粘方法进行稠油降粘具有一定的优势，建议优先考虑。

一、掺稀降粘
掺稀降粘采油工艺是通过油管或油套环空向油井底部注入稀油,使稀油和地层产出的稠油充分混合,从而降低稠油粘度和稠油液柱压力及稠油流动阻力,增大井底生产压差,使油井恢复自喷或实现机械采油的条件。

掺稀油方式有空心抽油杆注入、单管柱注入、油管注入和套管注入4 种。

空心抽油杆注入: 稀油由空心抽油杆注入井下, 在泵筒内与地层稠油混合后由油管举升到地面(见图1) , 减小了流动阻力。

单管柱注入: 平行于油管下一条管柱, 将稀油注入到泵
下与地层液混合, 经油管将混合液采出(见图2)。

图1空心杆注稀油降粘示意图图2油管注稀油降粘示意图
套管注入: 稀油从油、套环形空间注入, 在泵下与地层稠油混合后经油管举升到地面(见图3)。

油管注入: 稀油从油管注入与地层液混合,经抽油泵上的带孔短节进入油、套环形空间被举升到地面(见图4)。

图3套管注稀油降粘示意图图4油管注稀油降粘示意图
一般来说，稠油与轻油的混合温度越低，降粘效果越好。

混合温度应高于混合油的凝固点3—5℃，等于或低于混合油凝固点时，降粘效果反而变差。

确定合理的掺油比应根据油井的原油粘度、温度、含水、含砂等情况而定。

给稀油管输温度，是决定掺油量的重要因素。

辽河金马公司通过多年摸索发现，当管输温度保持在50摄氏度左右时，稀油黏度降至最低，能够充分带动井内稠油举升至地面。

为此，他们在偏远井站的稀油干线上增装了5座加热炉，保证了稀油入井温度在40摄氏度以上；同时对4座采油站的稀油干线进行了合并，减少了零散输送带来的热损失。

通过这两项举措，日减掺稀油78吨。

在保证油井正常生产的前提下，使油井产量、泵效最高，经济效益最好。

井筒掺稀油循环工艺不仅能提高产液的温度,还可以通过提高井筒混合液的含水量来降低粘度。

在确定掺稀深度时,原油的拐点温度是个非常重要的量。

原油在井筒中被举升的过程中,温度不断降低。

当原油温度接近拐点温度时,其流动性明显变差时开始掺稀,所以确定掺稀深度实际上就是计算井筒的温度分布。

由于稀油密度低,掺稀后混合液密度也降低,掺入深度越深,井筒流动阻力越小,井口压力越高。

在井底掺稀时,不需要加封隔器,操作工艺相对简单,实际上一般在井底掺稀。

不同类型稠油拐点温度测算公式为:
T 0= 8.6lgμ+ 22.5 式中: T0为稠油拐点温度，μ为地面
脱气原油在50℃时测得的粘度值, mPa.s。

掺稀工艺的优缺点：轻质稀原油不仅有好的降粘效果，且能增加产油量，并对低产、间隙油井输送更有利。

在油井含水升高后，总液量增加，掺输管可改作出油管，能适应油田的变化。

因此，在有稀油源的油田，轻油稀释降粘，具有更好的经济性和适应性。

采用此种方法大规模地开采稠油时, 选用的稀释剂必然是稀油, 因为稀油来源广泛, 可提供的数量大, 因此也带来一些问题。

首先, 稀油掺入前, 必须经过脱水处理, 而掺入后, 又变成混合含水油, 需再次脱水, 这就增加了能源消耗; 其次, 稀油作为稀释剂掺入稠油后, 降低了稀油的物性。

稠油与稀油混合共管外输时, 增加了输量, 并对炼油厂工艺流程及技术设施产生不利影响; 此外, 鉴于稠油与稀油在价格等方面存在的差异, 采用掺稀油降粘存在经济方面的损失。

因此, 高粘原油加稀油进行降粘集输, 并非完善的方法, 应综合考虑其经济性、可行性。

二、加热降粘
目前国内外油田应用的电加热采油方式主要有电热杆加热、电缆加热、电热油管加热三种方式。

其工作原理是通过对井下电加热工具供电, 将电能转化为热力学能, 使井下电加热工具发热, 提高井筒原油的温度, 利用稠油粘度的温度敏感性, 降低原油的粘度, 提高原油的流动性, 使油井恢复生产能力。

电热杆降粘工艺
电热杆采油工艺中除常规采油工具外, 主要由电热杆、电三通、电控柜等组成, 工作时通以交流电即可。

与其它井筒加热工艺相比, 该工艺具有投资少、热效率高、对地层无损害的特点。

电热杆由空心杆及电缆芯等组成, 电缆芯通常采用直径5mm 左右铜丝、外包绝缘体, 固定于空心杆内, 在空心杆与电缆之间充满淀子油, 目的为平衡电缆芯工作温度, 避免局部温度过高而烧坏。

目前, 电热杆加热采用自控温装置, 自控温电热杆工艺可自动控制温度, PT C自控温电热杆可使每一单位的温度自控自限, 使整个伴热段温度一致, 消除低温区和过热点, 增加原油的流动性, 减少电热损失。

电热杆规格: Φ34m m×6m m,硬度> 224HB,抗拉强度较大, 工作温度可达到260℃, 加热深度最大可达2500m。

由于故障率较高, 该技术正逐步被空心杆电加热取代。

电缆加热降粘工艺
电缆加热采油工艺管柱如图4 所示。

在生产高凝油和稠油的油井中, 将三芯加热电缆利用卡箍固定在油管外部, 电缆接在三相电源两线之间, 通电后电缆发热, 热量通过油管传给井筒内的原油, 达到加热井筒稠油的目的。

可控温度为705℃, 功率为40～60W/ m。

该工艺最大的优点是下入深度深, 但与电热杆等相比, 加热效率低, 同时, 电缆绑在油管外面, 作业等过程也可能对其造成损害, 该工艺的应用越来
越少。

电热油管降粘工艺
工作原理: 当电流通过导体时, 导体因本身具有的阻抗而发热, 产生的热量与电流的平方成正比。

油管加热系统主要是基于此原理设计而成的。

优点: 电热转化效率比电热杆高, 达96%, 电热杆的电热转化效率为70%。

电热油管降粘工艺技术特点:
①电热油管加热利用油井的生产管柱做发热体, 加热功率大;
②油管抗拉强度较高, 下入深度大, 且不影响机械采油的实施, 但油管加热要采取措施, 保证油套环空绝缘, 对高含水和原油含盐较高的油井不适用，油井含盐量高,含水矿化度高,加速对油管的腐蚀;另外,井内流体导电性强,易发生漏电事故。

油管和套管形成回路,构成牺牲阳极的阴极保护,加速油管腐蚀,导致油管腐蚀严重。

③一次性投资大;
④加热功率0- 200kW , 加热深度最深2500m。

三、稠油改质降粘
稠油改质降粘是一种浅度的原油加工方法，以除碳或加氢使大分子烃分解为小分子烃来降低稠油的粘度。

除碳过程大致可分为热加工和催化加工，热加工有减粘裂化、焦化等，
催化加工以催化裂化为代表。

此外，还有溶剂脱碳，如脱沥青和脱金属等过程。

加氢过程有加氢热裂化和加氢催化裂化等。

稠油经改质后除了得到低粘、优质的合成原油外，所得的副产品渣油可用来产生氢气、加热蒸汽驱动汽轮机发电、加热蒸汽锅炉产生蒸汽进行蒸汽吞吐和蒸汽驱生产等。

四、乳化降粘
乳化降粘就是在表面活性剂作用下，使稠油的w／o型乳状液转变成O／w 型乳状液，从而达到降粘的目的。

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o／w 成型乳状液，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，使表面润湿亲油性反转变为亲水性，形成连续的水膜，减少抽吸过程中原油流动的阻力。

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：一是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；二是形成的o／w 乳状液不能太稳定，否则影响下一步的原油脱水。

近年来，有关乳化降粘剂的配方研究十分活跃，其中有非离子型一阴离子结合型，阴离子型，阳离子型及复配型。

复配型配方多是根据协同作用原理采用多元乳化剂。

常用的非离子乳化剂有烷基酚聚氧乙烯醚(OP系列)、环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚物(PEO-PPO)及脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)等；阴离子乳化降粘剂中具有代表性的有，烷基苯磺酸盐(ABS)和脂肪醇硫酸盐(AS)；阳离子型的多为季胺盐由于会与地层中带负电的粘土颗粒作用造成乳化降粘剂的大量损失，用途不及前两种广泛。

单一的降粘方式有种种不足，难以获得既经济又理想的降粘效果，而采用最多是复合降粘措施。

以具有特定表面活性的乳化剂将油溶性降粘剂配成乳状液，将这种乳状液注入井下，乳状液破乳后油溶性降粘剂与稠油作用，降低稠油粘度，粘度降低的稠油易被乳化，因而可达到很高的降粘效率。

复合降粘的作用机理既不同于油溶性降粘机理，又有别于乳化降粘机理，其基本特征是乳化剂加量极少，水外相比例低，油溶性降粘剂加量影响内相粘度，形成的乳状液既非O／W 型，也非W／O型，而是介于二者之间的过渡型。

经过试验，该方法适用于含水率大于20%，井温小于300℃的油井。

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。

五、微生物降粘技术
利用微生物降解技术对原油中的沥青质等重质组份进行降解，可以降低原油粘度，提高油藏采收率，该技术的理论依据是使用添加氮、磷盐、铵盐的充气水使地层微生物活化。

其机理包括：①就地生成以增加压力来增强原油中的溶解能力；②生成有机酸而改善原油的性质；③利用降解作用将大分子的烃类转化为低分子的烃；④产生表面活性剂以改善原油的溶解能力；⑤产生生物聚合物将固结的原油分散成滴状；⑧对原油重质组份进行生化活性的酶改进从而改善原油粘度。

但微生物降解技术的局限性在于微生物在温度较高、盐度较大、重金属离子含量较高的油藏条件下易于遭到破坏，微生物产生的表面活性剂和生物聚合物本身有造成沉淀的危险性，并且培养微生物的条件不易把握。

因此，该法的发展方向是培养耐温、耐盐、耐重金属离子的易培养菌种。