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摘 要： 摘要：世界上稠油資源非常豐富，約占全球石油總資源量的 70% 以上。稠油開發(fā)和集輸主要采取加熱、摻
摘要：世界上稠油資源非常豐富，約占全球石油總資源量的 70% 以上。稠油開發(fā)和集輸主要采取加熱、摻稀、化學等降粘方法，以最大化挖掘其經(jīng)濟價值。加熱降粘法消耗能量大，投資成本高，但適應范圍廣;對于稠油產(chǎn)量巨大的油田，如附近有稀油資源，摻稀降粘被證實為經(jīng)濟有效 ;實踐應用中也會摻入降凝劑或減阻劑等化學藥劑，改善稠油集輸效率。委內(nèi)瑞拉重油帶普遍采用上述三種方法進行稠油開采。
關鍵詞 ：稠油 ;加熱降粘 ;摻稀降粘 ;化學降粘
稠油的通用定義是在地下油藏條件下黏度大于 50 mPas 或地面脫氣后黏度大于 100 mPas 的原油。根據(jù) 2014 年 EIA 統(tǒng)計數(shù)據(jù)，世界上的稠油資源非常豐富，其中稠油、超稠油、油砂和瀝青大概占全球石油總資源量的 70% 以上，具體數(shù)據(jù)為稠油地質(zhì)儲量約 8150 億 t，其中又以委內(nèi)瑞拉最多，主要分布在奧里諾科重油帶，占到世界總量的 48% ;其次是加拿大，約占總量的 32% ;然后是俄羅斯、美國和中國等。稠油從本質(zhì)上說是富含膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的一種多烴類混合物，相對于普通原油，其特點是重度高、粘度大、流動性差。因此，在稠油開發(fā)和集輸過程中進行降低稠油黏度的研究，對有效挖掘稠油經(jīng)濟價值有著重要意義。本文主要綜述稠油開采和集輸?shù)母鞣N降粘技術，并簡要介紹在油田的應用情況。
1 加熱降粘法
大量實驗研究表明，引起稠油粘度高的原因是其膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等大分子在偶極作用、電荷轉(zhuǎn)移、氫鍵作用等各種作用力下形成了膠束結構。當加熱溫度提高時，如果膠束結構獲得足夠的能量能夠打破化學鍵，可使稠油粘度迅速降低 [1]。因此，稠油尤其是超稠油、特超稠油粘度受溫度變化的影響比常規(guī)原油更加敏感。室內(nèi)試驗表明，如溫度升高 10 ℃，稠油黏度可降低一半左右。加熱降粘技術就是利用了稠油的這一特性，以加熱的方式降低稠油粘度，提高稠油流動性，進而減小稠油在開采和集輸過程中的摩阻損失。
1.1 加熱集輸
原油在進入油田內(nèi)部管道或外輸管道加壓輸送前或過程中進行加熱，降低其粘度來減少摩阻損失。加熱輸送又可分為熱處理輸送和預加熱輸送。熱處理輸送是在管輸之前對稠油進行加熱，使稠油粘度降低到可以管輸?shù)臉藴省ｎA加熱輸送是在輸油管道沿途加熱，保證稠油在管輸過程中維持較高的溫度和較低的粘度，常用的方式有沿途水套加熱站、熱流體預熱管道和電伴熱等。加熱集輸在高緯度寒冷地區(qū)如國內(nèi)大慶、哈薩克斯坦、俄羅斯西伯利亞等油田都得到了普遍的應用，但加熱輸送的主要缺點是能耗大。據(jù)統(tǒng)計，被用來作為加熱燃料的原油消耗約占整個原油輸送量的 1% 以上。另外，加熱輸送也存在著一定的安全隱患，如果輸送過程中管道溫度降低，容易發(fā)生凝管事故，再啟動困難造成嚴重的經(jīng)濟損失。
1.2 熱力開采
稠油開發(fā)過程中應用熱力開采法是動用稠油儲量的常規(guī)做法，具體包括蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、SAGD (蒸汽輔助重力泄油)、火燒油層 [2]、電加熱桿等。
蒸汽吞吐是向井筒中注入高溫高壓蒸汽來加熱油藏，然后關井燜上 2~7 天，再開井排液采油。目前世界范圍內(nèi)蒸汽吞吐的采收率平均為 15%~20%，而國內(nèi)稠油熱采產(chǎn)量的 80% 是依賴蒸汽吞吐獲得，其中又以遼河油田最為典型。
蒸汽驅(qū)是稠油油藏經(jīng)過多輪蒸汽吞吐后，為進一步提高采收率而采取的屬于三次采油范疇的熱采方法。單獨鉆取或劃分部分井作為注入井，向油層中注入高溫高壓蒸汽加熱油層，在降低原油黏度的同時，驅(qū)替地層中的原油到生產(chǎn)井中采出，采收率高于蒸汽吞吐，一般可達到 50%~60%。遼河油田某區(qū)塊，蒸汽吞吐時的采收率 24%，采用蒸汽驅(qū)后可達 53%。
SAGD 也是稠油油藏經(jīng)過蒸汽吞吐之后的加強版熱力采油方法。具體做法是鉆取高低位置錯開的兩口水平井并行穿過油層，上部水平井注入高溫高壓蒸汽加熱原油，在重力作用下，原油和熱水流到位于下方的生產(chǎn)井附近，依靠生產(chǎn)井的舉升系統(tǒng)將粘度降低的原油和水采出。SAGD 具有高采油能力、高油汽比等優(yōu)點，可降低井間干擾，避免過早的井間連通，采收率可達 70%。在加拿大的稠油和油砂項目中廣泛使用 SAGD 技術，在高油價時期，具有較好的經(jīng)濟效益。
火燒油層是在井下油層位置處點火，通過注入空氣或純氧維持油層燃燒并逐漸擴大燃燒前緣范圍。油藏燃燒時發(fā)生復雜的物理和化學作用，其中稠油部分受熱裂化成輕烴，輕烴受熱揮發(fā)，在燃燒帶以外冷凝形成輕油帶。原油受熱黏度降低、燃燒產(chǎn)生的水蒸氣和 CO2 也都有利于稠油采出。在實驗室中，火燒油層采收率可達 90%，現(xiàn)場試驗采收率達 50%。全球有 100 多個油田作過火燒油層現(xiàn)場試驗，但大多數(shù)因技術原因，均未大規(guī)模投入應用。
電加熱桿采油技術是借助于“集膚原理”，將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能，實現(xiàn)對井筒內(nèi)原油的加熱，從而降低原油粘度，改善原油流動性。其優(yōu)點是井筒加熱均勻，加熱段可控，加熱溫度可控 [3]，特別適用于水平井段稠油的開采。目前在我國勝利油田、委內(nèi)瑞拉奧里諾科重油帶均有應用，但在低油價形勢下，巨大的耗電量與產(chǎn)量增加有限的矛盾仍需克服。
2 摻稀降粘法
摻稀降粘是將密度和粘度較小的輕質(zhì)原油、凝析油或石腦油等按照一定的比例與稠油混合，根據(jù)相似相容原理，降低稠油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的濃度，使稠油粘度達到開采和管輸?shù)囊?[4]。委內(nèi)瑞拉著名的奧里諾科重油帶目前普遍采用稠油摻石腦油的方式進行生產(chǎn)和集輸，即用地面螺桿泵井口摻稀或電潛泵井下?lián)较∨e升的方式生產(chǎn)稠油，經(jīng)過轉(zhuǎn)油站氣液分離并計量、脫鹽脫水處理后，通過 200 km 長稀釋稠油管道以不加熱的方式輸送到北部 JOSE 工業(yè)園區(qū)，拔出稀釋劑后的稠油與委內(nèi)瑞拉國家石油公司提供的 MESA30 輕油混合裝船外銷，拔出的石腦油重復利用，通過稀釋劑管道返輸?shù)接吞锢^續(xù)摻稀生產(chǎn)。
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盡管摻稀法相對于加熱法，能夠有效降低稠油開采及集輸過程中所需的溫度門檻，熱能損耗小，在停輸時也不易發(fā)生凝管事故，但僅適用于附近有稀油資源的油田，而且摻入稀油也加大了原油處理量、管道運輸量和煉油廠負荷，增加了地面工程投資和操作成本。有學者認為，高粘原油摻稀開采和集輸并非完善的方法，應綜合考慮其經(jīng)濟性、可行性，但對于委內(nèi)瑞拉這一具備巨大石油儲量的產(chǎn)油國而言，能夠經(jīng)濟有效開發(fā)奧里諾科重油帶潛力，摻稀法未嘗不是一種有效的方法。
3 化學降粘法
我國油田生產(chǎn)積累了大量的化學驅(qū)油實踐，包括聚合物驅(qū)、三元復合驅(qū)等，極大地提高了老油田采收率，而化學藥劑的加入也是稠油降粘的主要手段之一。目前化學降粘主要方法有水溶性乳化降粘、油溶性降粘劑降粘等 [5]。在原油管道內(nèi)也可加入化學藥劑，改善原油輸送效果，如降凝劑和減阻劑 [6]。
3.1 乳化降粘技術
向稠油中摻入含有少量表面活性劑的水溶液，形成水包油(O/W)型乳狀液(水為外相，油為內(nèi)相)。由于水與管壁的摩阻力比原油與管壁的摩阻力小很多，此方法在降低稠油黏度的同時，也降低了整個體系的流動阻力，節(jié)約了稠油開采和輸送的動力損耗。盡管乳化降粘方法可使稠油粘度降幅 90% 以上，但仍有諸多挑戰(zhàn) ：乳化降粘劑針對性強，特定的降粘劑只適合特定稠油;乳化液易反相，變成油包水(W/ O)型，導致粘度急劇上升，管道堵塞 ;乳狀液輸送完成后，破乳和污水處理等工序增加工藝難度和操作成本。
3.2 油溶性降粘技術
油溶性降粘劑進入稠油膠質(zhì)和瀝青質(zhì)中，靠較強的形成氫鍵的能力，破壞膠質(zhì)和瀝青質(zhì)所形成的膠束結構，釋放原油輕質(zhì)組分，進而降低稠油粘度。油溶性降粘劑同樣具有選擇性，不同種類的稠油要選擇專門的降粘劑。油溶性降粘劑雖能很好地避免乳化降粘的技術缺陷(如破乳、污水處理等)，但對其研究在國內(nèi)仍處于起步階段，開發(fā)難度大，且已有的降粘劑降粘效果一般，單獨使用很難達到生產(chǎn)所需規(guī)模，需要與其他降粘工藝結合，這降低了該方法的應用價值。
3.3 水熱催化裂解降粘法
該方法需配合稠油熱采使用，即在蒸汽吞吐或蒸汽驅(qū)的注蒸汽階段，稠油在少量可溶性金屬如 Ti、 V、Cr、Mn 等催化劑的作用下，與水蒸汽發(fā)生水熱裂解反應，成為輕質(zhì)油，同時將未發(fā)生裂解的稠油稀釋。
3.4 加添加劑輸送
目前低油價條件下，委內(nèi)瑞拉油氣投資減少而又面臨保產(chǎn)增產(chǎn)的現(xiàn)實需要，東部主力油田地面工程建設的速率往往跟不上油田產(chǎn)量和輸送量，在此情況下在摻稀輸送的稠油中，適當添加降凝劑或減阻劑，可進一步改善輸送效率，提升管道輸送量。其中降凝劑可以降低原油凝固點、粘度，改善原油低溫流動性，實現(xiàn)不加熱輸送，典型的降凝劑為丙烯酸高碳醇酯共聚物。減阻劑是某些高分子的聚合物，能使紊流狀態(tài)下的稠油減少流動阻力，用于應急或短期增輸場合。
除了上述主要的稠油降粘方法外，還包括物理場降黏如超聲波、微波、磁處理、電場、低頻電脈沖振動波降粘等以及微生物降粘等前沿方法 [7]，但這些方法基本都停留在實驗室或礦場實驗階段，暫未大規(guī)模商業(yè)應用，有待未來進一步探索。
4 結論與展望
盡管加熱降粘法消耗能量大，投資成本高，但適應范圍廣，仍是稠油開發(fā)和管道運輸中廣泛應用的方法。對于有充足稀油供應的油田，或是稠油產(chǎn)量巨大的油田，應用輕油摻稀方法未嘗不是稠油降粘的一種有效手段。成熟的化學降粘方法因其工藝簡單、成本低廉，可以配合加熱降粘和摻稀降黏方法聯(lián)合使用，進一步提升稠油開發(fā)的經(jīng)濟效益。——論文作者：潘海濱
參考文獻 ：
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