發(fā)布時(shí)間：2022-04-21所屬分類(lèi)：工程師職稱(chēng)論文瀏覽：1次
摘 要： [ 摘 要] 稠油具有密度大、粘度高、輕油含量少的特點(diǎn)，使得開(kāi)采和輸送稠油的工藝難度大，增加了開(kāi)采和輸送的成本，為了能夠合理、經(jīng)濟(jì)地開(kāi)采和輸送稠油，必須對(duì)其進(jìn)行降粘。對(duì)目前稠油開(kāi)采和輸送中的降粘方法及應(yīng)用概況進(jìn)行了研究，包括開(kāi)采中所應(yīng)用的蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)
[ 摘 要] 稠油具有密度大、粘度高、輕油含量少的特點(diǎn)，使得開(kāi)采和輸送稠油的工藝難度大，增加了開(kāi)采和輸送的成本，為了能夠合理、經(jīng)濟(jì)地開(kāi)采和輸送稠油，必須對(duì)其進(jìn)行降粘。對(duì)目前稠油開(kāi)采和輸送中的降粘方法及應(yīng)用概況進(jìn)行了研究，包括開(kāi)采中所應(yīng)用的蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、火驅(qū)法和輸送中所應(yīng)用的乳化降粘法、稀釋法、低粘液環(huán)輸送法、添加油溶性降粘劑法。
[ 關(guān)鍵詞] 稠油;降粘;開(kāi)采;輸送
稠油即高粘度重質(zhì)原油，國(guó)際上常稱(chēng)為重油。稠油是一種復(fù)雜的、多組分的均質(zhì)有機(jī)混合物，主要是由烷烴、芳烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)組成。一般是以油層條件下或油層溫度下的脫氣原油粘度為主，粘度在 50 mPa·s 以上叫稠油。粘度在 50～10 000 mPa·s 稱(chēng)為普通稠油;粘度在 10 000～50 000 mPa·s 稱(chēng)為特稠油;粘度>50 000 mPa·s 稱(chēng)為超稠油或天然瀝青。
在世界稀油資源緊缺的局面下，稠油將成為石油資源的重要接替，我國(guó)原油主要是以稠油油藏為主，稠油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量過(guò)高是稠油高粘度的原因，對(duì)稠油開(kāi)采和輸送工藝難度相當(dāng)大，針對(duì)不同稠油油品選擇合理的降粘方法將變得至關(guān)重要。否則將影響稠油正常開(kāi)采和輸送，從而增加開(kāi)采、輸送的成本，降低經(jīng)濟(jì)效益。
1 稠油開(kāi)采工藝中的降粘方法[1]
1. 1 熱力降粘開(kāi)采法[ 2]
熱力開(kāi)采是應(yīng)用了稠油對(duì)溫度的高敏感性，即溫度越高稠油粘度越小。應(yīng)用工藝手段使稠油油層溫度提高，降低油層中稠油的粘度，提高油層的流動(dòng)性來(lái)開(kāi)采稠油。主要的方法有蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、火驅(qū)法。
1. 1. 1 循環(huán)蒸汽吞吐采油
又叫周期性注汽或循環(huán)注蒸汽法采油(CCS)，在單井中分階段實(shí)施的開(kāi)采方法。作用機(jī)理是向稠油油井注進(jìn)高溫、高壓、濕飽和蒸汽，加熱油層原油，使稠油粘度降低進(jìn)行開(kāi)采。最早采用此方法的是加拿大艾伯塔省冷湖油田(Cold Lake)，循環(huán)蒸汽吞吐采油在我國(guó)稠油開(kāi)采方法上已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)，應(yīng)用于各大油田。
1. 1. 2 蒸汽驅(qū)
在多井之間進(jìn)行，由注汽井注入油藏的蒸汽，加熱原油并將它驅(qū)向生產(chǎn)井中，由于重力分離作用，蒸汽向油層頂部超覆，熱水將進(jìn)入油層下部，注入油藏的蒸汽，由注入井推向生產(chǎn)井進(jìn)行采收。作用機(jī)理是通過(guò)降低原油粘度，提高原油的流動(dòng)性。國(guó)外應(yīng)用比較廣泛，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)進(jìn)入了大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用階段。面臨挑戰(zhàn)有低密度蒸汽重力上竄、儲(chǔ)層的非均質(zhì)性等問(wèn)題。
1. 1. 3 火燒油層
火燒油層也叫火驅(qū)，是一種用來(lái)驅(qū)動(dòng)高粘度稠油的方法，也需要在多井之間進(jìn)行。它是將含氧氣體(空氣)用高壓注入油層，通過(guò)燃燒裂解油層部分重質(zhì)油分，采出輕質(zhì)油分，并借助生成的熱降低未燃燒稠油粘度，促使其生產(chǎn)出來(lái)。因?qū)嵤┕に囯y度大，不易控制地下燃燒，同時(shí)高壓注入大量空氣的成本又十分昂貴。許多油田都嘗試過(guò)火燒油層，發(fā)現(xiàn)這種方法不穩(wěn)定，在英國(guó)巴斯大學(xué)研發(fā)在水平井上應(yīng)用的水平段注空氣技術(shù)(THAI)系統(tǒng),使得該技術(shù)有了新的應(yīng)用前景。
1. 2 化學(xué)降粘開(kāi)采法
化學(xué)降粘法[3]是油田應(yīng)用最廣、有效的降粘方法，在稠油開(kāi)采和集輸工藝中都有應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外在這方面的研究也取得了很大的進(jìn)展。目前國(guó)內(nèi)研究比較多的是稠油水熱催化裂解降粘法、添加油溶性降粘劑進(jìn)行稠油開(kāi)采兩種方法，添加油溶性降粘劑的方法在原油輸送中應(yīng)用的比較多，目前尚無(wú)在稠油開(kāi)采上應(yīng)用的報(bào)道。
1. 2. 1 稠油水熱催化裂解降粘法[4]
在蒸汽吞吐不變的情況下，將適當(dāng)?shù)拇呋瘎┘捌渌鷦╇S同蒸汽注入油層，使稠油在水熱條件下發(fā)生催化裂解，不可逆地降低重質(zhì)組分含量或改變其分子結(jié)構(gòu)，降低稠油粘度的方法。該技術(shù)首先是 Hyne 等在研究加拿大稠油時(shí)發(fā)現(xiàn)的，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)水熱裂解反應(yīng)后稠油的粘度大幅度降低，硫、氧、氮等雜原子的含量降低。國(guó)內(nèi)首例水熱裂解方法實(shí)施是在遼河油田，進(jìn)行了 7 口井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得了較好的效果。劉永建、蔣生健等認(rèn)為水熱裂解開(kāi)采稠油技術(shù)具有很高的潛在價(jià)值,是未來(lái)經(jīng)濟(jì)高效開(kāi)采稠油的新途徑，可根據(jù)具體稠油中所含的組分，選擇研制成本低、活性和選擇性高、反應(yīng)條件寬的催化劑。
1. 3 其他降粘開(kāi)采方法
1. 3. 1 超聲波降粘開(kāi)采法[5]
降粘機(jī)理是綜合了超聲波的空化作用、熱作用、機(jī)械振動(dòng)作用。空化作用產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力或高速微波射流能使原油中長(zhǎng)鏈蠟烴分子、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子斷裂，分子量減小，起到降粘的作用。超聲波在原油中傳播時(shí)被吸收，聲能轉(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生熱能;在不同介質(zhì)的分界上摩擦產(chǎn)生熱能;空化作用在氣泡崩潰時(shí)釋放出大量的熱能;在原油與結(jié)蠟層、管壁及巖石的分界處，因振動(dòng)速度的巨大差異而產(chǎn)生摩擦，會(huì)產(chǎn)生局部高溫，產(chǎn)生的這些熱能對(duì)原油起到加熱降粘的作用。
國(guó)內(nèi)從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中得出聲波的參數(shù)組合中頻率、作用時(shí)間、聲強(qiáng)之間的配伍效果好，原油降粘的效果好。而且超聲波在油溫低的情況下比油溫高時(shí)的降粘還要好。將超聲波應(yīng)用于稠油開(kāi)采工藝上，是近幾年迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，這種方法具有操作簡(jiǎn)單、作用面廣、成本低廉、對(duì)地層造成的危害少、能耗低的特點(diǎn)，越來(lái)越受到重視。
1. 3. 2 微生物降粘法[6]
微生物對(duì)稠油的降粘作用：(1)微生物向石蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等碳?xì)浠衔镉蝿?dòng)，以碳?xì)浠衔餅槭澄铮瑢⒃椭虚L(zhǎng)鏈碳?xì)浠衔锝到猓档驮驼扯燃昂灹浚瑥亩_(dá)到降粘和抑制石蠟沉積的目的。(2)微生物在地層代謝過(guò)程中，產(chǎn)生生物表面活性劑及其他有機(jī)物，使油水界面張力降低，改善油藏潤(rùn)濕性，提高油藏原油的滲透性。(3)微生物中的產(chǎn)氣菌在地層活動(dòng)中，可生成大量的氣體(如 CO2、N2、H2 )，使原油膨脹和降粘，具有一定的溶解汽驅(qū)作用。
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國(guó)外此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在油田開(kāi)采上，國(guó)內(nèi)也做了大量的研究試驗(yàn)，得出微生物降粘作為一種新興的技術(shù)，具有施工方便、適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)出液的后處理容易、不污染環(huán)境等特點(diǎn)，尤其是在我國(guó)稠油油田正處在高含水、低采收率的情況下，將提高這些油田的開(kāi)采量，降低采出油的油水比。還需要進(jìn)一步做好菌種的篩選和培養(yǎng)、油藏的環(huán)境勘測(cè)、廣譜型菌種的研發(fā)等，為大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用做好準(zhǔn)備。
2 稠油輸送工藝中的降粘方法
2. 1 乳化降粘法
降粘機(jī)理[7]是向原油中摻加一種含有少量表面活性劑的水溶液，使稠油由油包水(W/O)型乳狀液轉(zhuǎn)向水包油(O/W)型乳狀液，由于表面活性劑水溶液的濕潤(rùn)作用，減少了液流流動(dòng)阻力，形成表面活性劑在管壁上的水膜，使原油與管壁的摩擦變成了表面活性劑水溶液與管壁的摩擦，從而大幅度地降低稠油的表觀粘度，減小了泵輸送稠油所需要的功率。此項(xiàng)技術(shù)在美國(guó)、加拿大等應(yīng)用已較成熟，國(guó)內(nèi) 20 世紀(jì) 90 年代，對(duì)遼河、勝利、大港等油田也進(jìn)行了此項(xiàng)技術(shù)的試驗(yàn)，取得了初步的成果。在摻入乳化劑后對(duì)乳狀液的穩(wěn)定性要求高，這樣對(duì)脫水工藝會(huì)產(chǎn)生影響。因此在選用表面活性劑時(shí)應(yīng)考慮:(1) 稠油具有較好的乳化作用，能形成穩(wěn)定的(O/W)乳狀液，降粘效率高;(2)形成的(O/W)乳狀液不能太穩(wěn)定。
目前有人提出將納米技術(shù)應(yīng)用到原油降粘當(dāng)中，還在進(jìn)一步的研究探索中。
2. 2 稀釋降粘法
稀釋降粘法是將采出的稠油在地面進(jìn)行稀釋?zhuān)档统碛驼扯龋偻ㄟ^(guò)管道以混合物的形式輸送的方法。它是利用了有機(jī)溶劑的相似相溶的原理，一般是將一些低粘液態(tài)化合物作為稀釋劑來(lái)使用，包括凝析油、石腦油、一些輕質(zhì)油等。向稠油中摻入稀油，得到的混合物的粘度與稀油的摻入量之間成指數(shù)關(guān)系。因此稀釋劑的摻入量主要取決于稠油相溶性。例如，摻入到稠油中的凝析油的比例為 5%～35%(體積)，而輕質(zhì)油的摻入量更大。稀釋法的優(yōu)點(diǎn)是可以直接利用常規(guī)的原油輸送系統(tǒng)來(lái)輸送稠油;在停輸期間不會(huì)發(fā)生稠油凝固現(xiàn)象。但是稀油的來(lái)源必須有保障;需要專(zhuān)門(mén)建管線把稀油產(chǎn)地輸至油田與稠油摻混;摻入稀油后稀油的品質(zhì)發(fā)生改變，經(jīng)濟(jì)效益不理想。
稀釋降粘法已在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，我國(guó)遼河油田設(shè)計(jì)院[8]在摻稀油降粘集輸工藝的研究與應(yīng)用上在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先。
2. 3 低粘液環(huán)輸送法
低粘液環(huán)的方法[9]是向稠油中摻入一定量的低粘度不相溶液體(一般為水)，在輸送過(guò)程中，將油流的速度控制在某一范圍內(nèi)，可形成環(huán)狀流，即油流被一層水環(huán)環(huán)繞著，這層水環(huán)能吸收管壁和流體之間存在的剪切應(yīng)力，從而減小了流動(dòng)阻力。此項(xiàng)技術(shù)在經(jīng)過(guò)大量室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，是稠油在輸送中最經(jīng)濟(jì)的方法。
國(guó)內(nèi)外在這方面的試驗(yàn)有委內(nèi)瑞拉，在長(zhǎng) 1 km、管徑 203 mm 的水環(huán)試驗(yàn)環(huán)道上進(jìn)行了數(shù)年試驗(yàn)。當(dāng)含水率為 8%、油粘度為 60 Pa·s、流速為 0.5 m/s 時(shí)，環(huán)道總壓降是 19 kPa;在純油輸送時(shí)總壓降將高達(dá) 38 MPa。國(guó)內(nèi)在勝利油田清河采油區(qū)的一條稠油集輸管線上初步應(yīng)用了水環(huán)工藝，獲得了比較滿(mǎn)意的結(jié)果。
它的優(yōu)點(diǎn)有：(1)容易實(shí)現(xiàn)稠油常溫輸送。(2)摻水率低，原油不乳化，油水易分離。分離的水可循環(huán)使用或注入注水井。(3)不需要加熱和保溫，減阻效果明顯，管線建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用都低。缺點(diǎn)：水環(huán)的穩(wěn)定性較差，容易遭到破壞。目前主要應(yīng)用在各油田內(nèi)部管線的短距離輸送。
2. 4 添加油溶性降粘劑法
油溶性降粘劑降粘方法[10]是在研究了稠油結(jié)構(gòu)后得出的，稠油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子呈層次堆積狀態(tài)，油溶性降粘劑借助高溫或溶劑作用下堆積層隙疏松的特點(diǎn)，將降粘劑分子滲入膠質(zhì)或?yàn)r青質(zhì)分子層之間，起到降低稠油粘度的作用。降粘劑的降粘機(jī)理尚無(wú)明確的報(bào)道，常運(yùn)興等經(jīng)過(guò)研究提出了油溶性降粘劑作用機(jī)理表現(xiàn)為降粘劑分子與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子之間的相互作用;降粘劑分子的溶劑化作用;降粘劑分子的溶劑作用;降粘劑分子與蠟晶的作用等都會(huì)對(duì)稠油起到降低粘度的作用。
油溶性降粘劑的發(fā)展[11]也是在近幾年才興起的一項(xiàng)技術(shù)，國(guó)內(nèi)在這方面也有很多應(yīng)用報(bào)道。但降粘機(jī)理不明確、對(duì)不同油品降粘劑適應(yīng)性差等都是今后研究的方向。——論文作者：王曉宇, 宋天民
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