管輸稠油及特稠油技術(shù)選擇的研究進展

張新宇，丁 慧

（東北石油大學 石油工程學院，黑龍江大慶 163318）

管輸稠油及特稠油技術(shù)選擇的研究進展

張新宇，丁 慧

（東北石油大學 石油工程學院，黑龍江大慶 163318）

自從前些年全世界稠油產(chǎn)量不斷上升，從井口向煉油廠輸送稠油和特稠油已在經(jīng)濟、技術(shù)、科學方面得到極大關(guān)注。通過分析這一領(lǐng)域當前和最新的研究進展，對將稠油和特稠油從產(chǎn)地轉(zhuǎn)移到處理設(shè)備的技術(shù)方法進行討論。對管輸稠油的研究包括原油降黏，減小管道輸送摩擦，以及對原油的部分升級。

管輸稠油；技術(shù)選擇；研究進展

根據(jù)國際相關(guān)組織研究，稠油至少占世界石油可采儲量的一半。稠油被定義為一種密度等于或低于20°API的石油，并且密度等于或低于10°API的石油被認為是特稠油，要比水更稠。以往對稠油的需求較少，因為高粘度和成分的復雜性使得稠油的生產(chǎn)，輸送，精煉變得困難而且昂貴。然而，隨著稠油和特稠油在墨西哥灣和中國東北產(chǎn)量的不斷上升，今后的二十年，可能會被用來代替常規(guī)中質(zhì)和輕質(zhì)原油，以此應對常規(guī)油產(chǎn)量的下降。因此，利用非常規(guī)稠油，特稠油資源來生產(chǎn)燃料和石油化工用品開始引起人們的關(guān)注。而且，有一個刺激性因素，即稠油總是比常規(guī)原油便宜，所以若能合理掌握技術(shù)，煉油利潤空間會很大。目前，原油進入能源市場面對的首要技術(shù)問題仍是其高粘度帶來的管輸問題和成分的復雜性。本文是有關(guān)管輸稠油的技術(shù)發(fā)展和創(chuàng)新的調(diào)查，以及對相關(guān)專利的進展研究[1]。

2 稠油管輸?shù)募夹g(shù)選擇

高黏度，即從100到1 000 000cP（或更高），且低密度（稠油小于20°API，特稠油小于10° API），給原油輸送和加工帶來困難。黏度和密度取決于所含混合物，如已知的瀝青質(zhì)成分，占其質(zhì)量的40%。除了瀝青質(zhì)，稠油也有較高含量的鹽、水、有機金屬化合物，其中鎳和釩含量高達500×10-6mg/L，硫、氮、有機酸含量至少占3%，含蠟量高達50%，且芳香族化合物高達60%，使得這些原油很黏，且有腐蝕性[2]。因此在管輸稠油時會發(fā)生堵塞造成生產(chǎn)停止，以及瀝青質(zhì)不穩(wěn)定性，多相流和較高壓力降等風險。

當前，有三種方法來達到稠油管輸?shù)臉藴省５谝皇峭ㄟ^用其他物質(zhì)稀釋，或形成水包油乳化液，或提高原油溫度來降低其黏度。第二是降低稠油和管道之間的摩擦，通過添加物質(zhì)或產(chǎn)生一種不同的流動類型（環(huán)流，泥漿流）來減小管道內(nèi)的阻力。第三是處理和升級稠油，來生成合成燃料或合成石油。

3 降黏

3.1 稀釋稠油

稀釋是稠油降黏最常用的方法[3]。Iqbal等人對于稀釋-升級-輸送過程提出一種綜合方法，前提是用比率1到10的輕質(zhì)液態(tài)烴稀釋稠油，來輸送和處理含鹽類不同，含水量不同，組分酸性不同，API重度在2到15的稠油。從經(jīng)濟的觀點來看，提高稀釋效率對于處理過程中黏度的降低以及減少溶劑的用量大有益處。Henaut等人提出，在一定的壓力、溫度下使用二甲醚來稀釋稠油會大幅度提高稀釋效率。

3.2 稠油乳化液

一種有效降低稠油黏度的方法是通過乳化劑的幫助形成水包油乳化液。為了確保管道中乳化液的穩(wěn)定性，需要加入乳化劑（通常是表面活性劑）[4]。Gregoli等將幾個專利中同組的部分結(jié)合，發(fā)明了一種用來制備穩(wěn)定水包油乳化液的裝置。Rivas等提出使用瀝青中被胺類活化的天然分子，把其當作天然的表面活性劑來形成水包瀝青乳化液，降低成本。

3.3 加熱稠油以及管道

稠油采出后通過絕熱管道來保持高溫（小于100℃）。即便如此，對稠油的外部加熱仍有必要，而加熱的辦法僅當稠油在泵站通過直接加熱爐再加熱時才奏效。絕熱的辦法包括把管道埋于地下來保存熱量。Perry提出了一種新的方法即通過改變管線的設(shè)計選擇、站間距、工作壓力范圍以及在室溫下輸送原油的黏度規(guī)格等來消除對通過泵站直接加熱的需要。

4 減少摩擦

4.1 減阻添加劑

流體和管壁摩擦造成流體的壓降，導致流體必須以充足的壓力輸送來達到所要求的生產(chǎn)能力。然而，常規(guī)的工業(yè)用聚合物減阻劑[5]，典型的是均聚物或烯烴的共聚物，并不能很好應用于稠油及特稠油。Milligan提出使用以丙烯酸鹽為基礎(chǔ)，由乳液聚合反應產(chǎn)生的懸浮膠乳組成的減阻聚合物，效果較顯著。

4.2 在稠油輸送中建立環(huán)狀流動

管輸高黏產(chǎn)品的另一方法以發(fā)展環(huán)狀流為基礎(chǔ)，來降低摩擦造成的壓降。主要思路是，水或水溶液的薄膜緊挨管道內(nèi)壁，潤滑稠油形成的內(nèi)部中心流體，引起縱向壓力梯度的降低，且使總壓降與輸送水時相似。

5 對輸送稠油部分升級

稠油部分升級是提高原油質(zhì)量的一種方法，通過改變其組分，以及降低原油黏度。Boakye 研制出一種把稠油升級成像煉油廠原料那樣具有合理物性的合成原油的過程。Bruha 研發(fā)了一種稠油部分升級過程來生產(chǎn)稀釋劑，即以裝有低活性催化劑和低轉(zhuǎn)化量的流體催化裂解裝置為基礎(chǔ)生產(chǎn)一種輕餾分碳氫化合物部分作為稀釋劑。

6 結(jié)束語

目前，油田實際應用的管輸稠油及特稠油技術(shù)主要以降低原油黏度、減阻和把原油升級成合成原油為主。事實上，對稠油和特稠油的輸送應當考慮所產(chǎn)原油的組成和物化性質(zhì)，井口與輸出設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施，輸送的距離，運行和維護的花費，對于漏損的嚴格規(guī)范以及水資源等的環(huán)保意識。

[1] 加熱拉·努如拉.稠油開采技術(shù)的發(fā)展趨勢分析[J].化工管理，2014，（29）∶131.

[2] 黃俊，叢慧陽，肖芳.稠油生產(chǎn)膠質(zhì)瀝青質(zhì)的危害及防治[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2013，（21）∶271-272.

[3] Garnett R.L，李令喜，董文華，等.利用輕質(zhì)油稀釋液周期性注入方法開采稠油[J].國外油田工程，2000，（2）∶14-15.

[4] 劉忠運，陸曉鋒，湯超.某油田稠油乳化液穩(wěn)定性實驗研究[J].杭州化工，2009，（4）∶31-33.

[5] 韓濤.稠油用降粘型減阻聚合物的合成及性能研究[D].濟南∶山東大學，2011.

Research Progress on the Technological Options of Heavy and Extra-Heavy Crude Oil by Pipeline

Zhang Xin-yu，Ding Hui

Since the production of heavy oil in the world has been rising in recent years，heavy oil and super heavy oil have been paid great attention in the fields of economy，technology and science.Through the analysis of the current and the latest research progress in this field，this paper discusses the technical methods of transferring heavy oil and extra heavy oil from the origin to the processing equipment.At the same time，the research on the pipeline transportation of heavy oil includes the viscosity reduction of crude oil，the friction of pipeline transportation，and the upgrading of crude oil.

heavy oil pipeline；technology selection；research progress 1 引言

TE832

B

1003-6490（2017）02-0117-02

2017-02-02

張新宇（1992—），女，黑龍江哈爾濱人，碩士在讀，主要從事油氣集輸與礦場加工方面研究工作。