植物油、脂肪酸和植物油甲酯在塔河稠油摻稀降黏中的應用評價

劉 磊，程仲富，楊祖國，曹 暢，張樂濤，張亞剛

(1.中國石化西北油田分公司石油工程技術研究院，烏魯木齊 830011；2.中國科學院新疆理化技術研究所)

隨著傳統原油(輕質油和中質油)的不斷消耗，如何開發利用稠油以及超稠油逐漸受到關注[1]。從世界范圍來看，稠油和超稠油可占到原油總量的70%[2]；我國的稠油資源亦非常豐富，已在12個盆地發現了70多個重質油田[3]。但是，由于稠油的高黏度、高密度和低流動性等特點限制了其開采和運輸，因此，降低稠油黏度是稠油開采、運輸和加工的關鍵。

目前，用于稠油降黏的方法主要包括：摻稀降黏、加熱降黏(主要采用電加熱井筒運輸稠油)、乳化降黏、油溶性降黏等[4-9]。毛雪等[10]將生物柴油應用于稠油降黏技術中，考察了生物柴油的摻加對稠油降黏效果的影響，結果表明，加入適量的生物柴油(w<10%)可起到良好的降黏作用，降黏效果優于柴油。石植真等[11]發現丙烯酸酯接枝共聚物作為油溶性降黏劑，降黏效果良好。王衛強等[12]研究了一種基于解烴菌的稠油降黏方法，篩選出一株解烴菌，測定了該菌的最佳生長條件，探索將其用于稠油降黏、清蠟、降解膠質的性能，結果表明該菌種對稠油的降黏率為22%～32%，該菌株對稠油有顯著的降黏、清蠟效果。周飛等[13]研制了LY-5型稠油降黏劑，最佳加劑量為1 000 mg/L，50 ℃下原油黏度由4 919 mPa·s降低到87.2 mPa·s，并在曙采五區16口井得到應用?，F有技術中，摻輕油降黏已經在油田中得到了廣泛的應用，并且取得較好的成效。李遵照等[14]利用非石油基油品(水上油、頁巖油、煤柴油)對渣油進行摻稀降黏，在摻稀比(稀油與調合油的質量比)低于0.3的條件下，頁巖油和水上油的降黏效果較好。然而，大量輕油的使用加劇了輕質原油的消耗，浪費了輕油資源，并且還增加稠油加工的后處理過程，如增加廢水處理量等，這些復雜的后處理過程都將增加稠油的操作成本。如何開發成本低、效果好的材料替代輕質原油，對稠油進行摻稀降黏是石油開采運輸實現可持續發展的關鍵。

本研究以植物油、脂肪酸、植物油甲酯為摻稀介質，以塔河油田稠油為研究對象，考察3種不同的摻稀介質對稠油的摻稀降黏效果，同時測試摻稀介質與稠油的穩定性，以期為塔河油田的稠油降黏提供新的可能途徑。

1 實 驗

1.1 原料與儀器

植物油(棉籽油毛油)：工業級，由新賽股份有限公司生產；脂肪酸：工業級，以油酸、亞油酸為主的液體脂肪酸；植物油甲酯：由棉籽油毛油為原料制備，實驗室自制；稠油：由中國石化西北油田分公司提供。NJD-8S旋轉黏度計，由上海平軒科學儀器有限公司生產。

1.2 試驗方法

將一定質量的稠油倒入燒杯中，再分別加入設計質量比的植物油甲酯、脂肪酸或植物油，在50 ℃水浴中攪拌30 min，待混合物攪拌均勻且穩定后，恒溫測定其黏度。

在NJD-8S旋轉黏度計用燒杯中，倒入所需質量的稠油混合物，在水浴溫度為50 ℃下恒溫10 min，使稠油混合物和轉子溫度均達到50 ℃，開始測定稠油混合物的黏度，并記錄。

1.3 穩定性評價

摻稀介質與稠油的穩定性(相容性)測試通過斑點試驗進行。

斑點試驗方法：將油樣加熱使其流動，將50 mL樣品油倒入100 mL錐形瓶中，將錐形瓶置于90～95 ℃水浴中加熱15～20 min，期間攪拌使油品均勻。將固定濾紙的支架水平地放在恒溫100 ℃的烘箱中后(至少5 min，使它達到烘箱溫度)，在支架上水平地固定好層析專用的濾紙，并保證濾紙實驗區域不接觸任何物體。將玻璃棒插入油品中攪拌20 s預熱好后，拿出玻璃棒并使玻璃棒上的第一滴油品滴回到錐形瓶中，第二滴油品滴到鋪好的濾紙上。如果濾紙上多于一個斑點，那么斑點之間的距離不小于50 mm，斑點距邊緣不少于25 mm。將濾紙和油樣在(100±2)℃烘箱中恒溫1 h。1 h后，取出濾紙并參照ASTM 4740的斑點試驗評價標準對油品進行評價。

斑點試驗評價標準如下：1級：斑點均勻，內部無環狀物；2級：斑點內部有細微而模糊的環狀物；3級：斑點內部有明顯的薄的環狀物，比本色稍微黑一點；4級：有比三級等級更濃的環狀物，亦比本色稍黑；5級：斑點內部環狀物幾乎為固體或近于固體，環心比本底色黑的多。斑點試驗標準圖見圖1。

圖1 斑點試驗標準圖

2 結果與討論

2.1 摻稀降黏效果

2.1.1 植物油甲酯摻稀降黏效果按照上述試驗方法，將植物油甲酯與稠油按照不同的稀稠比(質量比，下同)配成一系列石油樣品，測試它們的黏度(50 ℃)，結果如表1所示。

表1 植物油甲酯摻稀降黏效果

由表1可見，未摻入植物油甲酯的稠油樣品，其黏度(50 ℃)為60 400 mPa·s，黏度非常大。隨著逐漸加入植物油甲酯，石油樣品的黏度開始快速降低。稀稠比為1∶8時，石油樣品黏度(50 ℃)為4 107 mPa·s，此時，植物油甲酯的摻入量為稠油質量的12.5%，稠油降黏率為93.20%。繼續加入植物油甲酯，石油樣品的黏度也繼續降低。稀稠比為1∶4時，石油樣品黏度(50 ℃)為557 mPa·s，植物油甲酯的摻入量為稠油質量的25%，稠油的降黏率為99.08%。當稀稠比為1∶1時，石油樣品的黏度為24 mPa·s。

2.1.2 脂肪酸摻稀降黏效果按照上述試驗方法，將脂肪酸與稠油按照不同的稀稠比配成一系列石油樣品，測試它們的黏度(50 ℃)，結果如表2所示。

表2 脂肪酸摻稀降黏效果

從表2可以看出，脂肪酸對稠油也具有良好的降黏效果。在不同的稀稠比下，石油樣品的黏度均有大幅下降，稀稠比為1∶1時，黏度(50 ℃)為261 mPa·s，降黏率達99.57%。因此，脂肪酸對稠油也具有良好的摻稀降黏效果。

2.1.3 植物油摻稀降黏效果按照上述試驗方法，將植物油與稠油按照不同的稀稠比配成一系列石油樣品，測試它們的黏度(50 ℃)，結果如表3所示。

表3 植物油摻稀降黏效果

從表3可以看出，植物油對稠油也具有較好的降黏效果。在不同的稀稠比下，石油樣品的黏度均有大幅降低，稀稠比為1∶1時，黏度(50 ℃)為673 mPa·s，降黏率達98.89%；稀稠比為1∶4時，降黏率也可達91.23%。因此，植物油對稠油也具有較好的摻稀降黏效果。

綜上所述，植物油甲酯、脂肪酸、植物油對稠油都能發揮摻稀降黏的效果，因為植物油甲酯的黏度最小，流動性最好，因此具有最好的摻稀降黏效果，脂肪酸次之，再次是植物油。設置不同的稀稠比，可以配制不同黏度的石油產品。

2.2 斑點試驗

2.2.1 植物油甲酯作為摻稀介質的斑點試驗圖2是植物油甲酯與稠油在不同摻稀比條件下的摻稀體系的斑點試驗結果。稀稠比越大，說明摻稀體系中摻稀介質就越多，摻稀體系的黏度就越小。從圖2可以看出，摻稀體系的稀稠比越大，油滴在層析紙上擴散得就越快，斑點越大。無論摻稀體系的黏度大小，圖2中的斑點均未出現分層現象，斑點均勻，這就說明植物油甲酯與稠油有比較好的相容性，植物油甲酯可以用于稠油摻稀的介質。

圖2 植物油甲酯與稠油的斑點試驗結果

2.2.2 脂肪酸和植物油與稠油的斑點試驗圖3中，(a)是脂肪酸和稠油的稀稠比為1∶5.3時的斑點試驗結果，(b)是脂肪酸和稠油的稀稠比為1∶1時的斑點試驗結果，(c)是植物油和稠油的稀稠比為1∶2.2時的斑點試驗結果。

圖3 脂肪酸、植物油與稠油的斑點試驗結果

從圖3(a)和圖3(b)來看，脂肪酸摻入少時，體系黏度大，油滴在層析紙上不能完全擴散，在斑點圖中表現為一團；當再摻入脂肪酸時，體系黏度變小，油滴在層析紙上可以擴散，脂肪酸擴散比稠油快，所以斑點圖中分成明顯的兩層。這說明脂肪酸與稠油相容性差，脂肪酸不能作為摻稀介質使用。從圖3(c)可以看出，在邊緣處已出現分層現象。因此，植物油也不能作為稠油的摻稀介質使用。

3 結 論

以植物油、脂肪酸及植物油甲酯為稠油的摻稀介質，考察了對稠油的摻稀降黏效果。結果表明，植物油甲酯、植物油和脂肪酸對稠油都具有明顯的摻稀降黏效果，尤以植物油甲酯為佳，用量少，降黏效果明顯。同時，3種摻稀介質的斑點試驗結果證明了植物油甲酯與稠油具有良好的相容性，體系穩定性最好；脂肪酸和植物油與稠油相容性差，不宜作稠油的摻稀介質。因此，從摻稀降黏效果和穩定性評價來看，植物油甲酯具有最佳的稠油摻稀降黏效果。