勝利清河稠油溶氣降黏特性研究

李保平 李傳憲 顧晨晨

1浙江浙能天然氣運行有限公司

2中國石油大學（華東）儲運與建筑工程學院

3中國石化管道儲運有限公司徐州處

我國的稠油資源約占世界總探明石油儲量的15%～20%，開采出這部分資源對保障國內石油供應具有重大意義。目前，國內外稠油常用的降黏輸送方法有加熱法、稀釋法、摻熱水法、乳化降黏法、低黏液環法、改質輸送法、物理場處理法、天然氣飽和輸送法等[1]。對于溶氣含蠟原油的溶氣特性、流變特性，國內外學者做了大量研究工作，但也僅限于對溶氣含蠟原油的黏度、密度和溶解度等參數進行測量。耿宏章等[2-3]、潘竟軍等[4-5]、薛海濤等[6]利用自行研制的設備研究了密度、體積系數、黏度與溫度、壓力及氣油比的關系；孫仁遠等[7]測定了高壓含氣原油的凝點。研究結果表明，與脫氣原油相比，溶氣原油的凝點降低，流變特性得到改善。但目前針對稠油的天然氣飽和輸送方面的研究較少。

本文利用自行研制的飽和溶氣原油制備測量裝置研究勝利清河稠油和不同氣體在不同壓力下的溶氣特性與流變特性。該研究對于國內外稠油的開采利用、天然氣飽和輸送降黏法的應用、礦場集輸管路優化設計和安全經濟運行具有重要指導意義。

1 實驗原料和方法

本實驗所用油樣為勝利清河稠油，其基本組成及物性見表1。

表1 清河稠油基本組成及物性參數Tab.1 Basic composition and physical property of Qinghe heavy oil

實驗中所用溶解氣體為CH4、C2H6以及CH4∶C2H6=1∶1 的混合氣。

溶氣原油流變性及溶解度測量裝置如圖1所示。

圖1 溶氣原油流變性及溶解度測量裝置Fig.1 Rheological property and solubility measuring device of dissolved gas oil

溶氣原油溶解度測量：利用自制的溶氣原油溶解度測定裝置按照相應的溶解度測量實驗步驟[8]，將溶解氣從溶氣原油中充分釋放，根據測量得到脫氣原油體積V脫和溶解氣體積V氣，然后通過計算求得溶解度S=V氣/V脫。實驗壓力為0～2 MPa，實驗溫度控制在（50±0.1）℃。

溶氣原油流變性測量：利用自制的溶氣原油流變性測量裝置按照相應的流變性測量實驗步驟，測量不同實驗條件下溶氣原油的黏度。本實驗中利用AR-G2 高壓流變儀邊降溫邊剪切，測量油樣的黏度，壓力為0～2 MPa，溫度范圍為80～30 ℃，降溫速率為0.5 ℃/min，剪切速率均選為100 s-1。

2 實驗結果與討論

2.1 溶解度的測量

本實驗測定了CH4、C2H6、混合氣不同壓力條件下勝利清河稠油的溶解度，結果如圖2 所示。

圖2 不同溶解氣在清河稠油中的溶解度Fig.2 Solubility of different dissolved gas in Qinghe heavy oil

由圖2 可知：

（1）在相同的溫度、壓力條件下，三種氣體在清河稠油中的溶解度相對大小關系為：S(C2H6)＞S(混合氣)＞S(CH4)。根據相似相溶原理，C2H6更易溶于原油中，所以C2H6的溶解度大于CH4，而混合氣的溶解度介于二者之間。

（2）在實驗壓力范圍內，CH4、C2H6、混合氣三種氣體在清河稠油中的溶解度隨著壓力的升高基本呈線性規律增大。亨利定律指出：在等溫等壓下，某種氣體在溶液中的溶解度與液面上該氣體的平衡壓力成正比，所以隨著壓力的升高，溶解度基本呈線性規律增大。

2.2 溶氣稠油黏度

本實驗測定了清河稠油在50 ℃和不同壓力條件下飽和溶解CH4、C2H6、混合氣后的黏度隨溫度的變化關系（圖3～圖6）。

圖3 CH4飽和溶氣稠油的黏溫曲線Fig.3 Viscosity and temperature curve of dissolved gas heavy oil with saturated CH4

圖4 C2H6飽和溶氣稠油的黏溫曲線Fig.4 Viscosity and temperature curve of dissolved gas heavy oil with saturated C2H6

由圖3～圖6 可以看出：

（1）對于某種氣體，在同一溫度下，隨著壓力升高，清河溶氣稠油的黏度不斷降低，降黏率不斷增大。例如對于C2H6溶氣稠油，在50 ℃時，0.5～2.0 MPa 的降黏率分別為28.54%、53.34%、64.57%、73.74%。由于壓力越高，氣體的溶解度越大，原油中溶入的輕組分氣體越多，小分子的氣體對原油具有一定的稀釋作用，所以壓力越高降黏率越大。

圖5 混合氣飽和溶氣稠油的黏溫曲線Fig.3 Viscosity and temperature curve of dissolved gas heavy oil with saturated mixture gas

圖6 CH4、C2H6、混合氣在2 MPa 的黏溫曲線Fig.3 Viscosity and temperature curve of CH4，C2H6and mixed gas when the pressure is 2.0 MPa

（2）在相同的溫度和壓力條件下，不同溶解氣的降黏率大小關系為C2H6＞混合氣＞CH4。由于在相同的溫度、壓力條件下，不同氣體在清河稠油中的溶解度不同，根據相似相溶原理，溶解度大小關系為S(C2H6)＞S(混合氣)＞S(CH4)，氣體的溶解度越大，原油中溶入的輕組分越多，小分子對原油的稀釋作用越顯著，降黏率就越大。

（3）對于飽和溶解三種氣體的稠油，在相同的壓力條件下，其降黏率均隨著溫度的降低而增大。例如對于2 MPa 下的乙烷溶氣稠油，在80 ℃時降黏率為60.61%，而在30 ℃時降黏率則為81.18%。這是由于一方面隨著溫度降低，溶氣原油的溶解度會略有增大，稠油的溶氣降黏效果更顯著；另一方面，溫度越低，稠油中膠質、瀝青質等締合程度越高，溶解氣對稠油中膠質、瀝青質等締合結構的阻礙和破壞作用也越顯著，因而降黏率也就越高。

3 結論

利用自行研制的室內飽和溶氣原油制備裝置制備了在0～2 MPa 壓力下飽和溶解CH4、C2H6及其1∶1 混合氣的清河飽和溶氣稠油，并利用溶氣原油溶解度測量裝置和流變性測量裝置對其溶氣特性和黏溫特性進行了研究，所得結論如下：

（1）清河稠油飽和溶氣之后降黏效果顯著，稠油的低溫流動性得到明顯改善，例如在30 ℃時2 MPa 的C2H6飽和溶氣稠油黏度比30 ℃的清河稠油黏度降低了81.18%。

（2）在實驗壓力范圍內，CH4、C2H6、混合氣三種氣體在清河稠油中的溶解度均隨著溶氣壓力的升高基本呈線性規律增大；在相同的實驗條件下，不同氣體在勝利清河稠油中的溶解度不同，三種氣體在清河稠油中的溶解度相對大小關系為：S(C2H6)＞S(混合氣)＞S(CH4)。

（3）壓力越高，氣體在清河稠油中的溶解度越大，溶解的小分子氣體對稠油的稀釋作用越顯著，飽和溶氣原油的黏度下降越多，降黏率也就越大；在相同的實驗條件下，不同氣體在清河稠油中的溶氣降黏特性不同，三種氣體對清河稠油降黏率的相對大小關系為：C2H6＞混合氣＞CH4；清河飽和溶氣稠油的降黏率隨溫度降低而增大。