一種氣態(tài)試劑的降黏與回收裝置及實(shí)驗(yàn)研究

康 露，伊兆龍，楊 志，嚴(yán)巨熙，倪 聰

（1. 西南石油大學(xué) 石油與天然氣工程學(xué)院，四川 成都 610500；2. 成都皓瀚完井巖電科技有限公司，四川 成都 610500）

我國(guó)稠油資源豐富，是世界第四大稠油生產(chǎn)國(guó)。化學(xué)降黏是解決稠油降黏開(kāi)采的重要方式，甚至是部分深水油田的唯一可選方式。稠油井井筒降黏方法主要有化學(xué)降黏、保溫降黏（含使用保溫管、油套環(huán)空循環(huán)熱水、油套環(huán)空注入保溫液等）、電熱降黏（含使用保溫管、電加熱、電伴熱、電磁加熱等）[1-5]、摻稀油降黏（含摻熱油、摻熱水等）[6]、井下改質(zhì)降黏[7]、微生物降黏[8]等。目前，稠油化學(xué)降黏劑主要分為油溶性降黏劑和水溶性降黏劑，這兩類(lèi)降黏劑在使用中各有利弊[9-11]。油溶性降黏劑主要是改變稠油的低溫流動(dòng)性，針對(duì)性強(qiáng)，降黏率不高，用量大，成本高，單獨(dú)使用很難滿(mǎn)足油田降本增效的要求[12]；水溶性降黏劑主要通過(guò)乳化作用使稠油與水形成水包油型乳狀液，以達(dá)到降低稠油黏度的目的。傳統(tǒng)的水溶性降黏劑難以成功使超稠油乳化，乳化后也存在難以破乳、污水處理難等問(wèn)題[13-14]。

針對(duì)因化學(xué)降黏劑在使用中降黏率低或成本高、現(xiàn)有測(cè)試裝置和方法無(wú)法開(kāi)展氣態(tài)試劑降黏實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題，本工作研制了低蒸氣壓氣態(tài)試劑降黏實(shí)驗(yàn)裝置，利用該裝置研究了試劑的降黏性能，旨在研發(fā)安全、高效、經(jīng)濟(jì)的新型化學(xué)降黏劑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑的選擇

目前，油田常規(guī)化學(xué)降黏劑在使用過(guò)程中主要存在井下與稠油混合困難、不能很好地適應(yīng)含水率的變化、不能回收重復(fù)使用等問(wèn)題，從而使得降黏效果變差、降黏劑用量增大、使用成本增加。因此，研發(fā)新的稠油降黏劑應(yīng)盡量滿(mǎn)足以下條件：1）可回收并重復(fù)使用以降低使用成本；2）能實(shí)現(xiàn)油水互溶，以適應(yīng)含水率的變化；3）不影響原油的脫水，避免造成環(huán)保傷害；4）不影響原油性質(zhì)與下游煉制；5）來(lái)源廣、成本較低。基于此，經(jīng)過(guò)前期反復(fù)實(shí)驗(yàn)，選擇了與液化石油氣的物理性質(zhì)類(lèi)似、輸送與儲(chǔ)存系統(tǒng)基本相同的低飽和蒸氣壓試劑二甲醚（DME）作為降黏和回收實(shí)驗(yàn)的對(duì)象。DME是一種石油中間產(chǎn)品，它具有的性能和優(yōu)勢(shì)為：1）對(duì)膠質(zhì)、瀝青質(zhì)具有良好的溶解能力；2）常溫、常壓條件下為無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭氣體，飽和蒸氣壓低，便于閃蒸回收；3）具有優(yōu)良的混溶性，能與大多數(shù)極性和非極性有機(jī)溶劑混溶，加入少量助劑后可與水以任意比例互溶，能很好地適應(yīng)生產(chǎn)井含水率的變化；4）是一種理想的清潔燃料，可作為車(chē)用汽油的優(yōu)質(zhì)替代能源，自身性能穩(wěn)定，加入稠油后不影響原油脫水。

1.2 氣態(tài)試劑降黏與回收實(shí)驗(yàn)裝置

由于DME常溫、常壓下為氣態(tài)，需要采用專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)裝置將氣態(tài)DME轉(zhuǎn)化為液態(tài)DME，以開(kāi)展稠油降黏和回收實(shí)驗(yàn)。為此，研制了氣態(tài)試劑降黏與回收測(cè)試裝置，示意圖見(jiàn)圖1。該裝置主要由試劑罐、活塞容器、計(jì)量筒、黏度測(cè)試釜、恒溫油浴鍋、氮?dú)馄康冉M成。其中，計(jì)量筒為帶刻度耐壓透明筒，可肉眼觀測(cè)到壓力改變后試劑的相態(tài)變化并計(jì)量試劑的液體體積。黏度測(cè)試釜安置在恒溫油浴鍋中，通過(guò)恒溫油浴改變釜內(nèi)測(cè)試溫度，內(nèi)置磁力攪拌器，可實(shí)現(xiàn)試劑與稠油的充分混合；頂部安裝在線黏度計(jì)，可帶壓測(cè)試釜內(nèi)試樣黏度。

圖1 氣態(tài)試劑降黏與回收測(cè)試裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of testing apparatus for viscosity reduction and recovery of gaseous reagents.

1.3 氣態(tài)試劑降黏與回收實(shí)驗(yàn)

首先在黏度測(cè)試釜中加入定量稠油，通過(guò)切換流程閥門(mén)，利用氮?dú)馄康膲毫Γ瑢⒒钊萜髦械幕钊浦寥萜鞯撞浚賹⒃噭┕拗械脑噭?dǎo)入活塞容器下部，推動(dòng)活塞上移，試劑充滿(mǎn)活塞容器下部后，利用氮?dú)馄康膲毫ν苿?dòng)活塞下移，使活塞容器下部的試劑進(jìn)入計(jì)量筒，調(diào)節(jié)壓力，觀察試劑的相態(tài)并計(jì)量，重復(fù)上述過(guò)程可得到所需液態(tài)試劑體積。通過(guò)活塞容器與計(jì)量筒的配合，將計(jì)量筒中定量的試劑擠注到黏度測(cè)試釜中，并保持釜內(nèi)壓力高于試劑蒸氣壓使之呈液態(tài)，開(kāi)啟磁力攪拌器，實(shí)現(xiàn)試劑與稠油的充分混合，通過(guò)調(diào)節(jié)恒溫油浴溫度設(shè)置實(shí)驗(yàn)溫度，利用在線黏度計(jì)完成黏溫測(cè)試。將所得黏溫?cái)?shù)據(jù)與未加試劑的稠油的黏溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得到試劑的降黏率。

黏度測(cè)試結(jié)束后開(kāi)展試劑回收測(cè)試。恒定溫度，切換流程閥門(mén)，將黏度測(cè)試釜頂部與活塞容器下部連通，試劑經(jīng)閃蒸氣化后進(jìn)入活塞容器下部，利用氮?dú)馄框?qū)動(dòng)活塞，將回收的試劑擠注到計(jì)量筒中。重復(fù)以上過(guò)程，直至黏度測(cè)試釜內(nèi)壓力降為常壓，讀取計(jì)量筒內(nèi)的液量，即為恒定溫度條件下的試劑回收量。通過(guò)對(duì)比回收量與原始加注量，可得到試劑的回收率。

2 結(jié)果與討論

2.1 DME降黏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

利用塔河油田不含水稠油開(kāi)展了DME對(duì)稠油的降黏實(shí)驗(yàn)，同時(shí)開(kāi)展了柴油對(duì)稠油的降黏實(shí)驗(yàn)，比較兩者的降黏效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。關(guān)于稠油降黏劑的降黏率要求尚未形成統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，參考中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油管理局企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[15]，油溶性降黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、溫度為50 ℃時(shí)，降黏率要求大于等于85.0%。由表1可知，DME在高溫和低溫條件下的降黏率都很高，溫度為50 ℃時(shí)，5%（w）DME的降黏率達(dá)98.8%，遠(yuǎn)高于油溶性降黏劑的降黏率要求。

表1 DME與柴油的降黏實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Experimental data of viscosity reduction of dimethyl ether(DME) and diesel oil

2.2 DME回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

DME用量 80 mL、稠油用量1 520 mL，通過(guò)升溫降壓，得到不同溫度下的DME回收率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 DME的回收率Table 2 Recovery rate of DME

由表2可知，DME用于稠油降黏具有良好的可回收性，60 ℃時(shí)回收率高達(dá)96.63%。實(shí)際生產(chǎn)中，為了保證稠油在地面管線中的輸送，DME并不需要100%回收，這更增加了DME降黏的應(yīng)用可行性。

2.3 DME回收后再降黏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

回收得到的DME由原來(lái)的無(wú)色透明變?yōu)樽攸S色，這是由于在升溫降壓的回收過(guò)程中，原油中的輕質(zhì)組分也與DME一起進(jìn)入計(jì)量罐，從而導(dǎo)致顏色變化。為了研究回收后的DME是否具有可重復(fù)使用性，開(kāi)展了回收DME的再降黏實(shí)驗(yàn)，新鮮DME與回收DME的降黏率見(jiàn)表3。

表3 新鮮DME與回收DME的降黏實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Experimental data of viscosity reduction of fresh DME and recovered DME

由表3可知，與新鮮DME相比，回收DME在低溫條件下的降黏效果略微降低，但隨著溫度的升高，降黏率的差距逐漸縮小，最終趨于相同。因此，DME作為稠油降黏劑是可回收且可重復(fù)使用的，可降低油田降黏成本。

3 結(jié)論

1）研制的氣態(tài)試劑降黏與回收實(shí)驗(yàn)裝置可實(shí)現(xiàn)氣態(tài)試劑降黏率和回收率的測(cè)試，以及測(cè)試過(guò)程中試劑的相態(tài)觀測(cè)。

2）DME在低溫和高溫條件下均有很高的降黏率，50 ℃，5%（w）DME的降黏率高達(dá)98.8%，降黏性能顯著優(yōu)于柴油。

3）DME用于稠油降黏具有良好的可回收和重復(fù)使用性能，60 ℃時(shí)回收率達(dá)96.63%，回收后的DME降黏效果幾乎不變，因此可顯著降低油田的降黏成本。