一種氣態試劑的降黏與回收裝置及實驗研究

康 露，伊兆龍，楊 志，嚴巨熙，倪 聰

（1. 西南石油大學 石油與天然氣工程學院，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）

我國稠油資源豐富，是世界第四大稠油生產國。化學降黏是解決稠油降黏開采的重要方式，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降黏、保溫降黏（含使用保溫管、油套環空循環熱水、油套環空注入保溫液等）、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]、井下改質降黏[7]、微生物降黏[8]等。目前，稠油化學降黏劑主要分為油溶性降黏劑和水溶性降黏劑，這兩類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性，針對性強，降黏率不高，用量大，成本高，單獨使用很難滿足油田降本增效的要求[12]；水溶性降黏劑主要通過乳化作用使稠油與水形成水包油型乳狀液，以達到降低稠油黏度的目的。傳統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、污水處理難等問題[13-14]。

針對因化學降黏劑在使用中降黏率低或成本高、現有測試裝置和方法無法開展氣態試劑降黏實驗的問題，本工作研制了低蒸氣壓氣態試劑降黏實驗裝置，利用該裝置研究了試劑的降黏性能，旨在研發安全、高效、經濟的新型化學降黏劑。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑的選擇

目前，油田常規化學降黏劑在使用過程中主要存在井下與稠油混合困難、不能很好地適應含水率的變化、不能回收重復使用等問題，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，研發新的稠油降黏劑應盡量滿足以下條件：1）可回收并重復使用以降低使用成本；2）能實現油水互溶，以適應含水率的變化；3）不影響原油的脫水，避免造成環保傷害；4）不影響原油性質與下游煉制；5）來源廣、成本較低。基于此，經過前期反復實驗，選擇了與液化石油氣的物理性質類似、輸送與儲存系統基本相同的低飽和蒸氣壓試劑二甲醚（DME）作為降黏和回收實驗的對象。DME是一種石油中間產品，它具有的性能和優勢為：1）對膠質、瀝青質具有良好的溶解能力；2）常溫、常壓條件下為無色、無味、無臭氣體，飽和蒸氣壓低，便于閃蒸回收；3）具有優良的混溶性，能與大多數極性和非極性有機溶劑混溶，加入少量助劑后可與水以任意比例互溶，能很好地適應生產井含水率的變化；4）是一種理想的清潔燃料，可作為車用汽油的優質替代能源，自身性能穩定，加入稠油后不影響原油脫水。

1.2 氣態試劑降黏與回收實驗裝置

由于DME常溫、常壓下為氣態，需要采用專門的實驗裝置將氣態DME轉化為液態DME，以開展稠油降黏和回收實驗。為此，研制了氣態試劑降黏與回收測試裝置，示意圖見圖1。該裝置主要由試劑罐、活塞容器、計量筒、黏度測試釜、恒溫油浴鍋、氮氣瓶等組成。其中，計量筒為帶刻度耐壓透明筒，可肉眼觀測到壓力改變后試劑的相態變化并計量試劑的液體體積。黏度測試釜安置在恒溫油浴鍋中，通過恒溫油浴改變釜內測試溫度，內置磁力攪拌器，可實現試劑與稠油的充分混合；頂部安裝在線黏度計，可帶壓測試釜內試樣黏度。

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

1.3 氣態試劑降黏與回收實驗

首先在黏度測試釜中加入定量稠油，通過切換流程閥門，利用氮氣瓶的壓力，將活塞容器中的活塞推至容器底部，再將試劑罐中的試劑導入活塞容器下部，推動活塞上移，試劑充滿活塞容器下部后，利用氮氣瓶的壓力推動活塞下移，使活塞容器下部的試劑進入計量筒，調節壓力，觀察試劑的相態并計量，重復上述過程可得到所需液態試劑體積。通過活塞容器與計量筒的配合，將計量筒中定量的試劑擠注到黏度測試釜中，并保持釜內壓力高于試劑蒸氣壓使之呈液態，開啟磁力攪拌器，實現試劑與稠油的充分混合，通過調節恒溫油浴溫度設置實驗溫度，利用在線黏度計完成黏溫測試。將所得黏溫數據與未加試劑的稠油的黏溫數據進行對比，得到試劑的降黏率。

黏度測試結束后開展試劑回收測試。恒定溫度，切換流程閥門，將黏度測試釜頂部與活塞容器下部連通，試劑經閃蒸氣化后進入活塞容器下部，利用氮氣瓶驅動活塞，將回收的試劑擠注到計量筒中。重復以上過程，直至黏度測試釜內壓力降為常壓，讀取計量筒內的液量，即為恒定溫度條件下的試劑回收量。通過對比回收量與原始加注量，可得到試劑的回收率。

2 結果與討論

2.1 DME降黏實驗結果

利用塔河油田不含水稠油開展了DME對稠油的降黏實驗，同時開展了柴油對稠油的降黏實驗，比較兩者的降黏效果，實驗結果見表1。關于稠油降黏劑的降黏率要求尚未形成統一的行業標準，參考中國石化集團勝利石油管理局企業標準[15]，油溶性降黏劑質量分數為10%、溫度為50 ℃時，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，5%（w）DME的降黏率達98.8%，遠高于油溶性降黏劑的降黏率要求。

表1 DME與柴油的降黏實驗結果Table 1 Experimental data of viscosity reduction of dimethyl ether(DME) and diesel oil

2.2 DME回收實驗結果

DME用量 80 mL、稠油用量1 520 mL，通過升溫降壓，得到不同溫度下的DME回收率，實驗結果見表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 ℃時回收率高達96.63%。實際生產中，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降黏的應用可行性。

2.3 DME回收后再降黏實驗結果

回收得到的DME由原來的無色透明變為棕黃色，這是由于在升溫降壓的回收過程中，原油中的輕質組分也與DME一起進入計量罐，從而導致顏色變化。為了研究回收后的DME是否具有可重復使用性，開展了回收DME的再降黏實驗，新鮮DME與回收DME的降黏率見表3。

表3 新鮮DME與回收DME的降黏實驗結果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使用的，可降低油田降黏成本。

3 結論

1）研制的氣態試劑降黏與回收實驗裝置可實現氣態試劑降黏率和回收率的測試，以及測試過程中試劑的相態觀測。

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98.8%，降黏性能顯著優于柴油。

3）DME用于稠油降黏具有良好的可回收和重復使用性能，60 ℃時回收率達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。