开采与集输过程中稠油降粘技术研究进展
发布时间：2022-04-21
摘要：稠油具有密度大、粘度高、轻油含量少、流动阻力大的特点，使得开采和输送稠油的工艺难度大，增加了成本，为了能够合理、经济地开采和输送稠油，必须进行降粘。综述了稠油开采和集输过程中常用的降粘方法(包括加热降粘法、化学剂降粘法、掺稀降粘法、稠油改质降粘法、微生物降粘法等)的降粘原理及技术应用情况，比较了开采和集输在具体条件下降粘方法的特点。分析认为，化学剂降粘法因工艺简单、成本较低易于实现，具有一定的优势，建议优先考虑。
关键词：稠油;开采;集输;化学剂降粘;加热降粘;微生物降粘
0前言
稠油在世界油气资源中所占比例较大，据统计，世界稠油、超稠油和天然气沥青的储量约1 000x108 t。世界能源供应日趋紧张，有效、经济地开采稠油越来越受到重视。稠油密度大、粘度高、轻油含量少、流动阻力大，不易开采和输送，其突出的特点是含沥青质、胶质较高。稠油的特殊性质决定了其开采、集输、炼制必然是围绕降低稠油粘度进行的。常用的降粘方法有：加热降粘法、化学剂降粘法、掺稀降粘法、稠油改质降粘法、微生物降粘法。在开采和集输过程中，这些方法需要根据具体情况来运用。本文对五种主要方法的具体降粘原理和应用情况进行了介绍。
1加热降粘法
1.1热力开采
法在稠油开采中，热力开采法有蒸汽吞吐、蒸汽驱、热水驱、火烧油层。其中，蒸汽吞吐和蒸汽驱为主要开采稠油的方法。
1.1.1蒸汽吞吐
蒸汽吞吐是一种单井作业，在同一口井中，先将大量的蒸汽以较高的速度注入，然后关井焖2～7d，再开井排液采油。蒸汽吞吐的采收率一般为15%～ 20%一1;。
目前蒸汽吞吐在美国、委内瑞拉、加拿大等国广泛应用于开采稠油油藏;在我国蒸汽吞吐工艺开采稠油的比例占80%。近几年，使用各种助剂改善吞吐效果的技术逐渐发展，注入的助剂主要有天然气、高温泡沫及溶剂。
1.1.2蒸汽驱
蒸汽驱以井为基础，向注入井连续注入蒸汽，在注入井周围形成饱和蒸汽带，蒸汽将油驱至生产井，在生产井采出。一般稠油油藏先进行蒸汽吞吐，然后转入蒸汽驱。蒸汽驱采收率较高，一般为30%一50%。
世界上许多油田试验证实了蒸汽驱在目前开采稠油技术中是应用最有效和广泛的。中国石油新疆油田公司六区、九区是我国最大稠油面积区生产基地，蒸汽吞吐转蒸汽驱井组累积达700多个，蒸汽驱年产量在90×104t以上。
1.1.3热水驱
热水驱即注热水开采是注热流体中最简便的方法，利用已有的流水设施，应用在粘度较小的稠油油藏开发中。向油层注热水进行驱替，在保持油层压力的同时，也保持油层温度，避免油层孑L隙中出现凝固和析蜡现象。
由于热损失大，开发效果不如蒸汽驱好，通常不单独使用此法，有时用作蒸汽驱的前期处理，使蒸汽注入时的压力低于地层的破裂压力;有时配合溶剂 (如汽油、煤油)使用，即前面注溶剂，后面注热水。
1.1.4火烧油层
火烧油层是向油层中注入空气或氧气，使地下部分原油燃烧生热驱动其他原油流向生产井，并从生产井产出稠油的一种热力采油方法。这种方法的热能利用效率高，采收率可达50%～80%，利于原油改质。此法概念虽然简单，但工艺过程复杂。
在世界范围内已展开的200多个燃烧法采油项目中，失败多，成功少。英国巴斯大学研发的在水平井上应用的水平段注空气技术(THAI)系统，使火烧油层技术有了新的应用前景。在国内，火烧油层技术还不成熟，有的油田虽进行试验并通过了技术检验，但推广到实际生产中还有很多问题。
1.2加热输送法
加热输送法是根据含蜡原油粘度随温度升高而降低的显著特性来实现的。原油进入管道加压输送前加热，通过提高原油输送温度降低其粘度来减少管路阻力损失。
加热输送法是国内原油管道常用的一种输送工艺，但其能耗高，l%以上的原油被燃烧用来提供热能，以降低原油粘度。一般蒸汽吞吐开采的稠油，从井口出来时油温很高，因此热输应结合热采。蒸汽热水加热法和电加热法是加热输送中两种主要的加热方式。近年来，电加热法应用越来越广泛，印尼苏门答腊的扎姆鲁油田已成功应用该方法多年’2一。
2化学剂降粘法
2.1化学驱油法
化学驱油法通常采用表面活性剂、聚合物及碱溶液等，单独或综合使用。
2.1.1表面活性剂驱
表面活性剂驱降粘机理主要有三种：乳化降粘、破乳降粘及吸附降粘。这三种机理往往同时存在，但条件和表面活性剂不同时，主要的降粘机理可能不同[3。。常用于开采稠油的表面活性剂有：水玻璃、 NaOH、ABS(烷基苯磺酸钠)、2070(聚氧乙烯聚氧丙烯二醇醚)、平平加、SPl69、AP22等。为了既能降粘又能脱水，多采用AP22和SPl69。
该技术在委内瑞拉、美国、加拿大均有应用。由于储运和长距离运输过程对乳状液稳定性的要求较高，目前这种在井下形成的乳状液一般不能直接作为产品外输，若外输需重新处理。
2.1.2聚合物驱
聚合物驱是一种改善水驱方法，利用高分子量水溶性聚合物增加注水的粘度以及在油层孔隙中滞留，降低油水流度比，减弱粘性指进，提高波及效率和采收率。有两类聚合物进行了矿场试验且效果较好：即 HPAM(部分水解聚丙烯酰胺)和XG(黄胞胶)。
我国目前是世界上使用聚合物驱技术规模最大、增产效果最好的国家，聚合物驱规模以及早产油量已居世界首位，许多研究成果达到世界先进水平。我国聚合物驱的主战场在大庆油田。孤岛油田的稠油开发也主要采用聚合物驱方法。
2.1.3碱性水驱
碱性水驱是将碱掺入到注入水中，与原油的有机酸反应生成表面活性剂物质，这类活性物质能降低水与油之间的界面张力，使油水乳化，在一定条件下改变岩石润湿性，溶解界面薄膜，提高采油效率。碱性水驱用碱，除一般具备碱结构的物质(如KOH、NaOH、 NH40H)外，还包括盐(如Na2C03、Na2Si03、Na4Si04 等)。碱性水驱时，它们在水溶液中的浓度为0.05%～ 5%。相对密度在0.93左右、粘度低于200 mPa·S、酸值大于0.5的原油都适合碱性水驱。4]。
国外目前仍在使用单一的碱化物或其混合物，取料方便、价格便宜，具有一定效果，适合于化学工业不发达的产油国。碱水一表面活性剂驱、碱水一聚合物驱以及碱水一聚合物一表面活性剂复合体系应用效果良好，但成本较高。
2.1.4复合驱
复合驱是将低浓度的碱、表面活性剂、聚合物加入注入水中以降低与石油问的界面张力，同时提高注入剂粘度、波及系数和采收率。由于复合驱中的聚合物、碱及表面活性剂之间有协同效应，并在协同效应中起到各自的作用，因此复合驱比单一驱有更好的驱油效果。
国内已完成不同表面活性剂的驱油机理和先导试验研究。大庆油田工业化矿场试验效果显著，较之水驱采收率提高20%以上;克拉玛依油区化学复合驱利用石油磺酸盐作为驱油体系，采收率提高24.5%，达到国际领先水平。
2。2加添加剂输送法
原油管道内所加添加剂主要有两种：一种是降凝剂，也称流动改进剂;另一种是减阻剂。
2.2.1加降凝剂输送
加降凝剂输送是在原油中加入一定浓度的降凝剂，以降低原油凝点、粘度、屈服值和结蜡强度，改善原油的低温流动性能，实现不加热输送。目前使用较多的是乙烯一醋酸乙烯酯共聚物(EVA)和丙烯酸高碳醇酯共聚物。工程应用中，可将加降凝剂和热处理两种方法联合使用[5]。
国外已有10条输油管道采用了加降凝剂输送法，由于工艺中没有考虑热处理的作用，注入量较大，大致为200～300 mg/kg。国内降凝剂的试制试验先后在大庆、中原、胜利、江汉和任丘等油田添加降凝剂综合处理后，可使凝固点降低10—15℃，低温降粘率达 80%以上。
2.2.2加减阻剂输送
减阻剂是某些高分子聚合物，如聚一对一异丁基苯乙烯(PIBS)、聚甲基丙烯酸月桂酯(PLMA)。当一定量的减阻剂加入原油中，能在紊流状态下减少流动阻力。减阻剂在层流状态时不起作用，在紊流状态作用显现。
减阻剂抗剪能力差，经泵剪切失效后需要再次加剂;减阻剂价格较高，用于应急或短期的增输场合瞪]。目前国内新研制出的油相减阻剂已接近国外同类产品的水平。美国阿拉斯加州、墨西哥弯沿海、中东、印度等原油管道应用减阻剂比较多，输量可提高10%一 30%。
3掺稀降粘法
3.1掺稀开采法
掺稀开采法是在稠油中加入石油产品、液化石油气或低粘原油等稀油，降低沥青质、胶质的含量以降低粘度。稀油除了可较好地与稠油混合，产生稀释降粘作用，还可避免因掺水污染油层，减少原油脱水费用。粘度低于100 mPa·S的稠油，可用掺稀油常规方法开采。
对塔河油田的7K612井进行掺稀试油开采，效果良好，此法是塔河油田稠油井试油及开采的一种有效技术措施I 3|。胜利油田某稠油藏经试验得出，生产井含水率在0%～50%时，25%～50%的掺油比最佳。含水率高于50%的油井无需掺人轻质油即可正常生产。
3.2稀释输送法
原油稀释输送法是指在稠油中加入低凝点或低凝度的稀释剂，使原油粘度降低，改善原油流动性的输送方式。稀释剂主要有石油产品、轻质原油、液化石油气及有机稀释剂等。中高粘度稠油宜采用掺稀释剂降粘的集油流程。
稠油的开采与输送采用稀释工艺比较经济合理，该法已在加拿大、美国、委内瑞拉及我国得到广泛应用。如加拿大的洛伊德莱姆尼斯一哈尔吉斯基长16 km，直径219 mm的输油管道输送高粘原油就掺人 22.5%的凝析油。我国新疆、胜利、河南等油田较远距离的接转站，均采用掺稀油降粘方法。但若稀释剂缺乏，用此法输送将会增加成本晒]。
4稠油改质降粘法
4.1 井下改质降粘开采法
井下改质降粘开采法就是将地层作为一个廉价可利用的井下改质降粘反应器，通过向油层中注入高温高压蒸汽，同时加入适当的催化剂、供氢体及其他助剂，使稠油的大分子裂解为小分子，不可逆地降低稠油粘度，提高稠油品质口j。井下改质降粘技术主要有三种：稠油水热裂解降粘技术、稠油注空气低温氧化降粘技术和稠油离子液体改质降粘技术。
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将水热裂解降粘技术应用于辽河油田杜84块馆陶组8口井，降粘率在初期达到80%以上，30 d内保持在50%以上[8]。西南石油大学先后在曙光采油厂10口稠油井使用专利中的方法进行注空气低温催化氧化采油试验。其中6口水平井合计增产1 692 t稠油(单井日产量平均提高48%)，4口垂直井合计增产 1 107 t稠油(单井13产量平均提高25%)。
4.2改质降粘输送法
改质降粘输送法是在稠油输送前，用加氢或除碳方法使高分子烃分解为小分子烃来降低稠油粘度的输送方法。除碳过程主要为热加工和催化加工。稠油改质降粘输送法从根本上降低稠油粘度，改善原油的流动性[9]o
近年来，国外采用建立于油田内的一套稠油改质装置。例如法国的加氢降粘裂化法：原油在油田进行加压加氢处理，粘度降至可用管线输送，并在下游炼油厂用普通炼油方法加工。日本瓦斯株式会社和三菱株式会社的“全部重油残渣改质精炼法(CHERRY— P)”用以生产城市煤气、轻质燃料油和炼钢用焦。用热裂化和重整工艺来加工减压渣油，取代常用的降粘裂化和延迟焦化。辽河油田运用改质降粘法解决高含蜡、高凝固点原油降凝集输问题，凝固点从57.5℃降至一2.5。一10.5℃[1 oI。
5微生物降粘法
微生物降粘法的主要原理是利用微生物对稠油的降粘作用，其机理为[11]：
a)微生物能把稠油中的高分子物(如沥青)分解为低分子量的化合物，降低稠油的平均分子量，导致稠油粘度大幅下降。
b)以石油或其他有机物等作碳源的微生物，在新陈代谢过程中能产生各种有利于降低稠油粘度的化学物质。如：CO：、CH。等气体，酸、醛、酮等有机溶剂，生物表面活性物质、醇类等。
胜利油田采油院微生物中心菌种库中保藏的降粘菌种对原油的降粘率最高达到95%，胜利油田开展了4个区块的微生物驱油现场试验，累计增油超过6× 104 t。F16菌组能降低原油粘度，粘度3 000 mPa·S(50 ℃)原油经F16菌组作用后，非烃组分减少，代谢产物中的生物表面活性剂能有效地改善常规稠油的流动性 m]，原油粘度降低30%～85%。
6结论与展望
从目前研究和应用情况看，稠油热采方法虽然投资成本大，但适用范围广，可达到较高的采收率，其中蒸汽吞吐和蒸汽驱是最有效、最主要的稠油热采技术。加热降粘法在稠油管道运输中得到广泛应用。若在有稀油可掺的油田，应以轻油稀释降粘为主。化学剂降粘法因其工艺简单、成本较低易于实现，在油层开采和管道运输中运用较多。微生物降粘法和井下改质降粘法应用前景很好。微生物降粘剂特点是无毒、价格低等，如果能培养合适的菌种，大幅度降解稠油，就能提高现有的稠油开采技术水平，提高稠油的采收率。井下改质降粘技术，在催化剂作用下，原油在地层裂解，粘度大幅度降低，将稠油开采难题转化为稀油开采问题，大幅提高稠油产能和最终采收率。——论文作者：王治红1肖惠兰1 左毅2
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