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稠油化学降粘法概述

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化学 降粘法 概述
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稠 油 化 学 降 粘 法 概 述赵 素 惠   王 永 清   赵 田 红(西 南 石 油 学 院 ,四 川 成 都 610500)摘 要   综 述 了 稠 油 开 采 的 常 用 方 法 (加 热 法 、 掺 稀 油 法 、 稠 油 改 质 降 粘 法 和 添 加 化 学 药 剂 降 粘 法 ) ,着 重 介 绍 了 添 加 化学 药 剂 降 粘 法 (催 化 降 粘 、 加 碱 降 粘 、 加 表 面 活 性 剂 降 粘 、 加 降 凝 剂 降 粘 、 加 油 溶 性 降 粘 剂 降 粘 ) ,并 阐 述 了 它 们 的 作 用机 理 及 其 存 在 的 问 题 ,指 出 了 今 后 降 粘 剂 的 发 展 趋 势 。关 键 词   稠 油   降 粘 剂   加 熟   掺 稀 油   稠 油 改 质   化 学 药 剂   催 化   加 碱   表 面 活 性 剂   降 凝 剂   油 溶 性 降粘 剂收 稿 日 期 :2005 - 04 - 04作 者 简 介 :赵 素 惠 (1981~ ) ,女 ,硕 士 生 ,163. 10500) as as of is 田 中 常 用 的 稠 油 化 学 降 粘 法 有 :稠 油 催 化 降粘 、 加 碱 降 粘 、 加 表 面 活 性 剂 降 粘 、 加 降 凝 剂 降 粘 及 加油 溶 性 降 粘 剂 降 粘 。1 稠 油 催 化 降 粘在 蒸 气 吞 吐 或 蒸 气 驱 的 注 蒸 气 阶 段 ,油 层 温 度 达150~ 300 ℃ ,若 在 此 温 度 范 围 内 加 入 少 量 的 催 化 剂 如 可 使 稠 油 中 的 焦 质 、 沥 青质 在 硫 键 处 断 裂 ,产 生 理 想 的 降 粘 效 果 。由 于 稠 油 中 含 重 金 属 成 分 ,重 金 属 的 存 在 会 使 催化 剂 中 毒 而 迅 速 降 低 催 化 效 果 ,故 在 加 入 催 化 剂 前 应先 除 去 稠 油 中 的 重 金 属 成 分 。2 稠 油 加 碱 降 粘原 油 中 含 有 一 些 酸 性 物 质 ,如 脂 肪 酸 、 环 烷 酸 、 焦质 酸 和 沥 青 酸 ,这 些 酸 性 物 质 是 潜 在 的 表 面 活 性 物质 ,可 被 碱 活 化 ,形 成 O/ W 型 乳 化 剂 [2 ] 。 在 此 乳 化 剂作 用 下 ,稠 油 与 水 形 成 O/ W 型 乳 状 液 ,可 大 幅 降 粘 。常 加 入 的 碱 有 : ,反应 方 程 式 如 下 :R — — 敏 等 人 的 研 究 [3 ]表 明 油 含 水 大 于 25 %时 ,随 着 原 油 含 水 量 的 增 加 ,加 入 碱 液 ,原 油 降 粘 幅 度 逐渐 增 加 ,并 且 碱 液 降 粘 仅 对 酸 值 大 于 012 有 效 ,切 忌 投 加 过 量 。3 稠 油 加 表 面 活 性 剂 降 粘311   降 粘 原 理 [4 ,5 ]表 面 活 性 剂 的 降 粘 原 理 通 常 归 为 3 种 : ① 乳 化 降粘 ,即 在 表 面 活 性 剂 作 用 下 使 W/ O 乳 状 液 反 相 成 为O/ W 型 乳 状 液 而 降 粘 : ② 破 乳 降 粘 ,即 表 面 活 性 剂 使W/ O 乳 状 液 破 乳 而 生 成 游 离 水 ,根 据 游 离 水 量 和 流速 形 成 “ 水 套 油 心 ” 、“ 悬 浮 油 ” 、“ 水 漂 油 ” 而 降 粘 ; ③ 吸附 降 粘 ,是 将 表 面 活 性 剂 水 溶 液 注 入 油 井 ,破 坏 油 管—46—第 19 卷 第 8 期2005 年 8 月                        化 工 时 刊s                        19 , 88. 2005或 抽 油 杆 表 面 的 稠 油 膜 ,使 表 面 润 湿 性 反 转 为 亲 水性 ,形 成 连 续 的 水 膜 ,减 小 抽 油 过 程 中 原 油 流 动 的 阻力 。 这 3 种 机 理 往 往 同 时 存 在 ,但 表 面 活 性 剂 不 同 及条 件 不 同 时 ,起 主 导 作 用 的 降 粘 机 理 也 不 同 。312   选 用 表 面 活 性 剂 的 原 则 [6 ]乳 化 降 粘 的 关 键 问 题 是 形 成 适 当 稳 定 的 O/ W 型乳 状 液 ,在 整 个 过 程 之 中 不 会 破 乳 分 层 ,最 后 到 集 油站 或 炼 油 厂 后 又 能 容 易 破 乳 脱 水 ,因 此 所 选 的 乳 化 降粘 剂 应 具 有 以 下 两 个 特 征 :第 一 ,对 稠 油 具 有 较 好 的乳 化 性 ,能 形 成 比 较 稳 定 的 O/ W 型 乳 状 液 ,或 者 对 油管 、 抽 油 杆 表 面 具 有 良 好 的 水 润 湿 性 ,能 形 成 稳 定 的水 膜 ;第 二 ,形 成 的 O/ W 型 乳 状 液 不 能 太 稳 定 ,否 则影 响 下 一 步 的 脱 水 。除 此 之 外 ,所 选 用 的 表 面 活 性 剂 还 应 具 有 高 效 、廉 价 、 货 源 广 、 用 量 少 的 特 点 。313   常 用 的 表 面 活 性 剂 类 型(1)按 溶 解 后 解 离 出 的 电 荷 分 阴 离 子 型 、 阳 离 子型 、 两 性 离 子 型 、 非 离 子 型 4 种 。(2)按 表 面 活 性 剂 所 带 官 能 团 分 脂 肪 酸 盐 类 (阴离 子 型 ) 、 石 油 磺 酸 盐 类 (阴 离 子 型 ) 、 聚 氧 乙 烯 烷 基 酚醚 类 (非 离 子 型 )等 。 其 中 ,羧 酸 盐 型 表 面 活 性 剂 对 超稠 油 乳 化 效 果 较 好 ,而 的 非 离 子 表 面活 性 剂 则 对 普 通 稠 油 乳 化 效 果 较 好 。郑 秀 娟 等 人 的 研 究 [7 ]表 明 木 素 基 两 性 表 面活 性 剂 与 原 油 接 触 后 ,当 原 油 中 有 机 酸 含 量 较 低 时 ,以 表 面 活 性 剂 作 用 为 主 :当 原 油 中 有 机 酸 含 量 较 高时 ,除 溶 剂 化 剂 本 身 含 有 的 活 性 物 质 起 作 用 外 ,溶 剂化 中 的 碱 性 物 质 与 原 油 中 的 有 机 酸 反 应 产 生 也 产 生活 性 物 质 ,促 使 水 包 油 乳 状 液 的 形 成 ,从 而 降 低 原 油粘 度 。 木 素 基 两 性 表 面 活 性 剂 先 后 在 河 南 、 辽河 、 胜 利 、 华 北 、 大 庆 、 大 港 等 11 个 油 田 现 场 应 用 ,均取 得 较 高 的 效 益 ,统 计 使 用 1 000余 井 次 ,投 入 产 出 比高 达 1∶ 60。314   存 在 的 问 题加 表 面 活 性 剂 降 粘 乳 化 剂 术 虽 可 在 一 定 程 度 上解 决 稠 油 的 降 粘 问 题 ,但 开 采 时 需 加 入 大 量 的 水 ,并且 要 求 所 形 成 的 乳 状 液 必 须 具 有 一 定 的 稳 定 性 ,导 致采 出 的 稠 油 破 乳 脱 水 难 度 增 加 、 处 理 量 加 大 。4 稠 油 加 降 粘 剂 降 粘对 于 石 蜡 基 原 油 ,由 于 原 油 中 蜡 含 量 高 ,引 起 原油 凝 固 点 高 。 当 温 度 在 凝 固 点 以 上 时 此 类 原 油 的 粘度 并 不 大 ,而 且 对 温 度 不 敏 感 ,但 当 温 度 降 到 其 凝 固点 以 下 时 ,原 油 粘 度 急 剧 上 升 。 在 原 油 中 加 入 降 凝剂 ,可 以 降 低 原 油 的 凝 固 点 ,从 而 改 善 原 油 的 低 温 流动 性 。411   降 凝 剂 的 作 用 机 理降 凝 剂 的 分 子 结 构 与 原 油 中 的 蜡 分 子 结 构 相 同或 相 近 ,在 蜡 的 成 核 和 生 长 过 程 中 能 够 与 蜡 晶 共 晶 或吸 附 ,阻 止 了 蜡 晶 的 生 长 ,使 蜡 的 网 状 结 构 被 抑 制 ,由蜡 造 成 的 稠 油 的 部 分 结 构 粘 度 消 失 ,从 而 屈 服 值 降低 ,表 观 粘 度 下 降 。 作 用 机 理 [4、 8 ]具 体 如 下 :(1)分 散 理 论   降 凝 剂 在 原 油 析 蜡 点 温 度 以 上 析出 ,起 晶 核 作 用 ,成 为 蜡 吸 附 生 长 的 中 心 ,使 原 油 中 生成 的 小 颗 粒 蜡 增 多 ,减 少 网 状 结 构 ,降 低 结 构 粘 度 。(2)吸 附 理 论   1938 年 表 了 对 与 氯 化 石 蜡 的 烷 基 化 产 物 ) 降 凝 机 理 的 结果 ,提 出 了 吸 附 理 论 ,即 降 凝 剂 将 原 油 中 的 蜡 晶 中 心吸 附 在 其 周 围 ,阻 止 进 一 步 析 出 的 蜡 晶 相 互 结 合 ,使其 不 能 与 轻 组 分 一 起 形 成 三 维 网 状 凝 胶 结 构 ,从 而 降低 原 油 凝 固 点 。(3)共 晶 理 论   降 凝 剂 在 原 油 析 蜡 点 温 度 时 析出 ,与 蜡 共 晶 ,破 坏 石 蜡 的 方 向 性 ,生 成 分 枝 的 “ 过 滤残 晶 形 态 ” ,使 原 油 结 构 粘 度 降 低 。4. 2   常 用 的 降 凝 剂 类 型常 用 的 聚 合 物 类 型 降 凝 剂 有 两 类 ,即 均 聚 物 和 共聚 物 降 凝 剂 。 均 聚 物 类 有 :丙 烯 酸 高 碳 醇 酯 聚 合 物 、甲 基 丙 烯 酸 高 碳 醇 酯 聚 合 物 、 反 式 丁 烯 二 酸 二 烷 基 酯聚 合 物 。 共 聚 物 有 二 元 共 聚 和 三 元 共 聚 。 其 中 二 元共 聚 物 :乙 酸 乙 烯 酯 — 乙 烯 共 聚 物 、 乙 酸 乙 烯 酯 — 马来 酸 酯 或 富 马 酸 酯 共 聚 物 、 乙 烯 为 单 体 二 元 共 聚 物 、苯 乙 烯 为 单 体 的 二 元 共 聚 物 、α - 烯 烃 为 单 体 的 二 元共 聚 物 、 烷 基 乙 烯 基 醚 为 单 体 的 二 元 共 聚 物 。 由 于 三元 共 聚 物 反 应 产 物 复 杂 ,反 应 难 于 控 制 ,用 于 降 凝 剂的 种 类 比 较 少 ,常 见 的 有 :乙 酸 乙 烯 酯 — 丙 烯 酸 酯 —马 来 酸 酯 共 聚 物 、 甲 基 丙 烯 酸 烷 基 酯 — 乙 烯 基 吡 啶 —甲 基 丙 烯 酸 丙 基 酯 三 元 共 聚 物 。 常 用 于 聚 合 的 单 体物 质 有 乙 烯 、 乙 酸 乙 烯 基 酯 、 丙 烯 酸 高 碳 酯 、 甲 基 丙 烯酸 、α - 烯 烃 马 来 酸 酯 、 乙 烯 吡 啶 、 烷 基 乙 烯 基 醚 、 丙 烯氰 等 含 双 键 化 合 物 。413   存 在 的 问 题由 于 只 有 当 降 凝 剂 的 分 子 结 构 与 原 油 中 蜡 的 分—56—赵 素 惠 等   稠 油 化 学 降 粘 法 概 述                                     2005. 19 , 8   化 工 时 刊子 结 构 相 同 或 相 近 时 才 会 发 生 作 用 ,故 从 一 定 程 度 上讲 降 凝 剂 对 原 油 具 有 一 定 的 选 择 性 ,即 适 用 于 这 种 原油 的 降 凝 剂 不 一 定 适 用 于 其 它 原 油 。 原 油 中 的 石 蜡是 正 构 烷 烃 的 混 合 物 ,同 一 原 油 采 用 不 同 的 降 凝 剂 会收 到 不 同 的 降 粘 效 果 。 因 此 ,采 用 适 用 范 围 不 同 的 两种 或 数 种 降 凝 剂 复 配 ,可 以 扩 大 其 使 用 范 围 ,得 到 更好 的 降 粘 效 果 。在 原 油 中 加 入 降 凝 剂 后 ,起 初 原 油 的 降 粘 幅 度 均随 降 凝 剂 添 加 量 的 增 加 而 迅 速 增 高 ,但 达 到 一 定 值后 ,降 粘 幅 度 则 随 添 加 量 的 增 加 而 缓 慢 增 加 ,保 持 基本 上 的 恒 定 ,这 种 现 象 可 叫 “ 顶 棚 ” 式 疑 点 降 低 [9 ] ,不同 降 凝 剂 对 同 种 原 油 出 现 “ 顶 棚 ” 的 先 后 不 同 。 故 ,选择 合 适 的 降 凝 剂 和 最 佳 加 料 范 围 是 很 重 要 的 。吴 本 芳 等 人 的 研 究 [10 ]表 明 ,降 凝 剂 对 高 凝 、 高 粘原 油 的 低 温 降 粘 效 果 好 ,但 在 较 高 温 区 (如 50 ℃ 附近 )的 降 粘 效 果 较 差 。 上 海 石 化 有 限 股 份 公 司 生 产 的 凝 剂 ,加 量 2 000 L ,在 相 同 剪 切 速 率 下 ,辽河 特 稠 油 20 ℃ 的 粘 度 降 低 8512 % ,而 50 ℃ 的 粘 度 仅降 低 1717 %[11 ] 。5 稠 油 加 油 溶 性 降 粘 剂 降 粘 [12 ]油 溶 性 降 粘 剂 主 要 是 基 于 原 油 降 粘 剂 开 发 技 术 ,针 对 焦 质 、 沥 青 质 分 子 呈 层 次 堆 积 状 态 ,借 助 高 温 或溶 剂 作 用 下 堆 积 层 隙 “ 疏 松 ” 的 特 点 ,使 降 粘 剂 分 子“ 渗 入 ” 胶 质 或 沥 青 质 分 子 层 之 间 ,起 到 降 低 稠 油 粘 度的 作 用 。 降 粘 剂 与 降 凝 剂 的 最 大 不 同 在 于 它 的 结 构中 含 有 极 性 较 大 的 官 能 团 和 (或 ) 具 有 表 面 活 性 的 官能 团 ,有 时 还 要 与 表 面 活 性 剂 或 溶 剂 复 配 使 用 。511   油 溶 性 降 粘 剂 的 作 用 机 理油 溶 性 降 粘 剂 是 一 种 兴 起 不 久 的 原 油 流 动 性 改进 剂 ,国 内 外 的 学 者 对 其 与 原 油 的 作 用 机 理 研 究 较少 ,未 见 有 成 熟 的 理 论 见 诸 报 道 。 但 近 年 来 降 粘 剂 研究 的 一 个 显 著 特 点 是 在 原 油 酯 型 分 子 骨 架 上 引 入 具有 极 性 或 表 面 活 性 的 侧 链 ,利 用 极 性 基 团 和 表 面 活 性剂 基 团 的 空 间 效 应 和 降 低 固 液 界 面 张 力 的 能 力 提 高对 蜡 晶 、 胶 质 、 沥 青 质 的 分 散 作 用 。 表 面 活 性 剂 基 团可 产 生 分 散 作 用 ,原 因 如 下 [13 ] :(1)降 低 表 面 张 力   表 面 活 性 剂 吸 附 于 固 — 液 界面 ,降 低 了 界 面 吉 布 斯 自 由 能 。(2)位 垒 作 用   表 面 活 性 剂 吸 附 于 固 — 液 界 面 ,阻 碍 固 体 颗 粒 相 互 接 近 。 吸 附 力 越 大 ,在 热 运 动 中 越能 阻 止 由 碰 撞 动 能 引 起 的 颗 粒 聚 结 。(3)电 垒 作 用   大 多 是 非 离 子 型 的 高 分 子 表 面 活性 剂 ,具 有 多 个 极 性 基 团 ,这 些 极 性 基 团 包 围 固 体 颗粒 ,使 固 体 颗 粒 间 互 相 排 斥 。512   油 溶 性 降 粘 剂 的 类 型 [12 ]油 溶 性 降 粘 剂 的 品 种 很 多 ,但 基 本 上 可 归 结 为 两类 :一 类 是 缩 合 物 型 ,如 ;另 一 类 是 不 饱 和单 体 的 均 聚 物 或 共 聚 物 ,典 型 聚 合 物 有 乙 烯 — 醋 酸 乙烯 酯 共 聚 物 ( , (甲 基 )丙 烯 酸 高 碳 醇 酯 衍 生 物 的聚 合 物 、 马 来 酸 酯 的 聚 合 物 或 不 饱 和 酸 酯 与 其 它 不 饱和 单 体 的 共 聚 物 。参 考 文 献[1 ]   秦 冰 ,彭 朴 ,景 振 华 1 日 用 化 学 品 科 学 ,2000 ,23 (增 刊 1) :128~129[2 ]   葛 际 红 ,张 贵 才 ,赵 福 麟 1 油 田 化 学 ,1999 ,16 (4) :320~ 322[3 ]   王 思 敏 ,王 积 龙 1 石 油 规 划 设 计 ,1996 ,2 ,23~ 26[4 ]   魏 小 明 ,刘 喜 民 ,王 卫 东 ,徐 凤 廷 1 精 细 石 油 化 工 ,2002 ,5 :45~ 48[5 ]   赵 国 玺 1 表 面 活 性 剂 化 学 1 北 京 :北 京 石 油 大 学 出 版 社 ,1984 :382~ 408[6 ]   黄 敏 ,李 芳 田 ,史 足 华 1 油 田 化 学 ,2000 ,17 (2) :137~ 139[7 ]   郑 秀 娟 ,刘 东 升 ,林 茂 森 . 特 种 油 气 藏 ,1995 ,2 (3) :49~ 53[8 ]   王 克 . 油 田 化 学 ,1993 ,10 (2) :183~ 187[9 ]   熊 崇 翔 译 ,石 油 炼 制 译 丛 , (9) ,43 (1982)[10 ]   吴 本 芳 ,郭 金 波 1 油 气 储 运 ,2003 ,22 (2) :1~ 6[11 ]   吴 本 芳 1 辽 河 油 田 降 粘 研 究 ,华 东 理 工 大 学 硕 士 学 位 论 文 ,2001[12 ]   周 风 山 ,吴 瑾 光 1 油 田 化 学 ,2001 ,18 (3) :268~ 272[13 ]   沈 钟 ,王 果 庭 1 胶 体 与 表 面 化 学 1 北 京 :化 学 工 业 出 版 社 ,1991—66—化 工 时 刊   2005. 19 , 8                                   论 文 综 述 《 he s》
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