稠油化学降黏技术对比及发展方向

朱万雨

新疆油田公司工程技术研究院

稠油化学降黏技术对比及发展方向

朱万雨

新疆油田公司工程技术研究院

化学降黏是将一定量的化学剂添加到稠油中，通过一系列化学反应降低稠油凝固点及其黏度，减少流动阻力，从而提高稠油井原油产量。我国大多数油田地质条件复杂，加之开采深度及难度的增加，根据油井生产情况和原油物性的不同，需要采用与之相匹配的降黏方式，选择相应的化学药剂。稠油化学降黏主要包括掺水乳化降黏技术、油溶降黏技术、井下水热催化裂化技术。为了更好地降低稠油黏度，顺利开采原油，减少运输成本，提高原油采收率，今后降黏技术主要方向为研制高效降黏剂，研究降黏机理，将多种降黏剂复配使用，达到最佳降黏效果。

稠油；掺水乳化降黏；油溶性降黏剂降黏；井下水热催化裂化降黏

稠油的黏度对温度极其敏感，随温度的上升黏度降低，如温度增加8～9℃，黏度可减少一半。因此，对稠油的开采、输送，多用热力降低其黏度，如蒸汽驱动、热油循环、火烧油层等，因其燃料消耗大，成本高，也采用掺入稀油的方式。部分地区稀油资源有限，所以这种方式不仅成本高而且要受到稀油来源的限制。

化学降黏是将一定量的化学剂添加到稠油中，通过一系列化学反应降低稠油凝固点及其黏度，减少流动阻力，从而提高稠油井原油产量。目前比较常用的化学降黏主要有掺水乳化降黏技术、油溶性降黏剂降黏技术和井下水热催化裂化技术。我国大多数油田地质条件复杂，加之开采深度及难度的增加，目前尚未发现可以适于任何条件、任何原油的降黏化学剂，根据油井生产情况和原油物性的不同，需要采用与之相匹配的降黏方式，选择相应的化学药剂。

1 掺水乳化降黏

（1）降黏机理。掺水降黏是将一种液体以液珠形式分散在与它不相混溶的另一种液体中而形成乳状液进行降黏。原油中含有大量胶质或沥青质等天然乳化剂，掺水之后很容易形成W/O型乳状液，原油黏度急速增加。如果添加适量的表面活性剂，或者加入适量的碱，使其与稠油中所含的沥青酸、环烷酸、脂肪酸、焦质酸等有机酸进行化学反应，生成亲水能力强的表面活性剂，则它在水中的溶解度比在油中的大，变W/O型乳状液为O/W型乳状液，即改变为水包油型乳状液，实现阻止油滴凝结，充分降黏的目的。稠油乳化后既可以单独使用，也可以作为辅助配合其他（如蒸汽吞吐）等方式使用，是一种比较常见的降黏技术。

（2）技术存在的问题。该技术降黏程度最高，经济成本最低，目前已经被广泛应用于国内外稠油油田。制约因素：因稠油组成成分各异，对乳化降黏剂有不同要求，不同的稠油成分组合直接影响乳化降黏剂的降黏效果；目前大大部分乳化剂仅可使用于常温油藏条件下，可用于高温的还不多；采出后需要再次进行脱水处理，因在降稠过程中掺水量较大，故后续污水处理工艺难度较高，同时需进行杀菌、缓蚀、过滤等一系列处理；O/W乳状液具有腐蚀性；难以把握乳状液稳定性。

（3）乳化降黏技术研究方向。近年来乳化降黏技术在国内外都有较多研究，技术比较成熟，降黏率可达99%以上。近期有学者提出，将乳化降黏剂中加入纳米材料，将水、油、乳化剂共同形成纳米乳液，纳米乳液可自动形成，无需借助搅拌等外界力量；而且纳米乳液不易发生聚集，属于热力学稳定体系。还有学者提出双子表面活性剂，此为另一高效表面活性剂，它的分子中由联结基团将两个亲水基和两条疏水链联接在一起。这种双子表面活性剂有许多优点：在低温状态下有良好的增溶性能和溶解性能；位于临界胶束浓度时，界面张力和胶束浓度低于相应的单子表面活性剂；可与普通表面活性剂配合使用，从而产生更大效应。

2 油溶性降黏剂降黏

油溶性降黏剂降黏技术主要依靠降黏剂的使用而发展起来。降黏剂分子有较强的形成氢键能力，借助这种能力进入沥青质片状分子和胶质之间，从而拆散原本重叠的聚集体，重新组成空间延伸度小、结构比较散、片状分子无序重叠的新的聚集体，进而达到降低稠油黏度的目的。

（1）技术研究与应用。油溶性降黏剂根据所含成分不同包括很多品种，具体可分为三大类：第一类，高分子表面活性剂型，主要由具有表面活性的单体组成，主要成分是烯烃、乙烯醇聚醚、不饱和酸酯、烯基硫酸盐等；第二类，不饱和酸酯、烯烃的均聚物或共聚物，均聚物主要由聚丙烯酸高碳醇类、聚丙烯酸酯组成，聚合物主要包括由马来酸酐衍生物组成的聚合物，由丙烯酸高碳醇脂衍生物组成的聚合物以及乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；第三类：缩合物型，此类化学物目前主要应用于润滑油降黏，是最早使用的降黏剂。

（2）降黏技术存在的问题。降黏剂通过分散、重组聚集体达到降黏的目的，而实际并未消除沥青质片状分子和胶质；目前研制油溶性降黏剂较困难，价格较高，使用量大，直接导致成本上升；对黏稠程度较高的稠油必须配合其他工业技术同时使用；稠油降黏程度低，降黏效果较好的仅可达到70%，仍无法与乳化降黏技术相比；必须配合其他工艺同时使用，因油溶性降黏剂降黏效果较差，现在对特稠油、超稠油等单独使用无法达到技术要求。

（3）技术研究方向。为解决油溶性降黏剂的作用机理和降低降黏剂对原油的选择性，有很多学者进行了大量研究。其中有学者提出利用胶体流变学、非电解质理论、胶体化学等进行研究，即从共晶吸附理论方面研究，使原油由均相分布改变为非匀相胶体，从而达到胶质聚集体和蜡晶被轻质馏分油包围。也有学者提出从石油化学的角度考虑，找出原油流变的本质及受何因素影响，进而研究如何进行改性，达到降黏效果。还有学者提出，利用降黏剂可分散蜡晶这一特性，使全氟表面活性剂和高分子表面活性剂充分发挥作用，达到高分散作用。不同地区稠油组成成分不同，油溶性降黏剂有不同的作用机理；降黏剂对原油有很强的选择性，需要针对原油组成设计不同的降黏剂。同时，降黏剂必须保证充分与稠油中的胶质及沥青质分子相互作用才能达到降黏效果，而井下环境对此有较大影响，因此国内研究较为缓慢。

3 井下水热催化裂化降黏

井下水热催化裂化降黏技术是利用稠油与水蒸气之间发生的裂化反应，在催化剂的影响下，由高碳数的稠油转变成轻质油，达到降低黏度的目的，提高油的品质。稠油井下降黏法的研究始于20世纪90年代。

（1）技术研究与应用。此项技术的关键是选择合适的催化剂。催化剂必须活性高，反应条件宽，可适用于不同的原油，制作或研制成本低。好的催化剂应该具备以下条件：①容易注入底层中，可最大化地扩大波及范围；②具有良好的耐温性，必须达到280℃以上；③有良好的抗毒性，不易被原油中的复杂成分毒化；④活性高、成本低、寿命长；⑤与地层水有较强的配伍性。井下水热催化裂化技术与单纯的热采法不同，它是一种不可逆的变化，因裂变作用，从而降低黏度，增强了流动性；同时因为有催化剂作用，原油的部分重组分在井下改质，因而降低了开采成本和运输压力，减轻了炼油厂压力。

（2）技术研究方向。水热裂化技术需要大量热量产生水蒸气，在低温或常温条件下无法使用，使采油受到一定限制，而且此项技术必须选择合适的催化剂，极大制约了此项技术的发展。水热裂化技术降黏今后的研究方向主要是研制效果好、成本低的催化剂。

4 结语

掺水型乳化降黏技术在全国范围内应用较为广泛，可进一步推广。局限性在于原油采出后需进行脱水等进一步处理，且无法在高温、高矿化度油田地区使用，少数耐温降黏剂成本较高，因此需进一步研究使采出液易处理的降黏剂以及耐高温、耐高矿化度的降黏剂。

制约油溶性降黏技术的主要问题是稠油的降黏机理未完全掌握。从目前研究来看，最可行方法是将油溶性降黏剂与乳化剂、稀释剂等配合使用，以达到降黏效果。因此深入研究降黏机理，是成功研制新型油溶性降黏剂的关键。

井下水热催化裂化技术已进行少量实验，如要进行较大规模使用，必须研制催化剂或与油溶性降黏剂等配合使用。

从目前应用来看，任何一种稠油降黏技术都具有一定的局限性，一种降黏剂只能用于一个或几个地区，无法大范围使用。这主要是因为各地原油组成不同，而且降黏剂对稠油的降黏机理还不是很明确。为了更好地降低稠油黏度，顺利开采原油，减少运输成本，提高原油采收率，今后降黏技术主要发展方向为研制高效降黏剂，研究降黏机理，将多种降黏剂复配使用，达到最佳降黏效果。

（栏目主持杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.005