催化裂解降粘技术研究与应用

陈海云

摘 要：本文通过对八面河油田稠油物性的研究，得出影响稠油粘度的根本原因。研究出适合油田稠油的催化裂解降粘剂，从根本上改变原油组分，彻底降低原油粘度，提高油田稠油的采出程度。

关键词：稠油；催化裂解；催化降粘

1 高温催化降粘机理

在烃类氧化反应中[1]，通过供氧化合物、催化剂在一定条件下产生烃自由基诱导烃形成新的自由基，导致链式催化氧化反应发生，形成含氧的烃类化合物，如有机酸、醛、酮等化合物。原油分子量高、烃链长，在较低温度下即可发生氧化反应，酸性物质被碱中和后形成表面活性物质，使含水原油形成O/W型乳化液，降低稠油粘度，利于稠油的开采

2 催化降粘剂的合成

稠油中天然羧酸组份含量的多少直接决定着其乳化的难易程度。稠油中羧酸盐含量高，加碱就能形成稳定的乳化液。为提高活性剂与稠油的相容性及耐盐性，选取合成含有苯环的长链醇与环氧乙烷形成的缩合物-羧基改性物TM[2]。

烷基苯醚羧酸盐系列催化剂的合成分两步进行：①取苯取代的烷醇1mol，加入粉状催化剂，N2吹扫反应釜置换空气，小心通入环氧乙烷，在一定条件下，搅拌反应得到苯基醇醚（BZ）；②将250mL三口烧瓶置于水浴中，取适量BZ倒入三口烧瓶内，开动搅拌器，缓慢加入研成粉末的NaOH，进行碱化反应。将沉淀转移入烧瓶中，加入过量HCl，以甲苯作油相回流萃取，所得甲苯相再以纯水反复萃取，最终在减压下脱去油相中甲苯，得到提纯的长链烷醇醚羧酸，将提纯样品用重金属碱式盐或M（OH）x溶液在乙醇中回流、中和得到催化降粘剂。

3 催化剂种类的确定

选取稠油与水按照体积7：3混合，加入碱和催化剂，混合置于高压反应釜[3]中在180℃下恒温反应12h，测试反应前后体系在40℃的粘度。实验采用的催化添加剂：TB、TC、TF、TM、TN、TU，表面活性剂有：AS（烷基磺酸盐）、TX和重质烷基苯磺酸盐ABL，在180℃恒温12h后测试40℃下稠油粘度，并记录观察的现象。

正交实验优化可知，TN用量增加，粘度先降低而后有所上升，但上升幅度不大，随后下降，总的趋势是TN用量大，粘度降低幅度较大；对于助剂KP来说，无KP时，粘度很高，KP加量0.1%时粘度最低，随后粘度增加，尤其是加量在0.25%以上后粘度大幅上升；对于有机助剂HT而言，用量也有一个合适范围，在加量0.1～0.25%时降粘效果较好，高于0.8%后粘度上升幅度较大。通过正交试验优化得出催化体系组成为：0.3%TN+0.1%KP+0.25%HT。按此配方组成加入到稠油中进行高温降粘验证实验，40℃时稠油粘度为146MPa.s。

4 催化降粘剂性能评价

4.1 温度对降粘性能和稠油组成的影响

采用优化配方体系：0.3%TN+0.1%KP+0.25%HT，记为0.65%TNP，含水量30%，改变反应温度180℃、200℃、220℃、300℃下反应12h，测试体系粘度和脱水后稠油族组成。

随着温度增加，饱和酚、芳香酚含量上升，胶质沥青质含量下降。温度较高时，有利于胶质的催化转化，其主要产物为饱和酚和芳香酚。

4.2 催化体系加量对稠油粘度及族组成的影响

从降粘效果看，催化剂加量0.3%以上，降粘率达到99%以上，当催化剂加量为0.65%，饱和分与芳香分含量增加6.12%，胶质沥青质含量下降4.12%，稠油粘度下降明显；超过0.9%后，饱和分与芳香分增加8.31%，饱和分与芳香分含量增加幅度变缓。优选0.65%。

4.3催化劑对稠油烃类碳数组成分布的影响

催化反应非烃化合物（胶质、沥青质）的裂解，释放出烃类物质，增加了烃含量，同时重组分烃类C31～C36转化为轻组分和中间组分，减少了重组分含量。正是由于催化反应使高碳数的烃类和非烃类发生了断链反应，轻+中间组分（～C10和C11～C20）含量得到明显提高，表现出稠油粘度下降。

4.4 催化剂吸附性能的评价

将催化剂与地层水配制成100g空白溶液，100g 0.3%、0.5%、0.8%和1%TNP的地层水溶液。分别测定以上溶液中含金属量，然后在180℃高温下反应8h，取出后，再测定溶液中的含金属量，计算出该催化剂在地层水下的吸附率。

5 现场试验

对油井放喷期和采油期进行了跟踪取样，物性分析表明：经过地层复合催化降粘后确实在地层发生了裂解反应，具体表现为：

5.1 原油族组成发生了变化

通过原油四组分分析，结果显示胶质、沥青质含量降低，尤其沥青质降低幅度较大，饱和烃含量上升，对应原油粘度下降，表明原油呈现轻质化。

5.2 施工后原油平均分子量降低、初馏点降低、收率增加

通过原油馏程分析和平均分子量计算，初馏点降低大约10℃左右、<300℃收率增加大约2-4%，平均分子量大约降低60-70，为10%左右。

5.3 发生了加氢脱硫反应、原油得到改质

通过对原油措施前后元素含量的分析，结果显示催化后原油发生了加氢脱硫反应，其中氢含量增加2.69-4.64%，硫含量降低5.6-20%，H/C原子比增加2.56-4.58%。

5.4 低温生产期延长，延长生产周期、周期产油量增加

加入的催化剂在地层与原油发生反应，重质成分减少、轻质成分增加，导致原油粘度下降，原油在低温下也具有较好的流动性，从而延长生产周期。

相同井口温度下的日产油水平提高，低温生产期延长，说明催化剂对稠油的降粘效果好，稠油流动性变好，出油粘度降低，日产量增加。

6 结束语

催化裂解降粘技术能才根本上降低稠油的的粘度，即在地层中改变稠油的组成，使稠油粘度彻底降低，在到达地面后依然处于很低的粘度，便于稠油的地面运输及使用。该技术已经在河南油田实验10井次，取得一定效果。下步需要解决的问题是如何降低该技术的成本以及降低反应条件。

参考文献：

[1]巩永刚，王杰祥，王小林.水热裂解开采稠油技术[J].石油钻探技术，2006，34（2）：61-64.

[2]贾剑平，胡新玉.稠油水热裂解催化降粘的室内研究[J].新疆石油天然气，2011，7（3）：83-87.

[3]陈尔跃，刘永建，葛红江，闻守斌.辽河稠油沥青质催化水热裂解反应中的降解[J].大庆石油学院学报，2005，29（5）：9-11.