胜利清河稠油溶气降黏特性研究

李保平 李传宪 顾晨晨

1浙江浙能天然气运行有限公司

2中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院

3中国石化管道储运有限公司徐州处

我国的稠油资源约占世界总探明石油储量的15%～20%，开采出这部分资源对保障国内石油供应具有重大意义。目前，国内外稠油常用的降黏输送方法有加热法、稀释法、掺热水法、乳化降黏法、低黏液环法、改质输送法、物理场处理法、天然气饱和输送法等[1]。对于溶气含蜡原油的溶气特性、流变特性，国内外学者做了大量研究工作，但也仅限于对溶气含蜡原油的黏度、密度和溶解度等参数进行测量。耿宏章等[2-3]、潘竟军等[4-5]、薛海涛等[6]利用自行研制的设备研究了密度、体积系数、黏度与温度、压力及气油比的关系；孙仁远等[7]测定了高压含气原油的凝点。研究结果表明，与脱气原油相比，溶气原油的凝点降低，流变特性得到改善。但目前针对稠油的天然气饱和输送方面的研究较少。

本文利用自行研制的饱和溶气原油制备测量装置研究胜利清河稠油和不同气体在不同压力下的溶气特性与流变特性。该研究对于国内外稠油的开采利用、天然气饱和输送降黏法的应用、矿场集输管路优化设计和安全经济运行具有重要指导意义。

1 实验原料和方法

本实验所用油样为胜利清河稠油，其基本组成及物性见表1。

表1 清河稠油基本组成及物性参数Tab.1 Basic composition and physical property of Qinghe heavy oil

实验中所用溶解气体为CH4、C2H6以及CH4∶C2H6=1∶1 的混合气。

溶气原油流变性及溶解度测量装置如图1所示。

图1 溶气原油流变性及溶解度测量装置Fig.1 Rheological property and solubility measuring device of dissolved gas oil

溶气原油溶解度测量：利用自制的溶气原油溶解度测定装置按照相应的溶解度测量实验步骤[8]，将溶解气从溶气原油中充分释放，根据测量得到脱气原油体积V脱和溶解气体积V气，然后通过计算求得溶解度S=V气/V脱。实验压力为0～2 MPa，实验温度控制在（50±0.1）℃。

溶气原油流变性测量：利用自制的溶气原油流变性测量装置按照相应的流变性测量实验步骤，测量不同实验条件下溶气原油的黏度。本实验中利用AR-G2 高压流变仪边降温边剪切，测量油样的黏度，压力为0～2 MPa，温度范围为80～30 ℃，降温速率为0.5 ℃/min，剪切速率均选为100 s-1。

2 实验结果与讨论

2.1 溶解度的测量

本实验测定了CH4、C2H6、混合气不同压力条件下胜利清河稠油的溶解度，结果如图2 所示。

图2 不同溶解气在清河稠油中的溶解度Fig.2 Solubility of different dissolved gas in Qinghe heavy oil

由图2 可知：

（1）在相同的温度、压力条件下，三种气体在清河稠油中的溶解度相对大小关系为：S(C2H6)＞S(混合气)＞S(CH4)。根据相似相溶原理，C2H6更易溶于原油中，所以C2H6的溶解度大于CH4，而混合气的溶解度介于二者之间。

（2）在实验压力范围内，CH4、C2H6、混合气三种气体在清河稠油中的溶解度随着压力的升高基本呈线性规律增大。亨利定律指出：在等温等压下，某种气体在溶液中的溶解度与液面上该气体的平衡压力成正比，所以随着压力的升高，溶解度基本呈线性规律增大。

2.2 溶气稠油黏度

本实验测定了清河稠油在50 ℃和不同压力条件下饱和溶解CH4、C2H6、混合气后的黏度随温度的变化关系（图3～图6）。

图3 CH4饱和溶气稠油的黏温曲线Fig.3 Viscosity and temperature curve of dissolved gas heavy oil with saturated CH4

图4 C2H6饱和溶气稠油的黏温曲线Fig.4 Viscosity and temperature curve of dissolved gas heavy oil with saturated C2H6

由图3～图6 可以看出：

（1）对于某种气体，在同一温度下，随着压力升高，清河溶气稠油的黏度不断降低，降黏率不断增大。例如对于C2H6溶气稠油，在50 ℃时，0.5～2.0 MPa 的降黏率分别为28.54%、53.34%、64.57%、73.74%。由于压力越高，气体的溶解度越大，原油中溶入的轻组分气体越多，小分子的气体对原油具有一定的稀释作用，所以压力越高降黏率越大。

图5 混合气饱和溶气稠油的黏温曲线Fig.3 Viscosity and temperature curve of dissolved gas heavy oil with saturated mixture gas

图6 CH4、C2H6、混合气在2 MPa 的黏温曲线Fig.3 Viscosity and temperature curve of CH4，C2H6and mixed gas when the pressure is 2.0 MPa

（2）在相同的温度和压力条件下，不同溶解气的降黏率大小关系为C2H6＞混合气＞CH4。由于在相同的温度、压力条件下，不同气体在清河稠油中的溶解度不同，根据相似相溶原理，溶解度大小关系为S(C2H6)＞S(混合气)＞S(CH4)，气体的溶解度越大，原油中溶入的轻组分越多，小分子对原油的稀释作用越显著，降黏率就越大。

（3）对于饱和溶解三种气体的稠油，在相同的压力条件下，其降黏率均随着温度的降低而增大。例如对于2 MPa 下的乙烷溶气稠油，在80 ℃时降黏率为60.61%，而在30 ℃时降黏率则为81.18%。这是由于一方面随着温度降低，溶气原油的溶解度会略有增大，稠油的溶气降黏效果更显著；另一方面，温度越低，稠油中胶质、沥青质等缔合程度越高，溶解气对稠油中胶质、沥青质等缔合结构的阻碍和破坏作用也越显著，因而降黏率也就越高。

3 结论

利用自行研制的室内饱和溶气原油制备装置制备了在0～2 MPa 压力下饱和溶解CH4、C2H6及其1∶1 混合气的清河饱和溶气稠油，并利用溶气原油溶解度测量装置和流变性测量装置对其溶气特性和黏温特性进行了研究，所得结论如下：

（1）清河稠油饱和溶气之后降黏效果显著，稠油的低温流动性得到明显改善，例如在30 ℃时2 MPa 的C2H6饱和溶气稠油黏度比30 ℃的清河稠油黏度降低了81.18%。

（2）在实验压力范围内，CH4、C2H6、混合气三种气体在清河稠油中的溶解度均随着溶气压力的升高基本呈线性规律增大；在相同的实验条件下，不同气体在胜利清河稠油中的溶解度不同，三种气体在清河稠油中的溶解度相对大小关系为：S(C2H6)＞S(混合气)＞S(CH4)。

（3）压力越高，气体在清河稠油中的溶解度越大，溶解的小分子气体对稠油的稀释作用越显著，饱和溶气原油的黏度下降越多，降黏率也就越大；在相同的实验条件下，不同气体在清河稠油中的溶气降黏特性不同，三种气体对清河稠油降黏率的相对大小关系为：C2H6＞混合气＞CH4；清河饱和溶气稠油的降黏率随温度降低而增大。