稠油管输综合型降黏新技术综述

李明星，张宏瑜

（西安石油大学石油工程学院，陕西 西安 710065）

稠油是指具有高黏度和低流动性的油类，通常包含丰富的胶质、石蜡和重金属等物质，会使重油变成黏稠的、不能轻易流动的液体或半固体物质[1]。在稠油的生产和运输过程中会遇到许多技术难题，其中之一是要降低其黏度，以提高可采收率和降低运输成本。随着石油行业的技术发展，全球普通原油的储量比例逐渐降低，稠油的储量比例逐年增加，重油的开采和管输极具挑战性。如何降低高黏度重油的黏度，使不易流动的重油拥有更好的流动性，是解决稠油开采和管输问题的重中之重。稠油降黏的方法有掺稀释剂（凝析油、轻质油、柴油等）降黏[2]、水力空化降黏、热采与化学复合降黏、生物表面活性剂降黏、碱与表面活性剂协同降黏、自乳化结合外力降黏、微波降黏等。

1 稠油的高黏度机理

稠油的高黏度主要是因其含有大量的重油分子，这些分子间的相互作用力导致了黏度的升高。稠油降黏的原理就是要破坏这些分子间的相互作用力，使其分子间距离增大，从而降低其黏度。一般情况下，原油的倾点与正构烷烃的数量有关，其黏度取决于胶质和沥青质的含量。重油中的胶质沥青是氢键或π-π键与胶质分子相结合形成的，原油的高黏度是指粒子间的氢键相连后构成了大量胶束[3]。另外，重油中的金属原子（Ni、V）也会对其黏度产生较大的影响[4]。金属杂原子及其伴生主体（沥青质和胶质）是影响原油黏度的主要内在因素[5]。Tang Xiaoli等人[6]在重油胶体模型的基础上，提出了三维网络凝胶结构模型的假设，认为形成凝胶结构的主要原因是系统中含有大量的凝胶成分，它们可以在溶剂中自发聚合并组装为一个有序的结构，并通过流变实验证明了不同石油状凝胶的结构。流变实验结果显示，树脂与沥青液因氢键和π-π键而聚集在一起，形成了一种紧密的凝胶网络。因此，分析原油中的金属杂原子[7]、沥青质、胶质的含量，可以有效降低原油的黏度[8]。杨天天等人[9]采用基团分析、红外光谱分析、元素分析等方法，通过氧化还原、苯环侧链脱支或断裂、杂原子去除、芳香环缩合等反应，对氧化反应前后重油的物理性质进行了分析。沥青质是主要的功能对象，氧化反应后，重组分明显减少[10]，轻组分含量增加[11]。

2 稠油的乳化降黏技术

2.1 水力空化降黏技术

秦宗禹等人[12]采用碳酸钠乳化重油技术，通过机械搅拌的方法，探讨了乳化温度、Na2CO3的质量分数、重油的质量分数、搅拌速率等因素对水包油（O/W）型乳状液的影响，同时利用水力空化技术强化了乳状液的生产，深入了解Na2CO3的质量分数、空化反应中的压力以及空化数量等因素对乳状液的影响。结果表明，与机械混合法相比，在稠油的大规模生产中，采用水力空化技术可以得到粒径小、分布均匀的O/W乳状液。

2.2 热采与化学复合降黏技术

热采与化学复合降黏技术是在降黏剂中注入蒸汽，在地层内进行热降黏和乳化降黏[13]，从而大大降低天然气的黏度。这一技术的核心是开发高效的耐热降黏剂。赵一潞等人[14]针对河南油田存在的原油黏度高、流动性差等问题进行研究，对高温条件下的乳化降黏剂进行了筛选，对乳化机制进行了探究。结果表明，所选择的乳化降黏剂配方具有97.36%的降黏率，较好地减轻了高温对乳化降黏剂的影响，为稠油油田耐热乳化降黏剂的开发提供了技术参考。

2.3 新型生物表面活性剂降黏技术

生物表面活性剂由微生物在疏水介质中形成，是一种具有表面活性的代谢产物，包含有亲水基团和亲油基团，主要有糖脂、脂肽、磷脂、脂肪酸、中性油、聚合物等。生物表面活性剂与化学表面活性剂具有协同作用[15]，但其表面活性比化学表面活性剂更大。有学者选择能促进稠油乳化和烃组分降解的内部源微生物营养激活系统，对菌群的营养代谢通路进行了深入分析，对1株嗜热解烃菌降黏稠油及特稠油的性能进行了深入研究，对其作用机制进行了分析。微生物所形成的表面活性剂，其驱油效率要高于化学表面活性剂[16]，且成本低廉，无二次污染，因此该技术得到了不断的发展和应用[17]。生物表面活性剂技术的不足是其培养条件的不稳定性，不同油层的极端条件很容易导致微生物死亡或不产生表面活性剂。

2.4 碱与表面活性剂协同降黏技术

翟文琪[18]比较了无机碱和有机碱乳化稠油的性能，结果表明，在稠油的乳化作用和改善稠油采收率方面，有机碱比无机碱更具优越性。在稠油中，有机碱可与稠油中的石油酸（脂肪酸、环烷酸）发生反应[19]，产生界面活性物质石油羧酸盐，从而降低油水中的界面张力[20]，提高乳状液的稳定性。

2.5 自乳化结合外力降黏技术

在储层厚度薄、渗透率低等特殊的储层条件下，采用常规的乳化降黏技术很难取得良好的开发效果。王继刚[21]提出了一种使用相应的表面活性剂，并在一些机械能（如察觉不到的震动、使用仪器搅拌或在超声波环境下）的协同作用下，将稠油的高黏度降低的方法。

2.6 乳化降黏与掺稀稠油技术结合

稠油调合技术可以在一定程度上提高原油的降黏率，但需要用到的稀油量较多，因此经济优势不明显。将乳化降黏技术与稀重油技术进行有机结合，实现优势互补，则是一个较好的选择。可以先采用共混技术，再通过乳化技术来降低重油的黏度。吕吉立在陈南稠油的调合实验中发现，在相同的温度下，稀油的调合量越大，降黏率越高。低温共混的降黏效果明显好于高温共混。不同含水量的稠油其降黏规律基本相同。实验结果表明，添加稀释液和乳化剂，可以促进重油的破乳脱水过程。

2.7 微波降黏技术

有学者通过分子动力学模拟和密度泛函理论计算，研究了微波电场对稠油体系中沥青质聚集的影响。通过对轨迹的处理，计算了沥青质与其他组分的聚集形态、相互作用类型及流变行为。结果表明，微波电场在微观分子水平上对沥青质等组分的聚集起重要作用，会导致稠油体系的表观黏度发生变化。在5V·m-1的微波电场作用下，沥青质主要以p-p的形式堆积，并与树脂紧密结合，形成稳定的高黏度体系胶体结构。增加电场后，p-p的积累逐渐被破坏，黏度出现下降。微波电场为20V·m-1时，沥青质呈t型堆积，有利于组分间形成稳定的网络，但不利于黏度的降低。实验结果进一步证实适当的微波电场是降低黏度的关键。考虑到微波的热效应和非热效应，低温下微波的降黏更有效。因此，微波功率和处理温度的有效组合是获得更好降黏效果的关键。

3 存在的不足

稠油输送是目前石油行业中面临的一项重要挑战，稠油的高黏度和低流动性，导致原油的采收率低，运输成本高。为了解决这一问题，石油行业对稠油的降黏技术进行了大量的研究。目前，许多新型的综合型稠油降黏技术已被开发出来，但也存在许多不足之处。

3.1 技术稳定性不够

目前提出的综合型稠油降黏技术，大多通过化学药剂和物理处理手段来破坏稠油分子间的相互作用力，但在不同的环境条件下，化学药剂和物理手段的效果可能会有很大的变化，导致这些技术的稳定性不够。一些化学药剂可能会在极端的温度、压力下失效，导致稠油黏度增加，从而给稠油输送带来不良影响。

3.2 能耗和成本高

大多数综合型稠油降黏技术都需要消耗大量的能源和高成本的化学药剂，导致生产成本较高。因此，需要探索更加节能环保、成本更低的稠油降黏技术。

3.3 对环境的影响

大多数综合型稠油降黏技术要依赖高浓度的化学药剂，这些药剂在使用和处置过程中可能会对环境产生负面影响。一些化学药剂可能会污染水源，影响生态环境的平衡。因此，在稠油降黏技术的研究中需要考虑环境保护的因素。

3.4 实验条件不足

稠油降黏技术的研究需要大量的实验数据支持，但是稠油的特殊性质导致实验条件很难复制。例如在实验室中，很难模拟稠油在不同温度、压力、流速和黏度下的运输情况。实验条件的不足还表现在难以获取足够的样品和数据。稠油是一种非常珍贵的资源，获取稠油样品需要极高的成本和技术，因此很难获得足够数量的稠油样品进行实验。此外，现有的测试设备很难处理高黏度的稠油，由此导致了数据的准确性和可信度问题。

乳化减黏工艺具有减黏快、企业生产成本低的优势，但也存在许多缺点：1）重油生产后难以破乳，乳化处理成本高；2）含水量大（30%或更多）[22]，超稠油的含水量超过了50%，增加了后续污水处理工序的负担，使得处理过程更加困难；3）重油组分的差异导致降黏公式的通用性较差；4）油包水型乳液的腐蚀不容忽视；5）增黏剂的耐温性和耐盐性有限，即使效果很好，成本也相对较高。在乳化降黏机理中，稠油成分对降黏效果的影响尚不明确[23]。乳液降黏剂的结构与性能之间的关系，将是今后研究的重要内容[24]。

目前提出的综合型稠油降黏技术未能深入研究稠油的物理化学特性，导致这些技术存在许多未知的因素，例如稠油在不同条件下的流变性能、分子间的相互作用力等，这些因素对稠油降黏技术的研究至关重要。目前提出的综合型稠油降黏技术尚未被广泛应用，其在实际应用中的效果和可行性仍存在不确定性。此外，稠油降黏技术要考虑多种因素的综合影响，包括稠油成分、输送条件、降黏技术的种类和条件等，这使得技术应用的前景不明确。从目前的研究情况来看，虽然稠油降黏技术得到了大量的研究和发展，但也存在着许多问题，主要有以下一些：首先是单一的降黏技术不能适用于所有类型的稠油；其次，各种新型稠油降黏技术的成本过高。解决这些问题的关键是研究稠油的降黏机理。目前对稠油降黏技术的机理研究获得了一定的成果，但稠油降黏是一项多学科的综合技术，对其机理的研究和认识，有赖于石化、原油流变学、聚合物合成、表面活性剂合成、输油技术、采油技术等相关学科的发展[25]。因此，有必要从根本上发展复合降黏技术。

4 结语

1）未来稠油降黏技术的发展趋势是多种技术的结合，或新技术与传统稠油降黏工艺的结合。例如，将热减黏技术与化学减黏技术相结合，形成热复合减黏技术；或集开采、集输、脱水、精制于一体，形成一体化技术。

2）从目前的研究情况看，各种稠油降黏技术已经得到了很大的研究和发展，但也存在很多问题。对某个油藏的降黏效果好的技术，不一定适用于另一个油藏。原因是不同油藏稠油的地质条件和性质差异较大，很难采用通用的技术。

3）有必要从微观结构的角度探索降黏剂的结构与性能的关系，并结合动力学和理论计算，研究稠油的内部机理。