高粘度泵稠油管道輸送方法主要包括:加熱法(常規加熱法、電磁感應加熱法)、裂解降粘法、稀釋降粘法、改性劑(油溶性降粘劑、乳化降粘劑)降粘法等。
1、加熱法輸送
顧名思義,加熱法即對稠油進(jìn)行加熱來(lái)提高稠油的輸送溫度而降低油品在輸送條件下的粘度,以減少管路摩擦損失的一種輸送方法。該方法主要考慮稠油對溫度具有很大敏感性,隨著(zhù)溫度升高,稠油粘度急劇減小,流動(dòng)性顯著(zhù)增強。該方法是 為常用的原油輸送方法,但是該方法有其缺點(diǎn),即輸送能耗很高,據統計,加熱需要消耗輸送油品總量的1.0%。同時(shí),當事故發(fā)生導致管道沿線(xiàn)溫度較低時(shí)容易發(fā)生油品凝固而堵塞管道,這對于高粘度泵管道來(lái)說(shuō)是非常危險。當再次啟動(dòng)時(shí),需要通過(guò)其他稀油或成品油進(jìn)行預熱頂替。因此,當管道需要進(jìn)行停輸時(shí),一般提前用稀油置換管中的稠油,以管道的順利啟動(dòng)和運行。
加熱法輸送又可分為常規加熱法和電磁感應加熱法。常規加熱法能耗較高,且當溫度降低時(shí)容易發(fā)生凝固而堵塞管道事故,而電磁感應加熱法可以提高交流電功率來(lái)提高管內溫度。因此如果將常規加熱法和電磁感應加熱法結合使用,將會(huì )帶來(lái) 的加熱和保溫效果,并降低稠油凝管事故的概率。
2、裂解降粘法
裂化降粘技術(shù)是伴隨著(zhù)熱裂化工藝發(fā)展而來(lái),并經(jīng)歷過(guò)多次的工藝改進(jìn)而日益成熟。原油改質(zhì)是通過(guò)煉制加工工藝,如:脫瀝青質(zhì)、加氫裂解、脫蠟、水裂解和熱裂解等,來(lái)改變稠油的化學(xué)成分,提高輕質(zhì)組分含量減少重質(zhì)組分, 流動(dòng)性而提高高粘度泵管輸的操作彈性和 性。
我國研究人員自主式緩和降粘裂化、延遲降粘裂化等工藝降粘工藝方法。其中,延遲降粘裂化工藝不需要加熱爐,只需幾個(gè)反應塔進(jìn)行串聯(lián),使減壓塔底油在降粘罐中滯留一段時(shí)間,而達到降粘目的;式工藝反應時(shí)間長(cháng),溫度低,這樣的油品粘度較低,該方法具有方法簡(jiǎn)單,投資節約和操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
針對單家寺油田的蒸汽吞吐過(guò)程,國內許多研究者也進(jìn)行了一些研究,主要是分析了蒸汽吞吐前后油品物性的變化情況,證實(shí)了稠油中注入蒸汽的水熱裂解過(guò)程具有降粘改質(zhì)的效果,流動(dòng)性得以較大 而有助于稠油的順利開(kāi)采和后期的 輸送。
3、摻稀輸送降粘法
摻稀降粘法是利用相似相容原理在稠油中摻入 比例的輕質(zhì)稀原油、液化石油氣、原油餾分油、石油產(chǎn)品或 氣凝析液等后形成混合油,粘度、凝點(diǎn)、膠質(zhì)瀝青質(zhì)濃度等顯著(zhù)降低,且摻入的稀釋劑粘度越小,降粘的效果越明顯。并且,一般來(lái)說(shuō),稠油摻稀時(shí)的混合溫度越低,越有利于降粘。當摻入的稀釋劑合適且較多時(shí)能夠實(shí)現常溫輸送,可以避免因溫度降低而凝管事故。
對于稀釋劑的選取,往往根據當地的稀釋劑獲取難易程度并綜合考慮經(jīng)濟性問(wèn)題。在稀原油比較充足的地區,選取稀原油作為稀釋劑是一種較經(jīng)濟且的降粘方法。像國內很多油田,如勝利、新疆、遼河、塔河和吐哈等油田,均采用過(guò)摻入稀原油的降粘技術(shù)。 也廣泛應用。
摻稀稠油輸送方法優(yōu)點(diǎn)明顯,主要表現:1)工藝簡(jiǎn)單,具有經(jīng)濟性;2)降粘,工藝簡(jiǎn)單;3)若稀釋比選取合適,可以實(shí)現常溫輸送;4)摻稀稠油脫水效果較純稠油脫水得多。當然,摻稀稠油輸送工藝也有它的缺點(diǎn),即:1)在輸送或稀釋混合過(guò)程中可能會(huì )出現瀝青質(zhì)的析出;2)稠油和稀釋劑品質(zhì)的破壞;3)稀釋劑的來(lái)源 充足,并可能需要建設專(zhuān)門(mén)的管線(xiàn)把稀油等稀釋劑輸送至摻混點(diǎn),這將增大前期的投入。
4、改性劑降粘法
改性劑降粘法是通過(guò)向稠油中摻入 劑量的化學(xué)添加劑,改變或疏松稠油中瀝青質(zhì)膠束的結構或表面張力,使之流動(dòng)性能很大的 ,能夠在常溫下進(jìn)行長(cháng)距離 輸送。常用的改性劑有兩種:油溶性改性劑和乳化改性劑,且在均 的應用。
(1)油溶性改性劑
油溶性降凝劑是基于原油降凝技術(shù),在溶劑作用下,稠油中本為聚集狀的瀝青質(zhì)膠束結構變得疏松,降粘劑在各種力的作用下深入膠束間隙之中,使聚集結構遭到破壞,聚集體變小。當有相對運動(dòng)時(shí),稠油分子與高粘度泵管道內壁及稠油分子之間的內摩擦力減小,即稠油粘度得以降低。
研究和應用的一些降粘劑有:阿爾及利亞和利比亞混合油應用的ECA-841流動(dòng)改進(jìn)劑(1969年)、勝利原油和中原油田從 的PLC-102流動(dòng)改性劑(1985年)、蘇丹混合原油應用的CNPCNo.9A流動(dòng)改性劑(1998年)、遼河油田從日本引進(jìn)的A-137和V-220降凝劑(2001年)、馬惠寧管道輸送的紅井子和馬嶺地區混合油引進(jìn)的Exxon8806/8361降凝劑(1986)。
可以看出,的流動(dòng)性改性劑多為降凝劑,這類(lèi)降粘劑是以降凝為主要目的的流動(dòng)改性劑,能較的降低稠油的粘度和凝點(diǎn),從而 稠油的低溫流動(dòng)性能。這是因為在凝點(diǎn)附近改變蠟晶的網(wǎng)狀結構,在降低凝點(diǎn)的同時(shí)可以順帶降低粘度,但是對該類(lèi)改性劑的加入量有 的要求,當加入量較多時(shí),會(huì )出現增稠現象。
(2)乳化降粘劑
乳化降粘劑是一種表面活性劑,它可以降低油滴對水的表面張力,使原本油包水型乳狀液轉變?yōu)樗托腿闋钜?,稠油微粒穩定地懸浮在水中,顯著(zhù)降低,流動(dòng)性能較大程度提高,有利于稠油的 輸送,同時(shí)又是一種比較經(jīng)濟的降粘方法。在選取合適的化學(xué)藥劑時(shí),需要綜合考慮形成的乳狀液的穩定性和破乳難易程度。許多研究人員通過(guò)實(shí)驗發(fā)現,非離子表面活性劑的效果 好,形成的乳狀液具有平均油滴直徑較小,穩定性能較好,在適當條件下又易于破乳。
據相關(guān)報道,世界上較早應用該工藝的高粘度泵輸油管道為一條由 德士古公司運營(yíng)的直徑200mm,長(cháng)21km的管線(xiàn),采用油冰=50:50形成的乳狀液進(jìn)行輸送。國內常用乳化劑有J-50、HRV、AE1910、BN-99等。
5、低粘液環(huán)輸送方法
低粘液環(huán)輸送原理是,在稠油進(jìn)入高粘度泵管道輸送之前摻入 量的水等低粘不相容液體,為了在輸送過(guò)程中形成液環(huán),應控制油品輸送速度在0.84~1.3m/s范圍內。這樣在管道內壁處形成了一個(gè)水環(huán),稠油則不與管壁接觸而直接和水環(huán)接觸,從而減小了流動(dòng)的摩擦阻力,提高了稠油的流動(dòng)性能,增加輸油效率。自K.A.Clark 早發(fā)現高粘原油摻水長(cháng)距離輸送可以實(shí)現減少壓頭損失后,許多研究人員紛紛通過(guò)實(shí)驗方法提出低粘液環(huán)輸送高粘原油,如Eke.Verschuur,James,F.H.Poettmann等,且這些均取得較好的減阻效果。
據報道,該技術(shù)經(jīng)過(guò)了大量的室內和現場(chǎng)試驗,被認為是稠油輸送方法中 為經(jīng)濟的方法。但在長(cháng)距離輸送存在過(guò)泵破壞水環(huán)難題,為了克服該問(wèn)題,一般在泵后管道上連接一個(gè)起旋器,利用旋轉離心力使得水環(huán) 。此外,還需要處理好管道腐蝕、結垢及到站脫水等問(wèn)題。
6、超聲波降粘輸送技術(shù)
許多研究人員對超聲波降粘進(jìn)行了較深入的研究,發(fā)現原油經(jīng)超聲波處理后,原油粘度12%~25%范圍內不同程度的降低。還發(fā)現,當稠油中摻入活性水后,降粘效果較不摻有了較大程度的提高。盡管如此,該工藝的降粘規律仍不明朗,目前該方法處于實(shí)驗室研究階段, 投入實(shí)際生產(chǎn)之前還有一些問(wèn)題需要進(jìn)一步討論和研究。
孫仁遠等人分別利用遼河油田田沱 站外輸油和勝利油田孤島采油廠(chǎng)采出油進(jìn)行了實(shí)驗室研究,研究結果發(fā)現:隨著(zhù)實(shí)驗溫度升高,原油降粘效果有所降低;隨著(zhù)超聲波處理時(shí)間的延長(cháng),降粘效果提高;當超聲波對原油進(jìn)行處理后粘度會(huì )有 的回升,但幅度不大,也就說(shuō)明經(jīng)超聲波處理的原油,其原油分子結構發(fā)生了改變。
7、微生物降粘技術(shù)
微生物降粘法是以稠油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和石蠟為培養基,通過(guò)微生物的作用消耗高碳鏈的培養基而生成低碳鏈成分,實(shí)現大分子轉化為小分子物質(zhì),降低粘度。早期微生物降粘技術(shù)是以石蠟為培養基而應用于采油中(MicrobialEnhancedOilRecovery,MEOR)期,以張延山教授為 的研究人員對瀝青質(zhì)和膠質(zhì)作為培養基進(jìn)行了一些探索研究工作,并取得了明顯的效果。與化學(xué)降粘法相比,該技術(shù)具有降粘,無(wú)二次污染等優(yōu)勢。
微生物降粘機理包括四個(gè)方面:產(chǎn)氣和溶劑、產(chǎn)酸和表面活性劑、調剖作用和產(chǎn)微生物胞外酶。影響微生物降解的因素有微生物種類(lèi)、石油烴性質(zhì)以及環(huán)境因素。
8、超臨界CO2稠油輸送技術(shù)
超臨界CO2是近幾年來(lái)發(fā)展并獲得應用的一種流體,它處于溫度高于臨界溫度31.1℃和壓力大于臨界壓力7.38MPa下。該流體既具有類(lèi)似于液體的,又有與氣體相當的低粘度和高滲透力,另外,它還具有溶解和自擴散系數大等特點(diǎn),因而能夠非常地滲透到混合體系內部。超臨界CO2流體在石油的應用起始于油氣的開(kāi)采,提高原油的采收率。
李玉星等對超臨界CO2超稠油降粘進(jìn)行了綜述,結果發(fā)現:1)在 溫度和壓力條件下,稠油中摻入超臨界CO2后粘度顯著(zhù)降低,降粘率達到90%以上,且摻入比越大,降粘效果越好;2)溫度和摻入比保持不變條件下,增大壓力粘度明顯降低,同樣,保持壓力和摻入比不變,提高溫度,粘度減小,但隨著(zhù)溫度提高,粘度降低幅度減??;3)可以利用Lederer公式較準確地預測溶解CO2后稠油的粘度;4)超臨界CO2在稠油中的溶解度一般不超過(guò)124,且隨著(zhù)壓力增大而增大,隨稠油密度減小而增大;5)可以利用Chung公式對稠油中超臨界CO2的溶解度進(jìn)行較準確預測和計算。
與傳統稠油降粘輸送技術(shù)相比,該方法具有很多優(yōu)點(diǎn):來(lái)源廣泛,成本較低;稠油輸送目的地后CO2便于分離,且對稠油品質(zhì)影響不大;降粘,有利于實(shí)現等溫輸送。