任玉潔　谷俐　吳玉國(guó)　齊超　于歡

摘 要：稠油具有密度大、粘度高的特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)的加熱輸送工藝存在能耗高等弊端，研究加熱輸送以外的稠油降粘減阻輸送技術(shù)具有重要意義。重點(diǎn)介紹了稠油乳化降粘減阻輸送技術(shù)的原理與技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性、乳化降粘劑的類型與篩選方法、乳狀液穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法及其影響因素、破乳的機(jī)理與改善破乳效果的措施，并介紹了典型的稠油乳化降粘減阻輸送技術(shù)應(yīng)用的工程實(shí)例，最后總結(jié)分析了該技術(shù)現(xiàn)存的問題、發(fā)展方向，指出了進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。

關(guān) 鍵 詞：稠油；乳化降粘；減阻；破乳 ； 技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性

中圖分類號(hào)：TE 832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2015）09-2215-04

Abstract： Due to its outstanding features of lager density and high viscosity， the heavy oil is generally transported by heating oil pipelining. But the conventional process has several disadvantages， such as high energy consumption and so on. So it is important to study the other friction reduction transportation technologies. In this paper， the principle and technical-economic characteristics of friction reduction transportation technology by emulsification and viscosity reduction for heavy oil were discussed as well as types of emulsifying viscosity reducer and the screening method， the evaluation method and influence factors of emulsion stability and the principle of demulsification and measures to improve demulsification effect. And the typical engineering examples of friction reduction transportation technology by emulsification and viscosity reduction for heavy oil were also introduced. Finally， the existing problems and development direction of this technology were summarized and analyzed. In addition， the focal point of the further study was pointed out.

Key words：Heavy oil； Emulsion viscosity； Friction reduction； Demulsification； Technical and economic characteristics

稠油，亦稱重油，因?yàn)槟z質(zhì)、瀝青質(zhì)等重組分含量高，導(dǎo)致其具有密度大、粘度高的突出特點(diǎn)。我國(guó)遼河油田、勝利油田、新疆風(fēng)城油田等所產(chǎn)原油大部分均是稠油，甚至是特稠油（API密度小于10）。加之這些油田開始陸續(xù)進(jìn)入開發(fā)周期的末段，稠油的比例呈現(xiàn)出不斷增大的趨勢(shì)。雖然，稠油可以采用傳統(tǒng)的加熱輸送工藝，但是加熱輸送工藝存在許多弊端，如輸送能耗高、需要設(shè)置加熱站、停輸時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)易發(fā)生凝管事故、存在允許最低輸量等。因此，國(guó)內(nèi)外近些年來一直在嘗試和研究加熱輸送以外的稠油降粘減阻輸送技術(shù)，其中之一就是水包油乳化降粘減阻技術(shù)。

1 技術(shù)原理與技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性

水包油乳化降粘輸送是將稠油以很小的液滴（幾微米至幾十微米）分散于水中，形成油為分散相、水為連續(xù)相的水包油乳狀液，使高粘稠油與管壁之間的摩擦和高粘稠油的內(nèi)摩擦轉(zhuǎn)變成了低粘的水與管壁之間的摩擦和低粘的水與高粘稠油液滴之間的摩擦，摩擦系數(shù)顯著降低，從而使管道輸送的摩阻大大降低[1]。

制備出穩(wěn)定性好的水包油乳狀液是該技術(shù)的關(guān)鍵，只有這樣才能經(jīng)受管輸過程中各種剪切和熱力作用，而不至于被破壞。若乳狀液在管道內(nèi)反相為油包水乳狀液（其粘度比相同溫度下純?cè)偷恼扯冗€高），其后果將是災(zāi)難性的。

實(shí)施稠油乳化降粘的第一步是使用一定量的乳化降粘劑和礦化水配制成活性水（加水量的多少取決于原油的含水量，但含水量一般應(yīng)大于20%，否則容易形成W/O型的乳狀液），第二步是將配制好的活性水按一定比例注入稠油中，通過攪拌等方法使之混合充分，形成粘度明顯降低的O/W型乳狀液[2]。

1.1 稠油降粘劑的降粘作用機(jī)理

稠油中加入降粘劑發(fā)揮降粘作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

乳化轉(zhuǎn)向作用。由于活性劑分子的乳化轉(zhuǎn)向作用，降粘劑在其作用下，更有利于形成O/W型的乳狀液，從而降低分子間的摩擦力、增強(qiáng)稠油的流動(dòng)性。

降低油水界面張力。在表面活性劑的作用之下，原油中的油相與水相的界面張力大大降低，能夠形成粘度很低的水包油型（O/W）乳液，從而加強(qiáng)原油的流動(dòng)性能。

潤(rùn)濕降阻作用。在表面活性劑的作用之下，原油分散形成O/W型乳狀液，輸油管道表面的稠油膜受到破壞，其表面潤(rùn)濕性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性，進(jìn)而形成連續(xù)的水膜、降低摩阻。

1.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性

將稠油進(jìn)行乳化形成水包油乳狀液狀態(tài)后，粘度大幅降低，且水包油乳狀液的粘溫曲線比較平緩，使得稠油乳化降粘輸送技術(shù)比常規(guī)的加熱輸送方法在熱力及動(dòng)力消耗方面具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，即顯著節(jié)省燃料費(fèi)用及動(dòng)力費(fèi)用。但是該技術(shù)也增加了其它方面的成本，乳化劑費(fèi)用、乳狀液制備的費(fèi)用，制作乳狀液需要大量水，取水、水處理需要一定的費(fèi)用，真正需要輸送的是稠油，采用乳化降粘輸送技術(shù)相當(dāng)于額外增加了一定量的輸水任務(wù)，一定程度增加了輸送費(fèi)用，這與原油輸量及摻水比例有關(guān)。稠油乳化后所得的乳化油如果不用作燃料油而是運(yùn)往煉廠進(jìn)行加工，還需要進(jìn)行破乳工作，也增加了費(fèi)用。只不過所增加費(fèi)用中的主要部分與輸送距離的關(guān)系不大，如乳化劑成本，乳狀液制備、取水、水處理和破乳所產(chǎn)生的費(fèi)用等。因而，水包油乳化輸送技術(shù)在輸送距離較長(zhǎng)的情況下，其經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)明顯。加拿大學(xué)者所進(jìn)行的核算表明，當(dāng)輸送距離為 322～644 km時(shí)，乳化稠油所需的乳化劑費(fèi)用為0.5～1.0加元/桶油；而當(dāng)輸送距離增加至2 400～

3 220 km時(shí)，因?qū)θ闋钜悍€(wěn)定性要求提高，乳化劑費(fèi)用大約要增加 50%～100%[1][3]。以24 in（609.6 mm）的200 mile（321.9 km）管道為例，對(duì)稠油日輸量20萬桶條件下，乳化輸送和摻輕油輸送（稀釋輸送時(shí)稠油與稀油混合油日輸量30萬桶）的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)論是乳化輸送比輕質(zhì)油循環(huán)的摻輕質(zhì)油稀釋輸送方式更經(jīng)濟(jì)[1，4]。

對(duì)于具體的稠油及其管道，乳化降粘輸送的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性需要進(jìn)行詳細(xì)分析，以確定其技術(shù)的可行性以及在經(jīng)濟(jì)性上與傳統(tǒng)的加熱輸送是否具有優(yōu)越性。

2 乳狀液的穩(wěn)定性

2.1 O/W型乳狀液穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)

乳狀液的穩(wěn)定性可以采用穩(wěn)定性評(píng)分（SV）來進(jìn)行表征：

2.2 影響O/W型乳狀液穩(wěn)定性的因素

影響稠油O/W型乳狀液穩(wěn)定性的因素較多。馬文輝[5]等人開展了這方面的研究，認(rèn)為影響因素包括表面活性劑的類型及其添加量、油水比、堿添加量、溫度變化、振蕩方式等。

于曉聰?shù)热薣6]考察了O/W型乳化原油轉(zhuǎn)型的影響因素，包括膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、芳香分等，得出了原油的組份和性質(zhì)是內(nèi)在因素的結(jié)論，其中瀝青質(zhì)的影響相對(duì)比較大。也探討了水質(zhì)條件（一價(jià)、二價(jià)金屬離子和pH值等）對(duì)O/W型乳化原油轉(zhuǎn)型的影響，結(jié)論是二價(jià)金屬離子和高礦化度是造成O/W乳化原油轉(zhuǎn)型的主要原因。除此此外，對(duì)油水比、剪切速率等因素的影響也進(jìn)行了研究：含水量低于20%時(shí)能夠促使O/W型乳化原油的轉(zhuǎn)型，含水高于50%時(shí)則不易形成穩(wěn)定的O/W型的乳化原油；轉(zhuǎn)型時(shí)間隨著剪切速率的加快、溫度的升高而變短；不同類型的表面活性劑引起O/W型的乳化原油轉(zhuǎn)型程度不同，離子型表面活性劑的存在對(duì)轉(zhuǎn)型起抑制作用，而且即便轉(zhuǎn)型完全時(shí)，其轉(zhuǎn)型后的粘度也比原油粘度要低。

增強(qiáng)O/W型乳化原油的穩(wěn)定性、預(yù)防其轉(zhuǎn)型的措施一般包括：降低原油粘度、優(yōu)選合適的降粘劑及原油乳化降粘劑體系、優(yōu)化并控制合理的乳化條件。

3 破 乳

采用乳化降粘輸送技術(shù)將稠油處理成水包油乳狀液進(jìn)行輸送，如果水包油乳狀液或乳化油不用作燃料，管道輸送終點(diǎn)處還需要進(jìn)行破乳脫水工作。

3.1 破乳機(jī)理

對(duì)于原油O/W型乳狀液破乳的機(jī)理，相關(guān)研究人員和學(xué)者做了大量的研究，概括起來有以下幾種[4，7-13]：

（1）置換機(jī)理；

（2）膜排液機(jī)理；

（3）碰撞膜擊破機(jī)理；

（4）潤(rùn)濕增溶機(jī)理；

（5）反離子作用機(jī)理；

（6）褶皺變形機(jī)理。

此外，劉夢(mèng)緋等人[14]還進(jìn)行了油水乳狀液微波破乳研究，研究結(jié)果表明微波處理后的乳狀液油水分離速度明顯加快，研究確定了最佳破乳溫度，分析了pH值、含鹽量、微波輻射時(shí)間、含水率等因素對(duì)微波破乳效果的影響。

3.2 改善破乳效果的措施

依據(jù)破乳機(jī)理的分析，良好的破乳劑應(yīng)具備的條件有：界面活性強(qiáng)，能置換液滴表面上的成膜物質(zhì)；應(yīng)具有中等油水溶解度，HLB值應(yīng)在8～11范圍內(nèi)，既不完全水溶也不完全油溶；與原油中各組分無強(qiáng)烈的締結(jié)作用，能夠形成穩(wěn)定性較差的新膜。

因稠油中膠質(zhì)及瀝青質(zhì)等重組分含量高，導(dǎo)致其密度大、粘度高，這使得破乳脫水比較困難，對(duì)破乳劑提出了更高的要求。另一方面，稠油乳狀液中所含有的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、蠟晶等成分是天然的乳化劑，因而，它們的含量越高，導(dǎo)致原油乳狀液更穩(wěn)定，破乳難度越大。

為了增強(qiáng)破乳效果，可以在以下兩個(gè)方面加強(qiáng)[15]：

（1）提高破乳劑的芳香度。

（2）提高破乳劑的潤(rùn)濕性能。

3.2 破乳的發(fā)展方向[16]

為實(shí)現(xiàn)充分利用資源、減少環(huán)境污染的目標(biāo)，亟待開發(fā)出能耗低、無污染或污染較小的破乳脫水方法。

（1）綠色環(huán)保。在開展破乳方法優(yōu)化及研發(fā)工作中，須對(duì)破乳的技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性和環(huán)境友好性予以充分考慮，向綠色環(huán)保的方向發(fā)展。

（2）多樣性與多功能性。提倡通過改性或復(fù)配的方法使用破乳劑，以提高破乳劑的破乳性能，取得更佳的破乳效果。

（3）破乳方法的聯(lián)合與改進(jìn)。結(jié)合破乳機(jī)理，在相關(guān)理論研究的基礎(chǔ)上，努力實(shí)現(xiàn)破乳方法的聯(lián)合與改進(jìn)。

4 工程實(shí)例

勝利孤東新灘墾東18塊的采出液綜合含水率高于70%，其中約50%～62%為乳化水，很容易形成W/O型的乳狀液，而一旦形成W/O型的乳狀液，表觀粘度大幅升高，數(shù)倍于脫水油的粘度，為實(shí)現(xiàn)有效、經(jīng)濟(jì)地外輸，必須進(jìn)行降粘處理。相關(guān)研究人員，針對(duì)新灘W/O型稠油乳狀液，在大量的室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了VRKD18型反相乳化降粘劑。于2002年11月，在新灘墾東451站-東四聯(lián)管道上（管長(zhǎng)24 km，管徑273 mm×7 mm）進(jìn)行了乳化輸送現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。結(jié)果表明，方案可行，效果較好：墾東18稠油實(shí)施乳化降粘輸送后，管道運(yùn)行平穩(wěn)，減阻率達(dá)到59.7%；相比于傳統(tǒng)的加熱、增壓輸送工藝，降低了燃料的消耗量，每年可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用約104×104元 [17]。

5 乳化降粘存在的問題及發(fā)展方向

研究人員對(duì)不同乳化降粘劑性質(zhì)研究已經(jīng)比較廣泛，但是依然有較多的不足。目前，一些破乳脫水的方法在一定程度上還存在缺陷。雖然乳化降粘劑的種類非常多，但由于稠油組分的不同，對(duì)降粘劑的要求也不相同，導(dǎo)致乳化降粘劑對(duì)稠油的選擇性都很強(qiáng)。對(duì)于不同種類的稠油選用何種降粘劑最適合以及降粘劑的結(jié)構(gòu)與其性能的關(guān)系，尚無統(tǒng)一、確定的結(jié)果[17]。

相比于長(zhǎng)距離稠油輸送管道，水包油乳化降粘技術(shù)更多地應(yīng)用于采油生產(chǎn)中的井筒流動(dòng)減阻[1]。今后需進(jìn)一步開展相關(guān)研究，使其能夠更多地應(yīng)用于長(zhǎng)距離稠油輸送管道。如，深入研究稠油的組成對(duì)乳化降粘效果的影響規(guī)律、乳化降粘劑的結(jié)構(gòu)與其性能的關(guān)系，使降粘劑具有更強(qiáng)的適用性；結(jié)合表面活性劑和某些基團(tuán)的特點(diǎn)，研究合成具有某些特定功能的新型的乳化降粘劑的新方法；研發(fā)易破乳脫水、價(jià)格低廉的乳化降粘劑[17]；改進(jìn)和優(yōu)化稠油管道乳化降粘減阻整個(gè)工藝過程，使之同傳統(tǒng)加熱輸送相比更具經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。

6 結(jié)束語(yǔ)

稠油乳化降粘技術(shù)原理已經(jīng)比較清楚，且該技術(shù)一旦有效實(shí)施，減阻效果十分明顯。但是，稠油乳化降粘管輸技術(shù)的具體實(shí)施過程也是比較復(fù)雜的，也應(yīng)采取比較審慎的態(tài)度。需要針對(duì)具體的稠油進(jìn)行乳化劑的選定或開發(fā)、確定乳化工藝條件、水包油乳狀液的流變性及其在管輸條件下的穩(wěn)定性等研究，如乳化油不作為燃料油使用還需要進(jìn)行相關(guān)的破乳脫水研究，經(jīng)過詳細(xì)、全面的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性分析得出該技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)性。這些是阻礙該技術(shù)推廣應(yīng)用的障礙所在，稠油乳化降粘減阻技術(shù)廣泛應(yīng)用于稠油管道輸送之前還需要進(jìn)行大量的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊筱蘅. 輸油管道設(shè)計(jì)與管理[M]. 山東 青島： 中國(guó)石油大學(xué)出版社， 2006.

[2] 王付才，何濤，曹國(guó)民，等. 稠油乳化降粘劑的研究[J]. 石油煉制與化工， 2002，33（9）：40-43.

[3]Ri mmer， D P， Gregoli A A.， Hamsbar J A， Yildirim E. Pipeline emulsion transportation for heavy oils， In：Schra mm L L ed. Emulsion： Fundamentals and applications in the Petroleum Industry[J]. American Chemical Society， 1992：295-312.

[4]劉順平.稠油低溫破乳研究[D]. 大慶：東北石油大學(xué)， 2013.

[5]馬文輝，梁夢(mèng)蘭，袁紅，等. 稠油O/W型乳狀液穩(wěn)定性的研究[J]. 化工時(shí)刊， 2002，16（5）：23-26.

[6]于曉聰. O/W乳化原油轉(zhuǎn)型原因及其對(duì)策研究[D]. 山東東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)（華東），2009.

[7]李平，朱建民. 原油乳狀液的穩(wěn)定與破乳機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 精細(xì)化工， 2001，18（2）： 89-93.

[8]夏立新， 張路. 原油乳狀液穩(wěn)定性和破乳研究進(jìn)展[J].化學(xué)研究與應(yīng)用， 2002，14（6）： 623-627.

[9]黃徑， 唐娜.原油乳狀液的穩(wěn)定性研究與新型破乳劑研究進(jìn)展[J].天津化工， 2007， 21（1）：10-13.

[10]任卓琳， 牟英華.原油破乳劑機(jī)理與發(fā)展趨勢(shì)[J].油氣田地面工程， 2005， 24（7）： 16-17.

[11]張健，向問淘，韓明，等. 乳化原油的化學(xué)破乳作用[J]. 油田化學(xué)， 2005， 22（3）： 283-288.

[12]余曉霞，蒲曉林.化學(xué)破乳法在鉆井廢水處理中的應(yīng)用綜述[J].油氣田環(huán)境保護(hù)，2007，17（2）： 43-46.

[13]祁高明，呂效平.超聲波原油破乳研究進(jìn)展[J].化工時(shí)刊，2001， 15（6）： 11-14.

[14]劉夢(mèng)緋.油水乳狀液微波破乳機(jī)理研究[D]. 北京：北京化工大學(xué)， 2011.

[15]郭曉波，付曉恒，張付生等.破乳劑應(yīng)用急需解決的新問題[J]. 精細(xì)與專用化學(xué)品， 2013， 21（2）： 11-13.

[16]陳和平.破乳方法的研究與應(yīng)用新進(jìn)展[J] .精細(xì)石油化工， 2012， 29（5）： 71-76.

[17]孟江， 任連城， 張燕，等. 稠油O/W乳狀液現(xiàn)場(chǎng)管道輸送試驗(yàn)分析[J]. 石油規(guī)劃設(shè)計(jì)， 2012， 23（5）： 33-16.