劉 磊，程仲富，楊祖國，曹 暢，張樂濤，張亞剛

(1.中國石化西北油田分公司石油工程技術(shù)研究院，烏魯木齊 830011；2.中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所)

隨著傳統(tǒng)原油(輕質(zhì)油和中質(zhì)油)的不斷消耗，如何開發(fā)利用稠油以及超稠油逐漸受到關(guān)注[1]。從世界范圍來看，稠油和超稠油可占到原油總量的70%[2]；我國的稠油資源亦非常豐富，已在12個盆地發(fā)現(xiàn)了70多個重質(zhì)油田[3]。但是，由于稠油的高黏度、高密度和低流動性等特點(diǎn)限制了其開采和運(yùn)輸，因此，降低稠油黏度是稠油開采、運(yùn)輸和加工的關(guān)鍵。

目前，用于稠油降黏的方法主要包括：摻稀降黏、加熱降黏(主要采用電加熱井筒運(yùn)輸稠油)、乳化降黏、油溶性降黏等[4-9]。毛雪等[10]將生物柴油應(yīng)用于稠油降黏技術(shù)中，考察了生物柴油的摻加對稠油降黏效果的影響，結(jié)果表明，加入適量的生物柴油(w<10%)可起到良好的降黏作用，降黏效果優(yōu)于柴油。石植真等[11]發(fā)現(xiàn)丙烯酸酯接枝共聚物作為油溶性降黏劑，降黏效果良好。王衛(wèi)強(qiáng)等[12]研究了一種基于解烴菌的稠油降黏方法，篩選出一株解烴菌，測定了該菌的最佳生長條件，探索將其用于稠油降黏、清蠟、降解膠質(zhì)的性能，結(jié)果表明該菌種對稠油的降黏率為22%～32%，該菌株對稠油有顯著的降黏、清蠟效果。周飛等[13]研制了LY-5型稠油降黏劑，最佳加劑量為1 000 mg/L，50 ℃下原油黏度由4 919 mPa·s降低到87.2 mPa·s，并在曙采五區(qū)16口井得到應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)中，摻輕油降黏已經(jīng)在油田中得到了廣泛的應(yīng)用，并且取得較好的成效。李遵照等[14]利用非石油基油品(水上油、頁巖油、煤柴油)對渣油進(jìn)行摻稀降黏，在摻稀比(稀油與調(diào)合油的質(zhì)量比)低于0.3的條件下，頁巖油和水上油的降黏效果較好。然而，大量輕油的使用加劇了輕質(zhì)原油的消耗，浪費(fèi)了輕油資源，并且還增加稠油加工的后處理過程，如增加廢水處理量等，這些復(fù)雜的后處理過程都將增加稠油的操作成本。如何開發(fā)成本低、效果好的材料替代輕質(zhì)原油，對稠油進(jìn)行摻稀降黏是石油開采運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

本研究以植物油、脂肪酸、植物油甲酯為摻稀介質(zhì)，以塔河油田稠油為研究對象，考察3種不同的摻稀介質(zhì)對稠油的摻稀降黏效果，同時測試摻稀介質(zhì)與稠油的穩(wěn)定性，以期為塔河油田的稠油降黏提供新的可能途徑。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料與儀器

植物油(棉籽油毛油)：工業(yè)級，由新賽股份有限公司生產(chǎn)；脂肪酸：工業(yè)級，以油酸、亞油酸為主的液體脂肪酸；植物油甲酯：由棉籽油毛油為原料制備，實(shí)驗(yàn)室自制；稠油：由中國石化西北油田分公司提供。NJD-8S旋轉(zhuǎn)黏度計，由上海平軒科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)方法

將一定質(zhì)量的稠油倒入燒杯中，再分別加入設(shè)計質(zhì)量比的植物油甲酯、脂肪酸或植物油，在50 ℃水浴中攪拌30 min，待混合物攪拌均勻且穩(wěn)定后，恒溫測定其黏度。

在NJD-8S旋轉(zhuǎn)黏度計用燒杯中，倒入所需質(zhì)量的稠油混合物，在水浴溫度為50 ℃下恒溫10 min，使稠油混合物和轉(zhuǎn)子溫度均達(dá)到50 ℃，開始測定稠油混合物的黏度，并記錄。

1.3 穩(wěn)定性評價

摻稀介質(zhì)與稠油的穩(wěn)定性(相容性)測試通過斑點(diǎn)試驗(yàn)進(jìn)行。

斑點(diǎn)試驗(yàn)方法：將油樣加熱使其流動，將50 mL樣品油倒入100 mL錐形瓶中，將錐形瓶置于90～95 ℃水浴中加熱15～20 min，期間攪拌使油品均勻。將固定濾紙的支架水平地放在恒溫100 ℃的烘箱中后(至少5 min，使它達(dá)到烘箱溫度)，在支架上水平地固定好層析專用的濾紙，并保證濾紙實(shí)驗(yàn)區(qū)域不接觸任何物體。將玻璃棒插入油品中攪拌20 s預(yù)熱好后，拿出玻璃棒并使玻璃棒上的第一滴油品滴回到錐形瓶中，第二滴油品滴到鋪好的濾紙上。如果濾紙上多于一個斑點(diǎn)，那么斑點(diǎn)之間的距離不小于50 mm，斑點(diǎn)距邊緣不少于25 mm。將濾紙和油樣在(100±2)℃烘箱中恒溫1 h。1 h后，取出濾紙并參照ASTM 4740的斑點(diǎn)試驗(yàn)評價標(biāo)準(zhǔn)對油品進(jìn)行評價。

斑點(diǎn)試驗(yàn)評價標(biāo)準(zhǔn)如下：1級：斑點(diǎn)均勻，內(nèi)部無環(huán)狀物；2級：斑點(diǎn)內(nèi)部有細(xì)微而模糊的環(huán)狀物；3級：斑點(diǎn)內(nèi)部有明顯的薄的環(huán)狀物，比本色稍微黑一點(diǎn)；4級：有比三級等級更濃的環(huán)狀物，亦比本色稍黑；5級：斑點(diǎn)內(nèi)部環(huán)狀物幾乎為固體或近于固體，環(huán)心比本底色黑的多。斑點(diǎn)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)圖見圖1。

圖1 斑點(diǎn)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)圖

2 結(jié)果與討論

2.1 摻稀降黏效果

2.1.1 植物油甲酯摻稀降黏效果按照上述試驗(yàn)方法，將植物油甲酯與稠油按照不同的稀稠比(質(zhì)量比，下同)配成一系列石油樣品，測試它們的黏度(50 ℃)，結(jié)果如表1所示。

表1 植物油甲酯摻稀降黏效果

由表1可見，未摻入植物油甲酯的稠油樣品，其黏度(50 ℃)為60 400 mPa·s，黏度非常大。隨著逐漸加入植物油甲酯，石油樣品的黏度開始快速降低。稀稠比為1∶8時，石油樣品黏度(50 ℃)為4 107 mPa·s，此時，植物油甲酯的摻入量為稠油質(zhì)量的12.5%，稠油降黏率為93.20%。繼續(xù)加入植物油甲酯，石油樣品的黏度也繼續(xù)降低。稀稠比為1∶4時，石油樣品黏度(50 ℃)為557 mPa·s，植物油甲酯的摻入量為稠油質(zhì)量的25%，稠油的降黏率為99.08%。當(dāng)稀稠比為1∶1時，石油樣品的黏度為24 mPa·s。

2.1.2 脂肪酸摻稀降黏效果按照上述試驗(yàn)方法，將脂肪酸與稠油按照不同的稀稠比配成一系列石油樣品，測試它們的黏度(50 ℃)，結(jié)果如表2所示。

表2 脂肪酸摻稀降黏效果

從表2可以看出，脂肪酸對稠油也具有良好的降黏效果。在不同的稀稠比下，石油樣品的黏度均有大幅下降，稀稠比為1∶1時，黏度(50 ℃)為261 mPa·s，降黏率達(dá)99.57%。因此，脂肪酸對稠油也具有良好的摻稀降黏效果。

2.1.3 植物油摻稀降黏效果按照上述試驗(yàn)方法，將植物油與稠油按照不同的稀稠比配成一系列石油樣品，測試它們的黏度(50 ℃)，結(jié)果如表3所示。

表3 植物油摻稀降黏效果

從表3可以看出，植物油對稠油也具有較好的降黏效果。在不同的稀稠比下，石油樣品的黏度均有大幅降低，稀稠比為1∶1時，黏度(50 ℃)為673 mPa·s，降黏率達(dá)98.89%；稀稠比為1∶4時，降黏率也可達(dá)91.23%。因此，植物油對稠油也具有較好的摻稀降黏效果。

綜上所述，植物油甲酯、脂肪酸、植物油對稠油都能發(fā)揮摻稀降黏的效果，因?yàn)橹参镉图柞サ酿ざ茸钚。鲃有宰詈?，因此具有最好的摻稀降黏效果，脂肪酸次之，再次是植物油。設(shè)置不同的稀稠比，可以配制不同黏度的石油產(chǎn)品。

2.2 斑點(diǎn)試驗(yàn)

2.2.1 植物油甲酯作為摻稀介質(zhì)的斑點(diǎn)試驗(yàn)圖2是植物油甲酯與稠油在不同摻稀比條件下的摻稀體系的斑點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果。稀稠比越大，說明摻稀體系中摻稀介質(zhì)就越多，摻稀體系的黏度就越小。從圖2可以看出，摻稀體系的稀稠比越大，油滴在層析紙上擴(kuò)散得就越快，斑點(diǎn)越大。無論摻稀體系的黏度大小，圖2中的斑點(diǎn)均未出現(xiàn)分層現(xiàn)象，斑點(diǎn)均勻，這就說明植物油甲酯與稠油有比較好的相容性，植物油甲酯可以用于稠油摻稀的介質(zhì)。

圖2 植物油甲酯與稠油的斑點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果

2.2.2 脂肪酸和植物油與稠油的斑點(diǎn)試驗(yàn)圖3中，(a)是脂肪酸和稠油的稀稠比為1∶5.3時的斑點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果，(b)是脂肪酸和稠油的稀稠比為1∶1時的斑點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果，(c)是植物油和稠油的稀稠比為1∶2.2時的斑點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果。

圖3 脂肪酸、植物油與稠油的斑點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果

從圖3(a)和圖3(b)來看，脂肪酸摻入少時，體系黏度大，油滴在層析紙上不能完全擴(kuò)散，在斑點(diǎn)圖中表現(xiàn)為一團(tuán)；當(dāng)再摻入脂肪酸時，體系黏度變小，油滴在層析紙上可以擴(kuò)散，脂肪酸擴(kuò)散比稠油快，所以斑點(diǎn)圖中分成明顯的兩層。這說明脂肪酸與稠油相容性差，脂肪酸不能作為摻稀介質(zhì)使用。從圖3(c)可以看出，在邊緣處已出現(xiàn)分層現(xiàn)象。因此，植物油也不能作為稠油的摻稀介質(zhì)使用。

3 結(jié) 論

以植物油、脂肪酸及植物油甲酯為稠油的摻稀介質(zhì)，考察了對稠油的摻稀降黏效果。結(jié)果表明，植物油甲酯、植物油和脂肪酸對稠油都具有明顯的摻稀降黏效果，尤以植物油甲酯為佳，用量少，降黏效果明顯。同時，3種摻稀介質(zhì)的斑點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果證明了植物油甲酯與稠油具有良好的相容性，體系穩(wěn)定性最好；脂肪酸和植物油與稠油相容性差，不宜作稠油的摻稀介質(zhì)。因此，從摻稀降黏效果和穩(wěn)定性評價來看，植物油甲酯具有最佳的稠油摻稀降黏效果。