程仲富，任 波，姜瑩芳，劉 磊，楊祖國

（中國石化西北油田分公司石油工程技術(shù)研究院，新疆烏魯木齊830011）

塔河油田稠油具有超深、超稠的特點，平均埋深5 400～7 000 m，地面原油黏度為（1～180）×104mPa·s。由于埋藏深、黏度高，稠油在舉升過程中，逐漸失去流動性，難以開采。目前，油田采用井筒摻稀降黏工藝進行開采[1-2]。該工藝存在三方面的問題：一是隨著稀油區(qū)塊產(chǎn)量的自然遞減，現(xiàn)有的稀油資源不足，無法滿足稠油摻稀需要；二是稀油摻入稠油后當作稠油銷售，稀油價值降低；三是稠油本身價值較低，如何實現(xiàn)稠油提質(zhì)增效是油田盈利的關(guān)鍵。因此，急需一種能顯著降低摻稀油用量，實現(xiàn)稠油輕質(zhì)化，提質(zhì)增效的開采工藝[3-9]。

減黏裂化工藝是在熱裂化的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種輕度（緩和）液相熱裂化過程。以劣質(zhì)稠油為原料，經(jīng)減黏裂化，可以大幅度降低黏度，實現(xiàn)管輸與運輸。Shell（殼牌）公司和Lummus（魯瑪斯）公司在20世紀80年代合作開發(fā)的加熱爐—上行式反應器減黏裂化工藝，與爐管式減黏裂化工藝相比，反應溫度更低（約450 ℃），停留時間更長（約40 min），運轉(zhuǎn)周期更久。其操作靈活性大，減黏效果好，投資節(jié)省15%，燃料消耗減少30%。目前，全球采用這種減黏裂化工藝在運轉(zhuǎn)中的工業(yè)裝置有100 余套。法國石油研究院（IFP）在20世紀80年代開發(fā)的加熱爐—上行式反應器減黏裂化工藝（TervahlT），流程和主要特點與Shell/Lummus 公司的工藝大同小異。其減壓渣油減黏裂化的效果是：原料油/減黏渣油黏度比為20～50（50 ℃條件下），減黏渣油的傾點＜-5 ℃，脫硫率為5%～10%，殘?zhí)忌杂性龆唷２捎肨ervahlT工藝應用于工業(yè)的裝置有數(shù)十套。國內(nèi)外稠油輕質(zhì)化處理工藝集中在渣油、瀝青油砂等重油處理方面，方法主要有延遲焦化、熱裂解、加氫裂解、催化裂解等[10-16]，結(jié)合工藝成熟度及塔河稠油鎳、釩含量高的特點，優(yōu)選熱裂解改質(zhì)方案[17]?；谒佑吞锾豳|(zhì)增效的迫切需要，提出將混合油（摻稀后油井產(chǎn)液）經(jīng)蒸餾后輕組分回摻開采稠油，難流動重組分經(jīng)熱裂解改質(zhì)后外輸?shù)姆椒?。該方法解決了稀油短缺的困境，實現(xiàn)了稠油提質(zhì)增效，顯著提高了稠油開采經(jīng)濟效益。

1 實驗方案

基于稠油改質(zhì)回摻技術(shù)需要，關(guān)鍵在于油井產(chǎn)出混合油蒸餾出輕組分后進行回摻及蒸餾后重組分改質(zhì)輸送，因此，實驗主要考察輕組分循環(huán)摻稀及重組分熱裂解情況，若蒸餾出低輕組分原油能在少量補充甚至無需補充輕質(zhì)油的情況下實現(xiàn)循環(huán)蒸餾摻稀使用，重組分裂解后黏度能降至2 000 mPa·s 以下，即可認為稠油改質(zhì)回摻方案具有可行性。

1.1 輕組分循環(huán)摻稀實驗

實驗油樣選取塔河油田黏度約為2 000 mPa·s的混合油樣，其主要參數(shù)如表1所示。

表1 實驗用油樣基本參數(shù)Table 1 Basic parameters of experimental oil samples

蒸餾裝置為沈陽施博達儀器儀表有限公司生產(chǎn)的SBD-VIII 型實沸點蒸餾儀，切割溫度為室溫至400 ℃。黏度測量儀器為美國BROOKFIELD DV-III黏度計，轉(zhuǎn)速為0.01～200 r/min。

輕組分循環(huán)摻稀實驗：350 ℃條件下用實沸點蒸餾儀將混合油蒸出輕組分Q1及重組分Z1，取部分Q1對一定量Z1進行摻稀，獲得黏度降低至蒸餾前水平，即（2 000±200）mPa·s的混合油H1，記錄摻稀比μ1；對H1在350 ℃條件下蒸餾，得到輕組分Q2，取部分Q2對一定量Z1進行摻稀，使其黏度降低至蒸餾前水平，得到混合油H2，記錄摻稀比μ2；對H2在350 ℃條件下蒸餾，得到輕組分Q3，取部分Q3對一定量Z1進行摻稀，記錄摻稀比μ3。如此，考察蒸餾后輕組分循環(huán)摻稀效果。摻稀實驗過程中，進行斑點實驗，評價摻稀后體系穩(wěn)定性。

1.2 重組分熱裂解實驗

輕組分循環(huán)摻稀實驗中，重組分Z1為樣品第一次蒸餾所得，其主要參數(shù)如表2所示。

表2 重組分Z1基本參數(shù)Table 2 Basic parameters of Z1

自制熱裂解實驗反應釜（圖1），反應釜容量為200 mL，加熱溫度為常溫至500 ℃，控溫精度為±1 ℃。熱裂解降黏實驗流程為：準確稱取50 g 稠油，置于反應釜內(nèi)，通入氮氣排出釜內(nèi)空氣，關(guān)閉氮氣流通閥（1、2、3 號）及泄壓閥（4 號）。實驗溫度為360～420 ℃，開啟加熱，待溫度升至實驗溫度開始計時，反應30～90 min。反應完成后，測定樣品在50 ℃時的黏度。

圖1 稠油熱裂解實驗裝置Fig.1 Heavy oil thermal cracking experimental device

生焦率測定：收集熱裂解降黏實驗全部油樣，包括反應釜表面油垢，用索氏提取器以甲苯反復抽提至濾紙無色，將殘余物置于烘箱內(nèi)烘干，烘干溫度110 ℃，得到生焦量，計算生焦率。實驗所用索氏提取器為上海熙揚儀器有限公司生產(chǎn)的YSXT-04四聯(lián)裝提取器，單個容積為250 mL，控溫范圍為室溫至100 ℃。

2 實驗結(jié)果分析

2.1 輕組分循環(huán)摻稀實驗結(jié)果

以混合油在50 ℃時的黏度1 688 mPa·s為基準，采用不同蒸餾階段得到的輕組分與第一階段蒸餾產(chǎn)出的重組分Z1進行摻稀，得到不同階段輕組分收率及摻稀比，并開展斑點實驗評價原油穩(wěn)定性（表3）。

可以看出，油樣在350 ℃條件下蒸餾輕組分收率約為28%，其組成主要為汽柴油，室內(nèi)初步根據(jù)蒸餾過程中產(chǎn)物收率，計算其中汽油產(chǎn)率在8%左右，柴油產(chǎn)率在20%左右，汽柴油是一種高效降黏輕組分，相關(guān)研究經(jīng)驗表明其具有較好的摻稀降黏作用。多輪次蒸餾過程中，其收率略有降低。在保證黏度1 688 mPa·s左右的前提下，其摻稀比穩(wěn)定在0.39∶1，且穩(wěn)定性評價斑點等級均達到1級。實驗結(jié)果表明，利用蒸餾輕組分回摻，可以保持混合油黏度相近，且稀稠比相差不大。多輪次蒸餾造成的輕組分收率降低，可通過少量補充輕質(zhì)油實現(xiàn)，而通過蒸餾后輕組分的循環(huán)摻稀，可大幅減少稀油用量。

表3 循環(huán)蒸餾及摻稀實驗Table 3 Experiment of cyclic distillation and dilution

2.2 熱裂解改質(zhì)實驗結(jié)果

對重組分Z1在360～420 ℃條件下進行熱裂解反應，反應時間為30～90 min，測定反應后原油黏度、密度、生焦量，并計算降黏率及生焦率（表4）。

表4 重組分Z1不同溫度下熱裂解反應實驗Table 4 Pyrolysis reaction of Z1 at different temperatures

可以看出，50 ℃時黏度為398 800 mPa·s的重油在360～420 ℃時熱裂解30～90 min 后，黏度可降至51 mPa·s，降黏率大于96%，密度降至0.989 3 g/cm3。溫度為380 ℃時，反應60 min 后，重組分Z1黏度可降至1 704 mPa·s，已達到外輸黏度要求，且密度降至0.991 1 g/cm3，經(jīng)濟效益得到提高。實驗結(jié)果表明，稠油黏度顯著降低，但密度變化不大，其主要原因為熱裂解過程中生成的石油焦懸浮于油中，造成原油密度較高。當溫度高于400 ℃時，生焦量呈現(xiàn)快速增加趨勢，這是由于石油的受熱生焦過程是自由基反應。溫度升高后，反應過程中自由基之間碰撞幾率增加，生焦量隨之增大。此外，當反應溫度較高時，體系中的縮合反應逐漸占據(jù)主導地位，加速生焦。

3 結(jié)論

1）混合油在350 ℃條件下蒸餾后進行輕組分循環(huán)摻稀，在保證摻稀后混合油黏度相近的前提下，稀稠比相對穩(wěn)定，表明輕組分可以循環(huán)利用。多輪次蒸餾造成的輕組分收率降低，可通過少量補充輕質(zhì)油實現(xiàn)。該方法可為油田大量節(jié)約稀油。

2）在360～420 ℃時對塔河稠油熱裂解改質(zhì)，降黏率高達96%以上。380 ℃時，反應60 min，黏度可降低至1 700 mPa·s左右，滿足長距離輸送要求。

3）原油經(jīng)熱裂解改質(zhì)后，不僅黏度明顯降低，同時密度也有所降低，可以提高稠油的經(jīng)濟效益。

4）因塔河稠油膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量較高，熱裂解過程中產(chǎn)生大量石油焦，沉淀在反應釜及管道內(nèi)壁，影響設備安全，需要進一步開展抑制生焦技術(shù)研究。