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原油乳化输送技术的进展

发表日期:2007-04-16 摄影器材: 点击数: 投票数:
    摘要 改进原油流动性的方法主要包括:①加热和管道保温;②掺不可回收的溶剂;③掺可回收的溶剂;④掺轻质原油;⑤水环输送;⑥热处理和加降凝剂;⑦乳化降粘输送。前4种方法的缺点是能耗高或费用高,第5种方法在技术上难以实现,第6种方法只适用于部分石蜡基原油。原油乳化降粘输送由于可以大大降低原油的输送温度和能耗,因而不仅在API度为6°~23°的稠油开采和管输中得到了广泛的应用,也可用于含蜡高凝原油的输送。
  主题词  原油  降粘 输送 原理 技术
    世界上有许多油田所生产的原油由于流动性差而难以直接用管道输送。改进原油流动性的方法主要包括:①加热和管道保温;②掺不可回收的溶剂;③掺可回收的溶剂;④掺轻质原油;⑤水环送;⑥热处理和加降凝剂;⑦乳化降粘输送。前4种方法的缺点是能耗高或费用高,第5种方法在技术上难以实现,第6种方法只适用于部分石蜡基原油。原油乳化降粘输送由于可以大大降低原油的输送温度和能耗,因而不仅在API度为6~23°的稠油开采和管输中得到了广泛的应用,也可用于含蜡高凝原油的输送。
    1.原油乳化输送原理
  原油乳化输送的机理主要有两点:①原油分散在表面活性剂水溶液中形成水包油型(O/W)原油乳状液或拟乳状液,由于O/W型原油乳状液的粘度可比纯油粘度低2~3个数量级,因而可大大降低原油的表观粘度;②表面活性剂吸附在管壁上形成亲水膜,降低管壁的摩阻。原油表观粘度和管壁摩阻的降低均可大大降低原油管输的能耗。在一定条件下,形成亲水膜和生成O*/W型原油乳状液这两种机理有一种占主导地位,在混合条件好的情况下形成O/W型原油乳状液是主要的,而在混合条件差的情况下,则管壁形成亲水膜是主要的。此时形成拟乳状液———油珠粒径粗大的非真正乳状液,但摩阻和粘度也能显著降低。O/W型原油乳状液中油滴的尺寸通常在2~50μm的范围内。
  原油乳化输送要求O*/W型原油乳状液具有适度的稳定性,即原油乳状液既要在管道输送过程中保持稳定不发生分相或转型,最后到集油站或炼厂又能较容易破乳而实现最终油水分离。
  内相体积百分数大于70%的乳状液称为高内相比(HIPR)乳状液。HIPR乳状液具有很大的相界面,分散相液滴高度扭曲,被水膜分隔成不规则多面体形状。O/W型HIPR原油乳状液内相体积百分数最高可达98%。由于O/W型HIPR原油乳状液油珠粒径单分散度高,且用水稀释后仍可保持粒径分布不改变,80年代初以来在稠油输送技术中得到了应用。采用HIPR乳液配制工艺可以克服常规乳液配制工艺存在的油珠粒径分散度高、部分油滴尺寸过小、存在部分多重乳状液、稳定性差及最终油水分离困难等缺点。
    2.原油乳化降粘剂
  原油乳化输送技术的关键是原油乳化降粘剂。原油乳化降粘剂的主要成份为表面活性剂,可用作原油乳化降粘剂的表面活性剂主要有下列几类。
  (1)烷基酚聚氧乙烯醚(OP)。烷基酚多为单辛基酚、壬基酚或十二烷基酚,也可使用双烷基酚。稠油乳化降粘剂中多使用聚合度为10~150的水溶性OP,而石蜡基原油乳化降粘剂中也可使用低聚合度(2~7)油溶性的OP如壬基酚聚氧乙烯醚NP—5。这类表面活性剂常在原油乳化降粘剂配方中用做主剂。
  (2)烷基酚聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐。烷基酚多为壬基酚或辛基酚,环氧乙烷聚合度为2~10。这类表面活性剂可与环氧丙烷环氧乙烷嵌段共聚物及OP类表面活性剂配合使用。
  (3)脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)。环氧乙烷聚合度为10~150,这类表面活性剂可与AES类表面活性剂及环氧丙烷环氧乙烷嵌段共聚物配合使用,其用途不及OP类表面活性剂广。
  (4)脂肪醇硫酸盐(AS)。这类表面活性剂(如十二烷基硫酸钠)具有很高的HLB值,可用做石蜡基原油乳化降粘剂的主剂,也可在稠油乳化降粘剂中与其它类表面活性剂配合使用。
  (5)脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐(AES)。脂肪醇为C12~C15的天然或合成脂肪醇,环氧乙烷聚合度为3~12。这类表面活性剂常在原油乳化降粘剂配方中用做主剂或与OP类表面活性剂及环氧丙烷环氧乙烷嵌段共聚物配合使用。
  (6)烷基苯磺酸盐。烷基多为C8~C16的直链烷基,分子量为350~470。C1~C4醇对这类表面活性剂的作用效果有明显的促进作用(醇:烷基苯磺酸盐=0.5∶1~5∶1)。烷基苯磺酸盐可与OP类表面活性剂复配构成原油乳化降粘剂配方。
  (7)两段或三段的环氧丙烷环氧乙烷嵌段共聚物。HLB值为12~16,分子量为1500~2500,主要用做辅剂,也可用做主剂。这类表面活性剂的实例包括国内研制的聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚(2070),其单侧的环氧丙烷和环氧乙烷平均聚合度分别为17和53。另外,这类表面活性剂的硫酸酯钠盐也可用做原油乳化降粘剂。
  (8)脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐,这类表面活性剂可在水相含盐量高和二价阳离子含量高的情况下使用。
  阳离子表面活性剂多为季铵盐,这类表面活性剂的用途不及非离子型表面活性剂和阴离子表面活性剂广。
  还有其他如脂肪酸聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚、脂肪酰胺聚氧乙烯醚、石油磺酸盐、两性表面活性剂等。
  原油乳化降粘剂多根据协同作用原理采用多元复配型配方,同时包含非离子型表面活性剂和离子型表面活性剂。部分原油乳化降粘剂配方中除了表面活性剂以外还加入碱(如NaOH、胍盐和三乙醇胺等,加量为0.01%~0.5%),C1~C4醇、生物聚合物(如黄原胶,水相加量0.25%~5%)和冰点抑制剂(如乙二醇和丙三醇,水相加量为25%~50%Wt)。加入碱的目的是使其与高酸值原油(酸值>0.5mgKOH/g)中的酸性物质如环烷酸反应生成表面活性剂以降低外加表面活性剂的用量;加入生物聚合物可抑制油滴聚结,对水包油型原油乳状液具有稳定作用;加入冰点抑制剂的目的是降低水相的冰点,以实现在低于水的冰点的温度下输送原油。在水相中二价或三价金属阳离子含量较高的情况下,还可在原油乳化降粘剂配方中加入聚乙二醇、聚乙烯醇、杂多糖和聚乙烯基蚍咯烷酮等亲水聚合物以降低二价和三价金属阳离子对阴离子表面活性剂的影响。
  与离子型表面活性剂相比,非离子型表面活性剂具有抗盐性高、发泡性低和原油乳状液高温下易发生油水分离的优点,一些原油乳化降粘剂配方中非离子型表面活性剂与阴离子型表面活性剂的用量取为接近2∶1。按水相计算的乳化剂加量一般为500~5000mg/L,O/W型HIPR原油乳状液水相中乳化剂加量可高达0.5%~5%wt。一般情况下,配制O/W型HIPR原油乳状液使用非离子表面活性剂比使用阴离子表面活性剂的效果好。
    3.原油乳化工艺
  原油乳化输送首先需要使油水混合形成O/W型原油乳状液。工业应用中,多采用先将原油乳化降粘剂与水混合,然后再与油混合的连续混合工艺,所用的混合器有动态混合器和静态混合器两种。在石蜡基原油乳化工艺中也有采用先将油溶性表面活性剂与原油混合后,再与水混合的方法〔10〕。油水在混合器内的停留时间一般在5s到10min之间。原油乳化工艺中有三个最主要的控制参数:①混合强度;②混合时间;③乳化剂加量。混合器和油水比例一定时,加大这三个参数中的任一个均可提高原油的乳化程度和乳状液的稳定性。混合温度除影响乳状液粘度外,对乳化程度的影响不大。动态混合器的合理搅拌速度为500~1200r/min,搅拌速度低于500r/min时一般达不到所需的乳化程度或所需的混合时间过长。
  HIPR原油乳化工艺采用两级混合器,首先在第一级混合器中进行低剪切(50~250s-1)混合配制油相体积百分数为70%~98%的HIPR原油乳状液,HIPR原油乳状液在第二级混合器中再与水或表面活性剂水溶液混合成适合管道输送的低粘乳液。
    4.原油乳化降粘剂的室内筛选评价
  原油乳化降粘剂的室内筛选评价主要包括原油乳状液的配制、原油乳状液性质分析及根据原油乳状液的流动性和稳定性对原油乳化降粘剂进行优选和优化。
  (1)原油乳状液的配制。室内原油乳状液配制多使用搅拌混合器,也可使用均化器或胶体磨,搅拌转速一般为1000~1200r/min,混合时间不低于30s。
  (2)原油乳状液的类型。乳状液类型检验可采用将一滴原油乳状液滴到不含表面活性剂的冷水中观察乳状液在冷水中是否分散的方法,如果液滴能够分散,则乳状液为水包油型,否则为油包水型。
  (3)原油乳状液的粘度。原油乳状液粘度一般用旋转粘度计测定,测定粘度时剪切速率先由低向高,再由高向低变化。
  (4)原油乳状液的稳定性。原油乳状液稳定性包括抗静置分层稳定性和抗剪切稳定性。抗静置分层稳定性一般通过观察原油乳状液静置一定时间(如2h)后的油水分相率、粘度及油珠粒径的变化情况。抗剪切稳定性测定一般是观察原油乳状液经受一定时间震荡或搅拌(如震荡频率2.5Hz,震荡时间24h)后是否发生分相或转型。另一种测定原油乳状液抗剪切稳定性的方法是将原油乳状液以一定的壁面剪切速率(如100~500s-1)通过细管后观察乳状液是否发生分相或转型。
  (5)油珠粒径分布。油珠粒径分布测定可使用激光粒度计或超声波粒度计。
  (6)油水分离特性。油水分离特性测定一般是将原油乳状液静置在高温下(加破乳剂或不加破乳剂)测定油水分离速度和静置一定时间后的油中含水量和水中含油量。
作者单位:(冯涛 吴迪 林森)大庆油田设计院 黑龙江省大庆市 163712
     (张力)安达市住宅公司 黑龙江省安达市 151400

作者:东方之子

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