原油降粘剂的评价.docx

原油降粘剂的评价降粘剂；流变性；降粘机理；性能评价t —a—前言在石油工程领域，在世界范围内通过油井依靠天然能量开采和人工补充能量 开采后的油藏，原油采出量平均不到原始地质储量的50%，即有一半左右的石油储 量残留地下在未发现既要经济又丰富的石油代替物之前，要保持石油稳定供给 不仅要在勘探上做出更大的努力，同时还要努力提高现有油藏的生产能力随着 对石油开采程度的加深，原油变稠变重成为世界性的不可逆转的趋势，这种状况 在我国表现得尤为突出，降低原油的凝点和粘度，改善其流动性是解决高凝高粘 原油开采和输送问题的关键近年来，降粘剂的应用研究比较多，世界各国的降粘剂研究成果推动了原油 流动改进技术的发展降粘剂包括乳化降粘剂和油性降粘剂，前者是指水溶性表 面活性剂作为原油乳化降粘剂，因其形成的原油乳状液粘度大大降低，可实现常 温输送以节能降耗，因此，乳化降粘输送工艺发展比较成熟，然而存在后处理（如 脱水）问题;有关油性降粘剂的应用研究较少，由于使用油性降粘剂具有可直接加 剂降粘，改善原油流动性以节能降耗，同时又不存在后处理（如脱水）问题等优点， 目前油性降粘剂的开发研究引起了人们的关注经过较长时间的室内和现场试验 目前已经进入了工业化矿场应用阶段，在大庆、冀东、吉林、南阳等大中型油田 均获得了明显增油效果。

该技术对处于中、高稠油的油田开发持续稳产，具有决 定性意义和指导性作用，在三次采油技术中占有重要地位本文结合理论从实验的角度对降粘剂降粘机理进行初步的了解实验采用的L1和L2降粘剂为主要实验研究对象，通过其对吉林多矿多井原油样品的粘度降低 的实验数据进行分析根据实验数据反映出对原油添加的降粘剂-和L2降粘性能 明显，大大降低了原油的粘度，使其易于流动，而且该法操作简便，可以大量的 节能降耗本研究既具有社会效益，又具有潜在的经济效益第1 章 概 述我国油田主要分布在陆相沉积盆地，以河流三角洲沉积体系为主受气候和 河流频繁摆动的影响，储油层砂体纵横向分布和物性变化均比海相沉积复杂，泥 质含量高，泥砂交错分布，油藏非均质性远高于主要为海相沉积的国外油田原 油大多是高凝高粘原油，即含蜡高、凝点高、粘度高的“三高”原油，在较高温 度下存在明显的粘度异常，必须对其进行降凝降粘处理，否则开采出来的原油无 法外输，巨大的石油资源难以为世人所利用目前人们尚缺乏对高凝高粘原油流变学的充分认识，现有处理方法还存在不 同程度的缺陷即使是原油降凝降粘技术中被确认为最有发展潜力的加剂处理方 法，也存在着机理不清、处理剂通用性差、评价方法不完善等问题，以致于原油 降凝降粘剂的开发和筛选评价既繁琐又盲目。

为此，本文对原油的降粘机理进行 了深入的研究，旨在为降粘剂的筛选评价和研制提供理论依据目前的石油开采现状是，在世界范围内通过油井依靠天然能量开采和人工补 充能量开采后的油藏，原油采出量平均不到原始地质储量的50%，即有一半左右的 石油储量残留地下在未发现既要经济又丰富的石油代替物之前，要保持石油稳 定供给，不仅要在勘探上做出更大的努力，同时还要努力提高现有油藏的生产能 力随着对石油开采程度的加深，原油变稠变重成为世界性的不可逆转的趋势， 这种状况在我国表现得尤为突出，降低原油的凝点和粘度，改善其流动性是解决 高凝高粘原油开采和输送问题的关键原油集输是原油生产的重要环节之一，其经济高效的运行，特别是在季节性 或水下等低温环境以及低输量和停输后再启动等特殊工况下的安全运行，直接关 系到原油生产其它环节的正常运作和原油开发的综合技术经济指标因此，研究 和解决原油管输问题的紧迫性和重要性也就显得尤为突出增加原油的流变性提 高原油采收率已成为中国陆上石油工业持续发展的一项迫切的战略任务在增加 原油的流变性提高采收率诸多方法中，降粘剂降粘技术已开始走上主导地位原油流变性等宏观物理性能主要取决于原油物理结构和化学结构。

目前，在 原油化学结构的研究方面，已经可以采用元素组成、分子量和结构参数等表征原 油体系的平均化学结构但至今还不可能在单体化合物的水平上对其进行全分离 和全分析，因此，也就不可能采用热力学公式或者经验关联式，通过纯化合物的 物性来预测原油流变性此，国内外对原油流变性及其流动改进技术的研究极为重视，并获得了大量成功 的经验，但至今尚未根本解决输送问题与常规原油相比，高粘原油的粘度异常直接影响到输油管道工艺的设计与管 理随着温度等外部条件的变化，高粘原油中蜡、沥青胶质等重有机物的状态将 发生相应变化，当油温达到异常点时，体系中蜡晶浓度、蜡晶形状和表面性质的 非对称性足以使蜡晶颗粒相互连接而形成结构，进而使原油粘度异常增大，甚至 整个体系失去流动性因此，必须对其进行降粘处理，否则难以满足节能降耗的 管输要求本文从实验的角度对降粘剂降粘机理进行初步的了解实验采用了降粘剂L1和L2为主要实验研究对象，其对吉林油田多矿多井的原油进行了降粘的实验, 根据各项实验数据进行分析实验从吉林油田多矿多井不同原油加入降粘剂的影 响，较为详细的研究了降粘剂在多种因素下的变化，并根据实验数据可以具体的 分析选用的降粘剂对吉林油田多矿多井油样降粘效果的影响。

因而，先从各个方面选取资料，对降粘剂等实验药品进行一定的了解，对降 粘剂降粘机理系统的学习，着手进行大量实验，得到实验数据，进而分析降粘剂 对吉林油田多矿多井原油油样降粘的性能评价第2 章 基础理论2.1 原油的流变性原油流变性等宏观物理性能主要取决于原油物理结构和化学结构目前，在 原油化学结构的研究方面，已经可以采用元素组成、分子量和结构参数等表征原 油体系的平均化学结构但至今还不可能在单体化合物的水平上对其进行全分离 和全分析，因此，也就不可能采用热力学公式或者经验关联式，通过纯化合物的 物性来预测原油流变性在原油物理结构研究方面，己建立了描述原油体系的各种物理结构模型以及 相应的热力学理论，但这些模型及理论尚不能充分解释原油体系的非牛顿性问题 由于原油流变性异常多变、且影响因素众多，这给原油输送带来了极大困难因 此，国内外对原油流变性及其流动改进技术的研究极为重视，并获得了大量成功 的经验，但至今尚未根本解决高凝高粘原油的输送问题为此，本章回顾了原油 流变特性及其影响因素、原油流变学研究现状，这对本文的研究具有十分重要的 参考价值2.1.1 原油流变学原油流变学涉及流体流变学、化学、物理学、热力学、结晶学、石油管输工 艺学等领域。

随着石油输送工艺技术的日益新型化和多样化，在原油输送的科研 设计和生产运行中越来越多地涉及到流变学问题，原油流变学的研究引起了国内 外的高度重视在原油管输过程中，输量的下降可能引起压力持续升高，甚至造成凝管，这 在国内外油田集输管道和长距离大口径输油干线上都曾发生过，其主要原因在于 一些操作人员因缺乏原油流变学和非牛顿流体力学方面的知识而未及时采取有效 的应急措施由此足见原油流变学研究对于指导原油集输工艺设计和管理的重要 性我国原油大多是易凝原油，其流动性能差、流变行为复杂，而且不少输油管 线的输量已经进入或即将进入低输量工作状态因此，加强我国原油流变学的基 础理论研究显得尤为重要原油流变学的研究对象为非牛顿原油，其现有研究方法一般都是通过大量的 实验研究，揭示不同热历史、剪切历史等条件下的原油流变特性，建立相应条件 下的流变模式方程，并以此描述原油受力变形的关系非牛顿流体力学和流变学 的进展为研究和改善原油的流变特性奠定了理论基础，在原油集输中，原油流变 学的研究成果已经得到了比较广泛的工业应用，获得了显著的技术经济效益和社 会效益［1］尽管原油流变学研究没有正式被列入原中国石油天然气总公司的“八五”和 “九五”科技攻关项目，但是人们已经意识到了原油流变学对原油集输、储存、 钻采等生产环节的重要性，并为该课题的立项作了大量的技术储备［2］。

在中国石油 天然气集团公司“十五”和“2010”科技攻关规划预案中，原油流变学被列为原 油输送中的应用基础和前沿技术研究课题原油流变学研究在国内外己有近40年的历史，目前己成为应用流变学的一个 重要分支我国原油流变学研究始于60年代，到70年代才把原油流变学与输油工 艺紧密地结合起来研究，80年代这项研究进入了工业生产应用阶段，目前这项研 究己跨入深化扩展阶段［3］目前，国内外就原油流变学己进行了大量的实验研究工 作，在原油流变性应用基础、工业应用和测试技术方面取得了以下重要果:(1)含 蜡原油流型变化规律以及表征其变化的温度参数;(2)含蜡原油触变性及其全流变 曲线;(3)温度(热)历史、剪切历史(在不同温度区间)对含蜡原油流变特性的影 响;(4)原油流变特性改性技术及综合处理管输工艺的实施;(5)原油流变特性评价 标准体系(测试方法)的初步建立与室内模拟试验方法的初步研究然而，非牛顿原油具有触变性，且触变性和屈服应力又相互关联，这使原油 流变学及其改性研究变得极为复杂目前国内外常用的研究方法主要是基于连续 介质力学理论的宏观方法，这对揭示非牛顿原油流变特性的机理成效不大，以致 于至今尚未完全把握原油改性的切入点，在原油管输过程中尚存在许多原油流变 学的基础理论认识问题有待深入研究:(1)符合实际输油工艺的原油流变性研究方 法;(2)原油触变特性变化规律及其数学表征问题;(3)原油组成和内部结构对其流 变性的影响;(4)原油流动改进机理及改性效果在管输工艺条件下的稳定性问题。

2.1.2 原油流变性的影响因素随着温度降低，原油中蜡将不断结晶析出和生长，从而使原油表观粘度剧增 由于原油本身的组成及性质(如烷烃碳数分布、沥青质胶质含量、溶解气体含量、 体系的溶解能力等)和外部条件(如温度历史、冷却方式和剪切效应等)的变化，致 使原油表现出复杂多变的流变特性因此，研究原油流变特性的重要影响因素， 将有助于认识其变化规律和揭示原油粘度异常的实质1、蜡的影响蜡是原油的基本组成(烷烃族、环烷烃族、芳香族)之一，其组成、含量及蜡 在石油中的分散程度等对原油物理性质的影响极大即使原油中蜡含量相同，其 流变特性也可能因蜡组成差异而不同，实质上这取决于蜡在原油中的种种状态— 溶解、结晶和胶凝等2、沥青质和胶质的影响60年代以来，许多学者应用NMR、XRD、IR、SAXS、SANS、凝胶渗析色谱、 电子自旋共振、零剪切流变性法、质谱、界面张力法、化学降解法等先进物理仪 器或现代分析方法，对沥青质的结构及其在石油体系中的状态进行了深入细致的 研究结果表明:沥青质是由数目众多、结构各异的非烃化合物组成的复杂混合物， 它们的成分并不固定（因分离分析方法而异），性质也有所差异，是多种物质的缔 合体。

但沥青质具有一定的共性：（1）含多芳香核；（2）N、0、S等杂原子含量高，同 时还络合有Ni、V、Fe等金属；（3）含烷基侧链基团；（4）沥青质的元素组成是一致 的：C82±3%, H8. 1±0. 7%, N0. 6-3. 3%, OO. 3-4. 9%, SO. 3-10. 3%胶质主要是由 4-6个亚甲基将芳香环连在一起，并含有氧（O）、氮（N）、硫（S）等杂原子，其平均 分子量在600-3000之间［4］沥青质的分子量是表征其分子结构最重要的参数之一， 但是由于分析方法不同，沥青质分子量的测定结果差异极大，迄今见诸文献报道 的沥青质平均分子量一般在3000-300000之间，这可能是由于沥青质极易发生缔合 而形成无定形聚集体结构对于沥青质的结构和特性，至今尚未充分掌握蜡在原油中的溶解度随沥青胶质含量的增加而降低，这必然会影响蜡结晶及 蜡晶形态当沥青质含量大于0. 5wt%或胶质含量大于0. 95wt%时，原油具有较低的 析蜡点［5］因此，胶质及沥青质与蜡的协同作用决定了原油的流变特性刘清林等 ［6］研究了蜡与胶质对原。