原油降粘劑的評(píng)價(jià)

原油降粘劑的評(píng)價(jià)降粘劑；流變，性；降粘機(jī)理；性能評(píng)價(jià)在石油工程領(lǐng)域，在世界范圍內(nèi)通過(guò)油井依靠天然能量開(kāi)采和人工補(bǔ)充能量開(kāi)采后的油藏，原油采出量平均不到原始地質(zhì)儲(chǔ)量的50%，即有一半左右的石油儲(chǔ)量殘留地下。在未發(fā)現(xiàn)既要經(jīng)濟(jì)又豐富的石油代替物之前，要保持石油穩(wěn)定供給，不僅要在勘探上做出更大的努力，同時(shí)還要努力提高現(xiàn)有油藏的生產(chǎn)能力。隨著對(duì)石油開(kāi)采程度的加深，原油變稠變重成為世界性的不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，這種狀況在我國(guó)表現(xiàn)得尤為突出，降低原油的凝點(diǎn)和粘度，改善其流動(dòng)性是解決高凝高粘原油開(kāi)采和輸送問(wèn)題的關(guān)鍵。近年來(lái)，降粘劑的應(yīng)用研究比較多，世界各國(guó)的降粘劑研究成果推動(dòng)了原油流動(dòng)改進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。降粘劑包括乳化降粘劑和油性降粘劑，前者是指水溶性表面活性劑作為原油乳化降粘劑，因其形成的原油乳狀液粘度大大降低，可實(shí)現(xiàn)常溫輸送以節(jié)能降耗，因此，乳化降粘輸送工藝發(fā)展比較成熟，然而存在后處理（如脫水）問(wèn)題;有關(guān)油性降粘劑的應(yīng)用研究較少，由于使用油性降粘劑具有可直接加劑降粘，改善原油流動(dòng)性以節(jié)能降耗，同時(shí)又不存在后處理（如脫水）問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)，目前油性降粘劑的開(kāi)發(fā)研究引起了人們的關(guān)注。經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，目前已經(jīng)進(jìn)入了工業(yè)化礦場(chǎng)應(yīng)用階段，在大慶、冀東、吉林、南陽(yáng)等大中型油田，均獲得了明顯增油效果。該技術(shù)對(duì)處于中、高稠油的油田開(kāi)發(fā)持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)，具有決定性意義和指導(dǎo)性作用，在三次采油技術(shù)中占有重要地位。本文結(jié)合理論從實(shí)驗(yàn)的角度對(duì)降粘劑降粘機(jī)理進(jìn)行初步的了解。實(shí)驗(yàn)采用的L1和L2降粘劑為主要實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，通過(guò)其對(duì)吉林多礦多井原油樣品的粘度降低的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反映出對(duì)原油添加的降粘劑L1和L2降粘性能明顯，大大降低了原油的粘度，使其易于流動(dòng)，而且該法操作簡(jiǎn)便，可以大量的節(jié)能降耗。本研究既具有社會(huì)效益，又具有潛在的經(jīng)濟(jì)效益。第1章概述我國(guó)油田主要分布在陸相沉積盆地，以河流三角洲沉積體系為主。受氣候和河流頻繁擺動(dòng)的影響，儲(chǔ)油層砂體縱橫向分布和物性變化均比海相沉積復(fù)雜，泥質(zhì)含量高，泥砂交錯(cuò)分布，油藏非均質(zhì)性遠(yuǎn)高于主要為海相沉積的國(guó)外油田。原油大多是高凝高粘原油，即含蠟高、凝點(diǎn)高、粘度高的“三高”原油，在較高溫度下存在明顯的粘度異常，必須對(duì)其進(jìn)行降凝降粘處理，否則開(kāi)采出來(lái)的原油無(wú)法外輸，巨大的石油資源難以為世人所利用。目前人們尚缺乏對(duì)高凝高粘原油流變學(xué)的充分認(rèn)識(shí)，現(xiàn)有處理方法還存在不同程度的缺陷。即使是原油降凝降粘技術(shù)中被確認(rèn)為最有發(fā)展?jié)摿Φ募觿┨幚矸椒?，也存在著機(jī)理不清、處理劑通用性差、評(píng)價(jià)方法不完善等問(wèn)題，以致于原油降凝降粘劑的開(kāi)發(fā)和篩選評(píng)價(jià)既繁瑣又盲目。為此，本文對(duì)原油的降粘機(jī)理進(jìn)行了深入的研究，旨在為降粘劑的篩選評(píng)價(jià)和研制提供理論依據(jù)。目前的石油開(kāi)采現(xiàn)狀是，在世界范圍內(nèi)通過(guò)油井依靠天然能量開(kāi)采和人工補(bǔ)充能量開(kāi)采后的油藏，原油采出量平均不到原始地質(zhì)儲(chǔ)量的50%，即有一半左右的石油儲(chǔ)量殘留地下。在未發(fā)現(xiàn)既要經(jīng)濟(jì)又豐富的石油代替物之前，要保持石油穩(wěn)定供給，不僅要在勘探上做出更大的努力，同時(shí)還要努力提高現(xiàn)有油藏的生產(chǎn)能力。隨著對(duì)石油開(kāi)采程度的加深，原油變稠變重成為世界性的不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，這種狀況在我國(guó)表現(xiàn)得尤為突出，降低原油的凝點(diǎn)和粘度，改善其流動(dòng)性是解決高凝高粘原油開(kāi)采和輸送問(wèn)題的關(guān)鍵。原油集輸是原油生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一，其經(jīng)濟(jì)高效的運(yùn)行，特別是在季節(jié)性或水下等低溫環(huán)境以及低輸量和停輸后再啟動(dòng)等特殊工況下的安全運(yùn)行，直接關(guān)系到原油生產(chǎn)其它環(huán)節(jié)的正常運(yùn)作和原油開(kāi)發(fā)的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此，研究和解決原油管輸問(wèn)題的緊迫性和重要性也就顯得尤為突出。增加原油的流變性提高原油采收率已成為中國(guó)陸上石油工業(yè)持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)迫切的戰(zhàn)略任務(wù)。在增加原油的流變性提高采收率諸多方法中，降粘劑降粘技術(shù)已開(kāi)始走上主導(dǎo)地位。原油流變性等宏觀物理性能主要取決于原油物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)。目前，在原油化學(xué)結(jié)構(gòu)的研究方面，已經(jīng)可以采用元素組成、分子量和結(jié)構(gòu)參數(shù)等表征原油體系的平均化學(xué)結(jié)構(gòu)。但至今還不可能在單體化合物的水平上對(duì)其進(jìn)行全分離和全分析，因此，也就不可能采用熱力學(xué)公式或者經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，通過(guò)純化合物的物性來(lái)預(yù)測(cè)原油流變性。在原油物理結(jié)構(gòu)研究方面，己建立了描述原油體系的各種物理結(jié)構(gòu)模型以及相應(yīng)的熱力學(xué)理論，但這些模型及理論尚不能充分解釋原油體系的非牛頓性問(wèn)題。由于原油流變性異常多變、且影響因素眾多，這給原油輸送帶來(lái)了極大困難。因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)原油流變性及其流動(dòng)改進(jìn)技術(shù)的研究極為重視，并獲得了大量成功的經(jīng)驗(yàn)，但至今尚未根本解決輸送問(wèn)題。與常規(guī)原油相比，高粘原油的粘度異常直接影響到輸油管道工藝的設(shè)計(jì)與管理。隨著溫度等外部條件的變化，高粘原油中蠟、瀝青膠質(zhì)等重有機(jī)物的狀態(tài)將發(fā)生相應(yīng)變化，當(dāng)油溫達(dá)到異常點(diǎn)時(shí)，體系中蠟晶濃度、蠟晶形狀和表面性質(zhì)的非對(duì)稱性足以使蠟晶顆粒相互連接而形成結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使原油粘度異常增大，甚至整個(gè)體系失去流動(dòng)性。因此，必須對(duì)其進(jìn)行降粘處理，否則難以滿足節(jié)能降耗的管輸要求。本文從實(shí)驗(yàn)的角度對(duì)降粘劑降粘機(jī)理進(jìn)行初步的了解。實(shí)驗(yàn)采用了降粘劑L1和L2為主要實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，其對(duì)吉林油田多礦多井的原油進(jìn)行了降粘的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)從吉林油田多礦多井不同原油加入降粘劑的影響，較為詳細(xì)的研究了降粘劑在多種因素下的變化，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以具體的分析選用的降粘劑對(duì)吉林油田多礦多井油樣降粘效果的影響。因而，先從各個(gè)方面選取資料，對(duì)降粘劑等實(shí)驗(yàn)藥品進(jìn)行一定的了解，對(duì)降粘劑降粘機(jī)理系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，著手進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而分析降粘劑對(duì)吉林油田多礦多井原油油樣降粘的性能評(píng)價(jià)。第2章基礎(chǔ)理論2.1原油的流變性原油流變性等宏觀物理性能主要取決于原油物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)。目前，在原油化學(xué)結(jié)構(gòu)的研究方面，已經(jīng)可以采用元素組成、分子量和結(jié)構(gòu)參數(shù)等表征原油體系的平均化學(xué)結(jié)構(gòu)。但至今還不可能在單體化合物的水平上對(duì)其進(jìn)行全分離和全分析，因此，也就不可能采用熱力學(xué)公式或者經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，通過(guò)純化合物的物性來(lái)預(yù)測(cè)原油流變性。在原油物理結(jié)構(gòu)研究方面，己建立了描述原油體系的各種物理結(jié)構(gòu)模型以及相應(yīng)的熱力學(xué)理論，但這些模型及理論尚不能充分解釋原油體系的非牛頓性問(wèn)題。由于原油流變性異常多變、且影響因素眾多，這給原油輸送帶來(lái)了極大困難。因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)原油流變性及其流動(dòng)改進(jìn)技術(shù)的研究極為重視，并獲得了大量成功的經(jīng)驗(yàn)，但至今尚未根本解決高凝高粘原油的輸送問(wèn)題。為此，本章回顧了原油流變特性及其影響因素、原油流變學(xué)研究現(xiàn)狀，這對(duì)本文的研究具有十分重要的參考價(jià)值。2.1.1原油流變學(xué)原油流變學(xué)涉及流體流變學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、熱力學(xué)、結(jié)晶學(xué)、石油管輸工藝學(xué)等領(lǐng)域。隨著石油輸送工藝技術(shù)的日益新型化和多樣化，在原油輸送的科研、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)運(yùn)行中越來(lái)越多地涉及到流變學(xué)問(wèn)題，原油流變學(xué)的研究引起了國(guó)內(nèi)外的高度重視。在原油管輸過(guò)程中，輸量的下降可能引起壓力持續(xù)升高，甚至造成凝管，這在國(guó)內(nèi)外油田集輸管道和長(zhǎng)距離大口徑輸油干線上都曾發(fā)生過(guò)，其主要原因在于一些操作人員因缺乏原油流變學(xué)和非牛頓流體力學(xué)方面的知識(shí)而未及時(shí)采取有效的應(yīng)急措施。由此足見(jiàn)原油流變學(xué)研究對(duì)于指導(dǎo)原油集輸工藝設(shè)計(jì)和管理的重要性。我國(guó)原油大多是易凝原油，其流動(dòng)性能差、流變行為復(fù)雜，而且不少輸油管線的輸量已經(jīng)進(jìn)入或即將進(jìn)入低輸量工作狀態(tài)。因此，加強(qiáng)我國(guó)原油流變學(xué)的基礎(chǔ)理論研究顯得尤為重要。原油流變學(xué)的研究對(duì)象為非牛頓原油，其現(xiàn)有研究方法一般都是通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究，揭示不同熱歷史、剪切歷史等條件下的原油流變特性，建立相應(yīng)條件下的流變模式方程，并以此描述原油受力變形的關(guān)系。非牛頓流體力學(xué)和流變學(xué)的進(jìn)展為研究和改善原油的流變特性奠定了理論基礎(chǔ)，在原油集輸中，原油流變學(xué)的研究成果已經(jīng)得到了比較廣泛的工業(yè)應(yīng)用，獲得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益［1］。盡管原油流變學(xué)研究沒(méi)有正式被列入原中國(guó)石油天然氣總公司的“八五”和“九五”科技攻關(guān)項(xiàng)目，但是人們已經(jīng)意識(shí)到了原油流變學(xué)對(duì)原油集輸、儲(chǔ)存、鉆采等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重要性，并為該課題的立項(xiàng)作了大量的技術(shù)儲(chǔ)備［2］。在中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司“十五”和“2010”科技攻關(guān)規(guī)劃預(yù)案中，原油流變學(xué)被列為原油輸送中的應(yīng)用基礎(chǔ)和前沿技術(shù)研究課題。原油流變學(xué)研究在國(guó)內(nèi)外己有近40年的歷史，目前己成為應(yīng)用流變學(xué)的一個(gè)重要分支。我國(guó)原油流變學(xué)研究始于60年代，到70年代才把原油流變學(xué)與輸油工藝緊密地結(jié)合起來(lái)研究，80年代這項(xiàng)研究進(jìn)入了工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用階段，目前這項(xiàng)研究己跨入深化擴(kuò)展階段［3］。目前，國(guó)內(nèi)外就原油流變學(xué)己進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究工作，在原油流變性應(yīng)用基礎(chǔ)、工業(yè)應(yīng)用和測(cè)試技術(shù)方面取得了以下重要果：（1）含蠟原油流型變化規(guī)律以及表征其變化的溫度參數(shù)；（2）含蠟原油觸變性及其全流變曲線；（3）溫度（熱）歷史、剪切歷史（在不同溫度區(qū)間）對(duì)含蠟原油流變特性的影響；（4）原油流變特性改性技術(shù)及綜合處理管輸工藝的實(shí)施；（5）原油流變特性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系（測(cè)試方法）的初步建立與室內(nèi)模擬試驗(yàn)方法的初步研究。然而，非牛頓原油具有觸變性，且觸變性和屈服應(yīng)力又相互關(guān)聯(lián)，這使原油流變學(xué)及其改性研究變得極為復(fù)雜。目前國(guó)內(nèi)外常用的研究方法主要是基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論的宏觀方法，這對(duì)揭示非牛頓原油流變特性的機(jī)理成效不大，以致于至今尚未完全把握原油改性的切入點(diǎn)，在原油管輸過(guò)程中尚存在許多原油流變學(xué)的基礎(chǔ)理論認(rèn)識(shí)問(wèn)題有待深入研究：（1）符合實(shí)際輸油工藝的原油流變性研究方法；（2）原油觸變特性變化規(guī)律及其數(shù)學(xué)表征問(wèn)題；（3）原油組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)其流變性的影響；（4）原油流動(dòng)改進(jìn)機(jī)理及改性效果在管輸工藝條件下的穩(wěn)定性問(wèn)題。2.1.2原油流變性的影響因素隨著溫度降低，原油中蠟將不斷結(jié)晶析出和生長(zhǎng)，從而使原油表觀粘度劇增。由于原油本身的組成及性質(zhì)（如烷烴碳數(shù)分布、瀝青質(zhì)膠質(zhì)含量、溶解氣體含量、體系的溶解能力等）和外部條件（如溫度歷史、冷卻方式和剪切效應(yīng)等）的變化，致使原油表現(xiàn)出復(fù)雜多變的流變特性。因此，研究原油流變特性的重要影響因素，將有助于認(rèn)識(shí)其變化規(guī)律和揭示原油粘度異常的實(shí)質(zhì)。1、 蠟的影響蠟是原油的基本組成（烷烴族、環(huán)烷烴族、芳香族）之一，其組成、含量及蠟在石油中的分散程度等對(duì)原油物理性質(zhì)的影響極大。即使原油中蠟含量相同，其流變特性也可能因蠟組成差異而不同，實(shí)質(zhì)上這取決于蠟在原油中的種種狀態(tài)一溶解、結(jié)晶和膠凝等。2、 瀝青質(zhì)和膠質(zhì)的影響60年代以來(lái)，許多學(xué)者應(yīng)用NMR、XRD、IR、SAXS、SANS、凝膠滲析色譜、電子自旋共振、零剪切流變性法、質(zhì)譜、界面張力法、化學(xué)降解法等先進(jìn)物理儀器或現(xiàn)代分析方法，對(duì)瀝青質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其在石油體系中的狀態(tài)進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。結(jié)果表明:瀝青質(zhì)是由數(shù)目眾多、結(jié)構(gòu)各異的非烴化合物組成的復(fù)雜混合物，它們的成分并不固定（因分離分析方法而異），性質(zhì)也有所差異，是多種物質(zhì)的締合體。但瀝青質(zhì)具有一定的共性：（1）含多芳香核；（2）N、O、S等雜原子含量高，同時(shí)還絡(luò)合有Ni、V、Fe等金屬；（3）含烷基側(cè)鏈基團(tuán)；（4）瀝青質(zhì)的元素組成是一致的：C82±3%，H8.1±0.7%,N0.6-3.3%,O0.3-4.9%,S0.3-10.3%。膠質(zhì)主要是由4-6個(gè)亞甲基將芳香環(huán)連在一起，并含有氧（O）、氮（N）、硫（S）等雜原子，其平均分子量在600-3000之間［4］。瀝青質(zhì)的分子量是表征其分子結(jié)構(gòu)最重要的參數(shù)之一，但是由于分析方法不同，瀝青質(zhì)分子量的測(cè)定結(jié)果差異極大，迄今見(jiàn)諸文獻(xiàn)報(bào)道的瀝青質(zhì)平均分子量一般在3000-300000之間，這可能是由于瀝青質(zhì)極易發(fā)生締合而形成無(wú)定形聚集體結(jié)構(gòu)。對(duì)于瀝青質(zhì)的結(jié)構(gòu)和特性，至今尚未充分掌握。蠟在原油中的溶解度隨瀝青膠質(zhì)含量的增加而降低，這必然會(huì)影響蠟結(jié)晶及蠟晶形態(tài)。當(dāng)瀝青質(zhì)含量大于0.5wt%或膠質(zhì)含量大于0.95wt%時(shí)，原油具有較低的析蠟點(diǎn)［5］。因此，膠質(zhì)及瀝青質(zhì)與蠟的協(xié)同作用決定了原油的流變特性。劉清林等［6］研究了蠟與膠質(zhì)對(duì)原油粘度的影響，結(jié)果表明:膠質(zhì)的含量（即膠蠟比）越高，粘度越大;且不同原油的膠質(zhì)增粘效果不同，當(dāng)膠質(zhì)與正構(gòu)烷烴之比為0.6-3.0時(shí)，原油熱處理效果明顯。3、 溶解氣的影響有研究表明：原油粘度可能因溶解氣的存在而大大降低，牛頓原油粘度的降低是含氣量的函數(shù)。含蠟原油中氣體的散失將使蠟的濃度增大而促使其結(jié)晶析出，給定數(shù)量的蠟在油中溶解的數(shù)量越來(lái)越少，從而增大蠟晶聚集量和原油的粘度。像丁烷一類的易溶氣主要通過(guò)稀釋作用降粘，而像甲烷之類的低溶解性氣體主要是通過(guò)阻止蠟晶聚集降粘。此外，低溶解性氣體還可以有效地降低蠟、瀝青膠質(zhì)的沉積。溶解氣對(duì)原油流變特性的影響較復(fù)雜。一方面，溶解氣越多，在其它條件相同的情況下，原油的屈服應(yīng)力和表觀粘度都將下降。另一方面，原油中溶解氣的存在將影響原油中蠟、瀝青質(zhì)以及膠質(zhì)的物理特性和存在的狀態(tài)。當(dāng)原油中溶解有天然氣時(shí)，原油中蠟分子本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度將下降，使其在油中的溶解度增大，同時(shí)可能降低瀝青質(zhì)微粒的分散程度，從而使原油中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)變得松散。原油脫氣后，原油中重質(zhì)芳香烴含量則相對(duì)增加，使瀝青質(zhì)呈現(xiàn)膠溶狀態(tài)。4、 熱效應(yīng)的影響所謂熱效應(yīng)是指任何引起原油溫度變化的效應(yīng)，其對(duì)蠟晶形態(tài)及原油流變性的影響極大。在原油流變性測(cè)定過(guò)程或管輸過(guò)程中，熱效應(yīng)主要包括油樣所經(jīng)歷的加熱溫度、熱處理溫度、重復(fù)加熱、冷卻方式等熱歷史。加熱溫度是原油中蠟重結(jié)晶的先決條件。原油受熱升溫后，一方面，油中的蠟晶顆粒會(huì)部分或全部溶解，具備重結(jié)晶的必要條件;另一方面，瀝青膠質(zhì)將高度分散、加速分子的熱運(yùn)動(dòng)。隨著原油體系的冷卻，蠟晶將按分子量的高低依次析出，瀝青膠質(zhì)也依次均勻地吸附在己析出的蠟晶上或共晶長(zhǎng)大，從而使蠟晶呈現(xiàn)出不同的形態(tài)。重復(fù)加熱實(shí)質(zhì)上是使原油經(jīng)歷多次加熱和冷卻的過(guò)程，若重復(fù)加熱的溫度在體系存在致密網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的溫度范圍內(nèi)，都會(huì)使原油的低溫表觀粘度增大［7］。有研究表明，不同熱處理?xiàng)l件下原油中蠟晶形態(tài)差別很大，同為20r的表觀粘度相差近一個(gè)數(shù)量級(jí)。據(jù)Buyzen等［8］分析，當(dāng)原油冷卻正好始于析蠟點(diǎn)之上時(shí)，晶核將隨著冷卻的進(jìn)行而形成，但成核速度很慢且只有長(zhǎng)鏈蠟分子。由于形成的晶核少，在其上面將生成少量的規(guī)則大蠟晶，交聯(lián)即凝膠將僅僅在大量蠟結(jié)晶（即低溫）時(shí)才發(fā)生，此時(shí)對(duì)應(yīng)于最低傾點(diǎn)條件。當(dāng)原油重?zé)岬竭m當(dāng)溫度時(shí)，大量蠟晶將部分（輕質(zhì)烷烴）溶解、部分（重質(zhì)烷烴）拆散，于是許多蠟晶碎片將作為重結(jié)晶的晶核。因此，蠟晶細(xì)小且比表面積較大，它們很容易聯(lián)結(jié)，甚至少量蠟晶（估計(jì)1-2wt%）就可能形成包圍其它液體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，于是凝膠將發(fā)生在相當(dāng)高的溫度即最高傾點(diǎn)?？梢?jiàn)，同一種原油因冷卻方式不同，其蠟晶結(jié)構(gòu)存在極大的差異，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)以及凝膠溫度也不同。根據(jù)Hammami對(duì)蠟結(jié)晶研究的綜述［9］，針形、片形和錯(cuò)形蠟晶都傾向于以單一的結(jié)晶方式存在，但在一定條件下通常存在一種具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的晶形，比如，快速冷卻傾向于生成錯(cuò)形晶，而慢速結(jié)晶則有助于片形晶的生長(zhǎng);蠟結(jié)晶總是始于薄片形，而快速冷卻（＞0.1T/min）會(huì)引起片形晶的邊沿卷曲，因此針形晶是卷曲的片形晶;如果結(jié)晶在稀溶液慢冷卻下進(jìn)行時(shí)形成的蠟晶以高度規(guī)則的針形或片形存在，那么濃溶液、熔化或冷卻終止的稀溶液中的蠟晶通常以彎曲或扭曲的片形晶、針形晶（與片形晶相連）和其它形式的錯(cuò)形晶出現(xiàn)。對(duì)于片形和針形晶，低冷卻速率會(huì)產(chǎn)生大晶粒，而冷卻速率對(duì)錯(cuò)形晶的影響則較小。5、力效應(yīng)的影響所謂力效應(yīng)就是指作用于原油的任何形式的力，它會(huì)致使原油流變特性發(fā)生顯著的變化。victor指出［10］：壓力對(duì)原油粘度的影響遠(yuǎn)不如溫度顯著，原油粘度隨壓力的變化因原油組成（決定了原油的泡點(diǎn)壓力）不同而異。當(dāng)原油的壓力高于泡點(diǎn)壓力時(shí)，原油體積將隨著壓力的增加而減小，原油中各種分子或微粒間的距離將縮小，它們的相互作用增強(qiáng)，從而造成原油粘度增加:反之，原油粘度隨壓力增加而降低。Brown等［8］研究了壓力和C「C3輕組分對(duì)原油濁點(diǎn)的影響，結(jié)果表明：“死”油（脫氣油）濁點(diǎn)隨壓力線性升高，升幅約為0.2^/MPa。對(duì)于“活”油樣（含C1-C3輕組分），其濁點(diǎn)最初隨壓力增大而降低，這主要是由于輕組分隨壓力增大而溶解在液相中；當(dāng)壓力高于油樣（含氣）泡點(diǎn)時(shí)，油樣濁點(diǎn)實(shí)質(zhì)上隨壓力線性升高。對(duì)于理想液體，剪切速率對(duì)其粘度沒(méi)有影響。但非牛頓流體在不同剪切作用下卻表現(xiàn)出不同的流變特性。原油在冷卻過(guò)程中，將自然伴隨有蠟結(jié)晶、聚集、凝膠等物理過(guò)程，如果同時(shí)給原油施加不同的剪切作用，原油中蠟晶顆粒的聚集、分散程度和取向等都將受到不同程度的影響，進(jìn)而極大地影響原油流變特性。對(duì)于一定溫度的非牛頓原油，蠟-瀝青膠質(zhì)共同作用所形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)一般較弱，受剪切時(shí)容易被破壞，表觀粘度將隨著剪切時(shí)間推移而下降，直到趨于平衡，這可能是原油具有觸變性的根本原因。在非牛頓原油流變性測(cè)定過(guò)程中不難發(fā)現(xiàn)，剪切速率上行（由低到高）和下行（由高到低）測(cè)得的平衡流變曲線不重合。其根源在于蠟晶間的弱連接一旦被破壞就難以恢復(fù)，在較高剪切速率作用下破壞的結(jié)構(gòu)在剪切速率降低后不能完全恢復(fù)到相應(yīng)的水平。6、 溶劑的影響在原油中加入溶劑，比如nC5、nC7、nC9、甲苯、苯、THF（四氫呋喃）等，原油粘度將逐漸降低。與此同時(shí)，原油體系的穩(wěn)定性將被打破，使瀝青質(zhì)發(fā)生絮凝或沉積［11］。大量研究表明:一些溶劑對(duì)蠟具有溶解作用，從而提高其在原油中的溶解性，降低結(jié)晶溫度。當(dāng)有溶劑存在時(shí)，烷烴混合物在相當(dāng)?shù)偷臏囟认虏砰_(kāi)始結(jié)晶，但是形成針形晶的組分比形成片形晶的組分更容易溶解，因此針形晶只在較低溫度和較高溶劑濃度時(shí)才出現(xiàn)。結(jié)晶從片形晶的出現(xiàn)開(kāi)始，接著是錯(cuò)晶形，這種晶形處于中間位置。對(duì)于任意烷烴混合物和溶劑而言，總是存在一個(gè)濃度極限和相應(yīng)的結(jié)晶溫度極限。在低于濃度極限和高于溫度極限時(shí)，針形晶就會(huì)受到抑制，反之則針形晶和錯(cuò)形晶就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠尉А．?dāng)蠟中正構(gòu)烷烴的含量超過(guò)一定限度時(shí)，在溶劑中將生成與正構(gòu)烷烴類似的斜方形晶體。沈陽(yáng)含蠟原油在丁酮-苯、甲基異丁基酮和丁酮-甲基異丁基酮等溶劑中均得到小片狀的蠟晶體，這些小片狀晶體聚集成大片狀晶群或大顆粒的晶團(tuán)［12］。7、 水的影響在注水開(kāi)發(fā)油田進(jìn)入開(kāi)采中后期后，采出液大都是含水原油。由于油和水互不相溶，其混合物可能呈乳狀液，這取決于油水混合物在井筒油管和地面管線中的流動(dòng)速度、含水率、溫度以及井筒、油咀、閥門(mén)、彎管節(jié)流、泵等的機(jī)械攪拌作用等等因素，而油水乳狀液的穩(wěn)定性又與攪拌強(qiáng)度有關(guān)。大量研究表明：當(dāng)含水率較低、溫度較高時(shí)，油水混合物可視為牛頓流體;而在低于一定溫度下，原油卻隨含水率的增高，呈現(xiàn)出較強(qiáng)的假塑性流體的特性。油水混合物的粘度主要與原油粘度、液體溫度和原油含水率有關(guān)。當(dāng)油水混合物流變特性不符合牛頓定律時(shí)，其粘度變化與剪切速率有關(guān)，此時(shí)的粘度一般稱為視粘度。含水原油的視粘度在很大程度上取決于原油的含水率。當(dāng)含水率較低時(shí)，分散相（水）液滴間距離較大，它們之間的相互作用只有通過(guò)連續(xù)相（油）速度場(chǎng)的相互作用才能表現(xiàn)出來(lái)，因而含水原油的粘度隨含水率增加的幅度不大;當(dāng)含水率增大到一定程度時(shí)，連續(xù)相（油）中的分散液滴（水）急劇增多，相間表面增大，并且在液流中發(fā)生液滴間的碰撞和相對(duì)移動(dòng)以及相間表面能的作用，從而導(dǎo)致粘度的迅速增加；當(dāng)含水率接近臨界值時(shí)，將發(fā)生轉(zhuǎn)相，液滴發(fā)生變形，此時(shí)含水原油粘度發(fā)生突變;當(dāng)含水率超過(guò)轉(zhuǎn)相點(diǎn)時(shí)，分散相（水）將變成連續(xù)相，而連續(xù)相（油）則變成分散相，這對(duì)于原油輸送的節(jié)能具有十分重要的實(shí)際意義。2.2油性降粘劑降粘2.2.1油性降粘劑的發(fā)展概況隨著對(duì)高凝高粘原油開(kāi)采量的增加，其凝點(diǎn)高、粘度大，流動(dòng)性差，給開(kāi)采和輸送帶來(lái)很多困難。傳統(tǒng)的加熱降粘輸送燃料消耗大、成本高；乳化降粘輸送會(huì)造成后處理(如脫水)問(wèn)題；摻加稀油降粘不僅受稀油來(lái)源的限制J而且稀油價(jià)格較貴、成本高。目前最受國(guó)內(nèi)外石油工業(yè)界普遍關(guān)注的、被認(rèn)為最有前途的方法是采用添加流動(dòng)性改進(jìn)劑降低原油的凝點(diǎn)和粘度，使其易于流動(dòng)。該法不僅操作簡(jiǎn)便，而且可以大量的節(jié)能降耗。流動(dòng)性改進(jìn)劑是一個(gè)統(tǒng)稱，包括降凝劑和降粘劑。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于添加流動(dòng)性改進(jìn)劑降低高凝高粘原油的凝點(diǎn)和粘度，改善其低溫流動(dòng)性，解決高凝高粘原油輸送問(wèn)題的應(yīng)用研究多有報(bào)道，而關(guān)于開(kāi)發(fā)研究油性降粘劑降低特稠油和超稠油粘度改善其流動(dòng)性以解決其輸送困難的報(bào)道則較少。1969年4月，在長(zhǎng)236km輸送利比亞和阿爾及利亞混合油的歐洲鹿特丹-萊因管線上進(jìn)行了試驗(yàn)，加入0.12%(w)ECA-841流動(dòng)改進(jìn)劑處理后，混合原油10?！銜r(shí)的屈服值由8.6Pa降到1.0Pa,10°時(shí)的塑性粘度由158mPa?s降到54mPa?s，降粘率為65.8%。在12-12.5°的溫度下混合原油順利地通過(guò)了管線［13］。1978年，在長(zhǎng)203km、管徑750mm的印度海地輸油管路上進(jìn)行試驗(yàn)，該管路輸送的孟買高原油，相對(duì)密度0.8320，含蠟量16%，傾點(diǎn)33°。添加200pmm流動(dòng)改進(jìn)劑，20°時(shí)粘度由32mPa?s降到10mPa?s，降粘率為68.7%,屈服值由4.3mPa?s降到1.0mPa.s。添加300pmm流動(dòng)改進(jìn)劑時(shí)，最低海底溫度為20°，停輸9天再啟動(dòng)順利。1998年，長(zhǎng)1506km輸送蘇丹混合原油的蘇丹外輸管線正式投產(chǎn)，該管線成為目前世界上最長(zhǎng)的加劑輸油管線。添加200-500pmm(CNPC)No.9A流動(dòng)改進(jìn)劑后，原油凝固點(diǎn)由33°降到19°，降低幅度14°;剪切速率10s-1溫度30°時(shí)的粘度由1745mPa?s降到90.3mPa?s，降粘率為94.8%。加劑輸送的成功應(yīng)用不僅降低了管道建設(shè)的一次性資金投入，而且保障了蘇丹油田原油外輸管線的長(zhǎng)期安全運(yùn)行，降低了運(yùn)營(yíng)成本，取得了很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益［14］。我國(guó)在流動(dòng)性改進(jìn)劑用于原油長(zhǎng)輸管道的應(yīng)用研究方面起步較晚，為了盡快解決我國(guó)原油管輸實(shí)際問(wèn)題，加速流動(dòng)性改進(jìn)劑在長(zhǎng)輸管道上的應(yīng)用，二十世紀(jì)80年代引進(jìn)國(guó)外多種藥劑并考察其對(duì)我國(guó)含蠟原油的降凝降粘效果。先后和美國(guó)?？松?Exxon)、康諾柯(Conoco)、阿科(Arco)等公司進(jìn)行了多次技術(shù)交流，并對(duì)大慶、勝利、遼河等多種原油進(jìn)行了篩選試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:其一，引進(jìn)的流動(dòng)性改進(jìn)劑只是對(duì)我國(guó)含蠟一般稠油具有較好的降凝降粘效果未見(jiàn)對(duì)特稠油和超稠油有效降粘的報(bào)道;其二，引進(jìn)的流動(dòng)性改進(jìn)劑對(duì)我國(guó)含蠟一般稠油只是低溫有較好的降粘效果，實(shí)際上是降凝劑在凝點(diǎn)附近的低溫區(qū)改變蠟晶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)降低凝點(diǎn)的同時(shí)附帶降粘，隨著溫度升高降粘效果變差，甚至有增粘現(xiàn)象，如美國(guó)阿科公司開(kāi)發(fā)的PLC-102流動(dòng)性改進(jìn)劑，對(duì)勝利原油，加入1000ppm，剪切速率119s-i、溫度30r時(shí)的粘度由296mPa?s降到160mPa?s，降粘率為45.9%;而同樣剪切速率119s-1、溫度40r時(shí)的粘度由103mPa?s到108mPa?s，降粘率為-4.8%，可見(jiàn)隨著溫度升高，其降粘效果變差；同樣對(duì)中原原油，加入1000ppm，剪切速率324s-1、溫度30?！銜r(shí)的粘度由89mPa?s降到52mPa?s，降粘率為41.6%。而同樣剪切速率324s-1、溫度44.8°時(shí)的粘度由18mPa?s到19mPa?s，降粘率為-5.6%，可見(jiàn)隨著溫度升高，其降粘效果也變差。其三，引進(jìn)的流動(dòng)性改進(jìn)劑雖然對(duì)我國(guó)含蠟一般稠油有較好的感受性，低溫降凝降粘效果比較顯著，但引進(jìn)藥劑價(jià)格較貴，輸油成本提高，推廣應(yīng)用受到限制。中國(guó)石油天然氣總公司管道科學(xué)研究院、石油大學(xué)儲(chǔ)運(yùn)研究所等原油管輸科研隊(duì)伍從二十世紀(jì)80年代初開(kāi)始研究原油改性技術(shù)。結(jié)果表明，我國(guó)開(kāi)發(fā)研究的流動(dòng)性改進(jìn)劑多為針對(duì)含蠟一般稠油的降凝劑，具有低溫降粘效果，是降凝劑在凝點(diǎn)附近的低溫區(qū)改變蠟晶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)降低凝點(diǎn)的同時(shí)伴隨的降粘作用。沈陽(yáng)化工學(xué)院開(kāi)發(fā)研究的復(fù)合降粘降凝劑，在加A4000ppm,剪切速率100s-1的條件下，雖然使遼河高粘原油50°時(shí)的粘度由5500mPa?s降低56.7%［15］，但仍然解決不了工業(yè)應(yīng)用上的要求(80-90%);勝利油田采油工藝研究院等開(kāi)發(fā)研究的MSA油溶性降粘劑對(duì)吐哈吐玉克特稠油有一定的降粘效果［16］，但工業(yè)應(yīng)用中仍然需要加入相當(dāng)大比例的稀油共同降粘。綜合國(guó)內(nèi)外添加流動(dòng)性改進(jìn)劑解決高凝高粘原油輸送問(wèn)題的應(yīng)用研究情況，歸納如下：根據(jù)我國(guó)稠油分類標(biāo)準(zhǔn)可以看出，目前國(guó)內(nèi)外采用添加原油流動(dòng)性改進(jìn)劑、改善原油流動(dòng)性以解決其開(kāi)采和輸送問(wèn)題，主要針對(duì)的是含蠟一般稠油。即對(duì)含蠟一般稠油添加流動(dòng)性改進(jìn)劑，可有效降低原油的凝點(diǎn)和低溫粘度，改善原油的低溫流動(dòng)性，節(jié)能降耗。降低了輸油成本，促進(jìn)了輸油事業(yè)的發(fā)展，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。所采用的流動(dòng)性改進(jìn)劑多為針對(duì)石蠟的正構(gòu)烷烴和異構(gòu)烷烴的結(jié)晶性質(zhì)研制的降凝劑，其在原油凝點(diǎn)附近的低溫區(qū)能有效改變蠟晶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形態(tài)，以降低原油的凝點(diǎn)和低溫粘度，因而這類流動(dòng)性改進(jìn)劑對(duì)含蠟一般稠油的低溫降凝降粘效果好，能有效改善含蠟一般稠油的低溫流動(dòng)性。特稠油和超稠油的粘度很高，根據(jù)我國(guó)稠油分類標(biāo)準(zhǔn)，特稠油50°的粘度在10000-50000mPa.s，按原油粘度達(dá)1500mPa?s左右方可解決其流動(dòng)性問(wèn)題的正常要求，對(duì)特稠油50°的降粘率應(yīng)達(dá)到85%-97%才能使其粘度降到1500mPa?s左右，以解決其流動(dòng)性問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外采用的這類以降凝劑為主的流動(dòng)性改進(jìn)劑對(duì)含蠟一般稠油的低溫降凝降粘效果好，而40-50°的高溫降粘效果并不好。迄今為止，有關(guān)降低特稠油粘度的油性降粘劑的研究雖有報(bào)道，如沈陽(yáng)化工學(xué)院研制的復(fù)合降粘降凝劑和勝利油田采油工藝研究院等研制的MSA油溶性降粘劑，在特稠油降粘方面取得一定進(jìn)展，但與工業(yè)應(yīng)用上的要求差距仍較大。因此，針對(duì)特稠油和超稠油粘度高，開(kāi)發(fā)有效油性降粘劑，大幅度提高高溫區(qū)(如50p附近)降粘率，改善特稠油和超稠油的流動(dòng)性，解決其輸送困難成為緊迫問(wèn)題。2.2.2油性降粘劑的降粘機(jī)理從原油族組成來(lái)看，原油的粘度與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的含量有密切關(guān)系，通常原油含膠質(zhì)、瀝青質(zhì)越多，其密度越大，粘度就越高。粘度代表流體流動(dòng)時(shí)的內(nèi)摩擦力，而內(nèi)摩擦力決定于流體的內(nèi)聚力。影響原油特別是粘稠原油內(nèi)聚力的主要因素與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子相互間形成氫鍵和分子平面重疊堆砌有密切關(guān)系。2.2.3油性降粘劑的種類膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子含有可形成氫鍵的羥基、胺基、羧基等，因此，原油中膠質(zhì)分子之間、瀝青分子之間及二者相互之間有強(qiáng)烈的氫鍵作用。加入降粘劑的主要目的是使其能與膠質(zhì)形成氫鍵，改質(zhì)膠質(zhì)，起到降粘的作用。為此，降粘劑以含有多元極性基團(tuán)的三元共聚物為常見(jiàn)，一般在酯型骨架上增加極性基團(tuán)使降粘劑極性增強(qiáng)。如：烯酸長(zhǎng)鏈酯-馬來(lái)酸酯-醋酸乙烯酯三元共聚物，既有酯基，又引進(jìn)酸酐基，目的是為了加強(qiáng)與膠質(zhì)間作用形成氫鍵，有效改質(zhì)膠質(zhì)，起降粘作用。馬來(lái)酸酐-苯乙烯-丙烯酸長(zhǎng)鏈酯(MSA)三元共聚物，是在酯型骨架上增加酸酐、芳環(huán)等極性基團(tuán)，增加芳環(huán)有利于降粘劑與帶芳環(huán)結(jié)構(gòu)的膠質(zhì)之間相互作用，有效改質(zhì)膠質(zhì)，達(dá)到降粘目的。河北工業(yè)大學(xué)以烯烴、脂肪酸烯基酯和烯基酰胺或烯基磺酸鹽為配方合成的三元共聚物(H89-2)［17］，是在非極性烴類基礎(chǔ)上引入酯基、酰胺基等極性基團(tuán)，酰胺基的極性比酯基強(qiáng)，可與膠質(zhì)形成更強(qiáng)的氫鍵，有效改質(zhì)膠質(zhì)，增強(qiáng)降粘效果。乙烯-醋酸乙烯酯-乙烯醇聚醚(WHP)三元共聚物［18］，是由乙烯、醋酸乙烯酯和乙烯醇氧烷基聚醚合成，在非極性烴類基礎(chǔ)上引入酯基、醚基等極性基團(tuán)，使其能與膠質(zhì)形成更強(qiáng)的氫鍵，達(dá)到有效改質(zhì)膠質(zhì)進(jìn)而增進(jìn)降粘的目的。油性降粘劑的研究開(kāi)始引起了人們的重視，并取得初步進(jìn)展;隨著對(duì)降粘機(jī)理的深入認(rèn)識(shí)，更多種類的有效油性降粘劑將被開(kāi)發(fā)出來(lái)，為生產(chǎn)和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。2.3乳化降粘劑降粘2.3.1乳化降粘劑的發(fā)展概況原油降粘劑中除油溶性降粘劑外還有一種水溶性降粘劑，也就是水溶性表面活性劑作為原油乳化降粘劑。隨著稠油開(kāi)采量的逐年增加，高粘稠油的集輸存很多困難。摻水乳化降粘是一種比較簡(jiǎn)便和經(jīng)濟(jì)的辦法。國(guó)內(nèi)外己進(jìn)行了30多年的開(kāi)發(fā)研究，在二十世紀(jì)60年代，Simon和Poynte在井筒中注入表面活性劑，使高粘原油由W/O型轉(zhuǎn)變成O/W型乳狀液，從而提高采油效率并降低管輸阻力［19］。美國(guó)加州也建立了一條摻水輸送高粘原油的I業(yè)管道。委內(nèi)瑞拉的Orinoco地帶是世界上最大的重油聚集帶，將委內(nèi)瑞拉境內(nèi)Orinoco地帶的儲(chǔ)量全部加起來(lái)，該國(guó)為全球范圍內(nèi)繼沙特之后的第二大儲(chǔ)油國(guó)。開(kāi)采出來(lái)的委內(nèi)瑞拉重質(zhì)原油膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量高，粘度極大，靠加入輕質(zhì)原油稀釋和加熱降粘輸往煉油廠使用，輸送成本高，因此，該重質(zhì)原油的后處理及輸送限制了它的發(fā)展。二十世紀(jì)80年代中期，PDVSA公司放棄了供給煉油廠該重質(zhì)原油的計(jì)劃，轉(zhuǎn)而將采出重質(zhì)原油加入30%的水和表面活性劑(約3000ppm)制備成穩(wěn)定的O/W型乳狀液，然后這種被稱為奧里乳化油(Orimulsion)的乳狀液經(jīng)管道輸送到沿海地區(qū)，出售到全世界作為鍋爐燃料［20］。對(duì)該重質(zhì)原油乳化處理操作簡(jiǎn)單且成本低，產(chǎn)品穩(wěn)定，易于輸送，促進(jìn)了油田的發(fā)展。其產(chǎn)品銷往丹麥、英國(guó)、加拿大、日本等國(guó)，自1990年以來(lái)，Bitor公司出口的奧里乳化油(Orimulsion)燃料大于1000X104t，該公司計(jì)劃2006年上升到1200X1O4t，他們同時(shí)也看到了中國(guó)市場(chǎng)的巨大潛力。國(guó)外在采用乳化降粘對(duì)稠油進(jìn)行開(kāi)采和輸送方面取得很大成果，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。我國(guó)自二十世紀(jì)90年代以來(lái)，對(duì)勝利、南陽(yáng)、遼河、大港等油田也相繼進(jìn)行了摻活性水管輸高粘原油的試驗(yàn)，積累了許多經(jīng)驗(yàn)，取得了初步成果。近年來(lái)，我國(guó)在采用乳化降粘對(duì)稠油進(jìn)行開(kāi)采和輸送方面取得很大進(jìn)展，原油乳化降粘率達(dá)到90%以上，并對(duì)原油乳狀液的相對(duì)穩(wěn)定性即破乳脫水性能進(jìn)行了考察研究，為實(shí)現(xiàn)原油乳化的常溫輸送奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。但因一般稠油最終輸往煉油廠使用，乳化降粘輸送原油存在后處理(如脫水)問(wèn)題，使乳化降粘輸送原油的推廣應(yīng)用受到限制。遼河超稠油粘度很高，其油品性質(zhì)與委內(nèi)瑞拉的重質(zhì)原油相似，經(jīng)國(guó)家批準(zhǔn)可作為乳化燃料油使用。結(jié)合其作為乳化燃料油的應(yīng)用實(shí)際，對(duì)其采用乳化降粘輸送，可省去脫水環(huán)節(jié)，是最佳方案選擇.為此，遼河油田設(shè)計(jì)院對(duì)遼河曙一區(qū)超稠油進(jìn)行了乳化降粘研究，加入0.3%藥劑，在油水比為80:20的條件下，使超稠油80r的粘度由5464.3mPa?s降到其原油乳狀液的粘度為230mPa?s，降粘率為95.8%［21］，但仍然需要80r的高溫輸送。若能對(duì)含水9%左右的遼河超稠油再加以30%左右的水借助乳化劑制備成常溫粘度低于400mPa?s的穩(wěn)定原油乳狀液，則可以實(shí)現(xiàn)遼河超稠油乳化降粘的常溫輸送，從而可大大降低輸油溫度以節(jié)能降耗，同時(shí)還可以為制備穩(wěn)定的乳化燃料油提供依據(jù)，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。2.3.2乳化降粘劑的降粘機(jī)理原油乳狀液理論：由于原油中含有天然乳化劑(膠質(zhì)、瀝青子質(zhì)等)，當(dāng)原油含水之后，易形成W/O型乳狀液，使原油粘度急驟增加。原油乳狀液的粘度可用Richarson公式表示，對(duì)于W/O型乳狀液，由于乳狀液的粘度與油的粘度成正比，并隨含水率的增加而呈指數(shù)增加，所以含水原油乳狀液的粘度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)不含水原油的粘度:而O/W型乳狀液，由于乳狀液的粘度與水的粘度成正比，與原油含水率的增加成反比，而水在50p的粘度僅為0.55mPa?s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原油的粘度，而且含水越高，原油乳狀液粘度越小，所以如果能設(shè)法將W/O型乳狀液轉(zhuǎn)變成O/W型乳狀液，則乳狀液的粘度將大幅度降低。最佳密堆積理論:根據(jù)立體幾何的最佳密堆積原理，對(duì)于原油來(lái)說(shuō)，含水小于25.98%時(shí)應(yīng)形成穩(wěn)定的W/O型乳狀液，含水大于74.02%時(shí)應(yīng)形成穩(wěn)定的O/W型乳狀液，在25.98%-74.02%范圍內(nèi)，屬于不穩(wěn)定區(qū)域，可形成W/O型，也可形成O/W型。但由于原油存在天然的W/O型乳化劑，所以一般形成W/O型單方面液，使原油粘度大幅度增加。乳化降粘就是添加一種表面活性劑或利用稠油中所含有的有機(jī)酸與堿反應(yīng)，生成表面活性劑，其活性大于原油中天然乳化劑的活性，使W/O型乳狀液轉(zhuǎn)變成O/W型乳狀液，從而達(dá)到降粘的目的。2.3.3乳化降粘劑的種類原油乳化輸送技術(shù)的關(guān)鍵是原油乳化降粘劑。原油乳化降粘劑的主要成分是表面活性劑，可用作原油乳化降粘劑的表面活性劑主要有下列幾類：烷基酚聚氧乙烯醚(OP)。烷基酚多為單辛基酚、壬基酚或十二烷基酚，也可使用雙烷基酚。稠油乳化降粘劑中多使用聚合度為10-150的水溶性O(shè)P，而石蠟基原油乳化降粘劑也可使用低聚合度(2-7)油溶性的OP如壬基酚聚氧乙烯醚NP-5。這類表面活性劑常在原油乳化降粘劑配方中做主劑。烷基酚聚氧乙烯醚硫酯鈉鹽。烷基酚多為壬基酚或辛基酚，環(huán)氧乙烷聚合度為2-10。這類表面活性劑可與環(huán)氧丙烷環(huán)氧乙烷嵌段共聚物及OP類表面活性劑配合使用。脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)。環(huán)氧乙烷聚合度為10-150，這類表面活性劑可與AES類表面活性劑及環(huán)氧丙烷環(huán)氧乙烷嵌段共聚物配合使用，其用途不及OP類表面活性劑廣。脂肪醇硫酸鹽(AS)。這類表面活性劑(如十二烷基硫酸鈉)具有很高的HLB值，可用作石蠟基原油乳化降粘劑的主劑，也可在稠油乳化降粘劑中與其它類表面活性劑配合使用。脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯鈉鹽(AES)。脂肪醇為C12-C15的天然或合成脂肪醇，環(huán)氧乙烷聚合度為3-12。這類表面活性劑常在原油乳化降粘劑配方中用作主劑或與OP類表面活性劑及環(huán)氧丙烷環(huán)氧乙烷嵌段共聚物配合使用。烷基苯磺酸鹽。烷基多為C8-C16的直鏈烷基，分子量為350-470°C]-C4醇對(duì)這類表面活性劑的作用效果有明顯的促進(jìn)作用(醇:烷基苯磺酸鹽=0.5:1-5:1)。烷基苯磺酸鹽可與OP類表面活性劑復(fù)配構(gòu)成原油乳化降粘劑配方。（7） 兩段或三段的環(huán)氧丙烷環(huán)氧乙烷嵌段共聚物。HLB值為12-16，分子量為1500-2500，主要用作輔劑，也可用做主劑。這類表面活性劑的實(shí)例包括國(guó)內(nèi)研制的聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚（2070），其單側(cè)的環(huán)氧丙烷和環(huán)氧乙烷平均聚合度分別為17和53。另外，這種表面活性劑的硫酸酯鈉鹽也可用作原油乳化降粘劑。（8） 脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鹽。這類表面活性劑可在水相含鹽量高和二價(jià)陽(yáng)離子含量高的情況下使用。陽(yáng)離子表面活性劑多為季銨鹽，這類表面活性劑的用途不及非離子型表面活性劑和陰離子表面活性劑廣。還有其它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、石油磺酸鹽、兩性表面活性劑等。原油乳化降粘劑多根據(jù)協(xié)同作用原理采用多元復(fù)配型配方，同時(shí)包含非離子型表面活性劑和離子型表面活性劑。部分原油乳化降粘劑配方中除了表面活性劑以外還加入堿（如NaOH、胍鹽和三乙醇胺等，加量為0.01-0.5%），C「C4醇、生物聚合物（如黃原膠，水相加量0.25%-5%）和冰點(diǎn)抑制劑（如乙二醇和丙三醇，水相加量為25%-50%wt）。加入堿的目的是使其與高酸值原油（酸值＞0.5mgKOH/g）中的酸性物質(zhì)如環(huán)烷酸反應(yīng)生成表面活性劑以降低外加表面活性劑的用量:加入生物聚合物可抑制油滴聚結(jié)，對(duì)水包油型原油乳狀液具有穩(wěn)定作用;加入冰點(diǎn)抑制劑的目的是降低水相的冰點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)在低于水的冰點(diǎn)的溫度下輸送原油。在水相中二價(jià)或三價(jià)金屬陽(yáng)離子含量較高的情況下，還可在原油乳化降粘劑配方中加入聚乙二醇、聚乙烯醇、雜多糖和聚乙烯基毗咯烷酮等親水聚合物以降低二價(jià)和三價(jià)金屬陽(yáng)離子對(duì)陰離子表面活性劑的影響。與離子型表面活性劑相比，非離子型表面活性劑具有抗鹽性高、發(fā)泡性低和原油乳狀液高溫下易發(fā)生油水分離的優(yōu)點(diǎn)，一些原油乳化降粘劑配方中非離子型表面活性劑與陰離子型表面活性劑的用量取為接近2:1。按水相計(jì)算的乳化劑加量一般為500-5000mg/L，O/W型HIPR原油乳狀液水相中乳化劑加量可高達(dá)0.5%-5%wt。一般情況下，配制O/W型HIPR原油乳狀液使用非離子表面活性劑比使用陰離子表面活性劑的效果好。第3章實(shí)驗(yàn)部分3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)降粘劑有所了解，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作得出數(shù)據(jù)對(duì)降粘劑對(duì)吉林油田多礦多井原油油樣降粘效果進(jìn)行初步分析，分析不同降粘劑加量對(duì)60ml原油粘度的影響，分析不同降粘劑加緩蝕劑對(duì)60ml原油粘度的影響，進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。3.2實(shí)驗(yàn)藥品降粘劑L1型和L2型、緩蝕劑、吉林油田多礦多井油樣、配液用水(自來(lái)水)3.3實(shí)驗(yàn)儀器NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、原油含水測(cè)定儀、高速攪拌機(jī)、量杯、500mL量筒、電子天平、試管、移液管、玻璃棒3.4實(shí)驗(yàn)步驟制備降粘劑L1和L2，制備緩蝕劑H1和巳，選取吉林油田多種油樣，分別為：扶余16-7油樣、扶余42-64油樣、扶余36-9油樣、扶余44-5油樣、廟2-26油樣、廟2-38油樣。向6只燒杯中分別倒入120ml的90#汽油后，再分別倒入10ml各種原油油樣在原油含水測(cè)定儀進(jìn)行加熱，直至溶液穩(wěn)定，測(cè)出各種原油油樣的含水率。在50r恒溫條件下，通過(guò)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)出各個(gè)原油油樣的原始粘度。在50r恒溫條件下，向各種油樣加入降粘劑L1和L2,并通過(guò)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)出在加劑量分別為60mg/l、80mg/l、100mg/l、120mg/l、140mg/l、160mg/l、180mg/l、200mg/l時(shí)的原油粘度。在50r恒溫條件下，分別向各種油樣加入緩蝕劑H1和H2,并測(cè)出在并測(cè)出在加劑量分別為60mg/l、80mg/l、100mg/l、120mg/l、140mg/l、160mg/l、180mg/l、200mg/l時(shí)的原油粘度，得出緩蝕劑對(duì)原油在降粘過(guò)程中的影響。3.5不同降粘劑對(duì)不同原油油樣粘度的影響(1)在50r恒溫條件下，L1和L2對(duì)扶余16-7原油油樣粘度影響先用NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定50ml扶余16-7原油油樣的粘度，并記下其數(shù)值，然后向試管1和試管2中分別倒入準(zhǔn)備好的扶余16-7原油油樣各50ml，再用電之天平分別稱取降粘劑L1和L2各60mg/l分別倒入試管1和試管2,塞緊橡皮塞搖晃至混合溶液均勻，用NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定混合溶液的粘度，并記下其數(shù)值。同樣的方法分別測(cè)定加入降粘劑L1和L2劑量為80mg/l、100mg/l、120mg/l、140mg/l、160mg/l、180mg/l、200mg/l時(shí)的混合溶液的粘度，記下數(shù)值，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3-1所示。表3-150°C下不同劑量的降粘劑L］和L2分別對(duì)扶余16-7原油油樣的粘度影響加劑量(mg/l)6080100120140160180200加L1后的粘度(mPa-s)5040353030251515加L2后的粘度(mPa-s)6050403535303025原始粘度(mPa-s)75含水率7%通過(guò)表3-1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知：向扶余16-7原油油樣加入降粘劑L1和L2后，隨著時(shí)間的變化混合溶液穩(wěn)定后，粘度變小。說(shuō)明降粘劑L1和L2對(duì)扶余16-7原油油樣都具有降粘作用并且效果非常明顯。相對(duì)比較，降粘劑L1降粘效果要好于降粘劑L2，并且降粘速率降粘劑L1也好于降粘劑L2。(2)在50C恒溫條件下，L1和L2對(duì)扶余42-64原油油樣粘度影響先用NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定50ml扶余42-64原油油樣的粘度，并記下其數(shù)值，然后向試管1和試管2中分別倒入準(zhǔn)備好的扶余42-64原油油樣各50ml，再用電之天平分別稱取降粘劑L1和L2各60mg/l分別倒入試管1和試管2,塞緊橡皮塞搖晃至混合溶液均勻，用NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定混合溶液的粘度，并記下其數(shù)值。同樣的方法分別測(cè)定加入降粘劑L1和L2劑量為80mg/l、100mg/l、120mg/l、140mg/l、160mg/l、180mg/l、200mg/l時(shí)的混合溶液的粘度，記下數(shù)值，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3-2所示。表3-250C下不同劑量的降粘劑L］和L2分別對(duì)扶余42-64原油油樣的粘度影響加劑量(mg/l)6080100120140160180200加L1后的粘度(mPa-s)7065606055505045加L2后的粘度(mPa-s)6560605555555050原始粘度(mPa-s)80含水率17%通過(guò)表3-2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知：向扶余42-64原油油樣加入降粘劑L1和L2后，隨著時(shí)間的變化混合溶液穩(wěn)定后，粘度變小。說(shuō)明降粘劑L1和L2對(duì)扶余42-64原油油樣都具有降粘作用并且效果明顯。相對(duì)比較，降粘劑L1降粘效果要好于降粘劑匚2，但是降粘速率降粘劑L2要好于降粘劑L1。(3)在50r恒溫條件下，L1和L2對(duì)扶余36-9原油油樣粘度影響先用NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定50ml扶余36-9原油油樣的粘度，并記下其數(shù)值，然后向試管1和試管2中分別倒入準(zhǔn)備好的扶余36-9原油油樣各50ml，再用電之天平分別稱取降粘劑L1和L2各60mg/l分別倒入試管1和試管2,塞緊橡皮塞搖晃至混合溶液均勻，用NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定混合溶液的粘度，并記下其數(shù)值。同樣的方法分別測(cè)定加入降粘劑L1和L2劑量為80mg/l、100mg/l、120mg/l、140mg/l、160mg/l、180mg/l、200mg/l時(shí)的混合溶液的粘度，記下數(shù)值，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3-3所示。表3-350°C下不同劑量的降粘劑J和L2分別對(duì)扶余36-9原油油樣的粘度影響加劑量(mg/l)6080100120140160180200加L1后的粘度(mPa-s)3025252020202020加L2后的粘度(mPa-s)3025202020202020原始粘度(mPa-s)35含水率16%通過(guò)表3-3的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知：向扶余36-9原油油樣加入降粘劑L1和L2后，隨著時(shí)間的變化混合溶液穩(wěn)定后，粘度變小。說(shuō)明降粘劑L1和L2對(duì)扶余36-9原油油樣都具有降粘作用并且效果明顯。相對(duì)比較，降粘劑L1降粘效果基本等于降粘劑L2,降粘速率也基本相等。(4)在50C恒溫條件下，L1和L2對(duì)扶余44-5原油油樣粘度影響先用NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定50ml扶余44-5原油油樣的粘度，并記下其數(shù)值，然后向試管1和試管2中分別倒入準(zhǔn)備好的扶余44-5原油油樣各50ml，再用電之天平分別稱取降粘劑L1和L2各60mg/l分別倒入試管1和試管2,塞緊橡皮塞搖晃至混合溶液均勻，用NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定混合溶液的粘度，并記下其數(shù)值。同樣的方法分別測(cè)定加入降粘劑L1和L2劑量為80mg/l、100mg/l、120mg/l、140mg/l、160mg/l、180mg/l、200mg/l時(shí)的混合溶液的粘度，記下數(shù)值，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3-4所示。表3-450C下不同劑量的降粘劑L］和L2分別對(duì)扶余44-5原油油樣的粘度影響加劑量(mg/l)6080100120140160180200加L1后的粘度(mPa-s)2520151515151515加L2后的粘度(mPa-s)2015151515101010原始粘度(mPa-s)30含水率18%通過(guò)表3-4的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知：向扶余44-5原油油樣加入降粘劑L1和L2后，隨著時(shí)間的變化混合溶液穩(wěn)定后，粘度變小。說(shuō)明降粘劑L1和L2對(duì)扶余44-5原油油樣都具有降粘作用并且效果非常明顯。相對(duì)比較，降粘劑l2降粘效果要好于降粘劑L1，并且降粘速率降粘劑L2也好于降粘劑L1。(5)在50r恒溫條件下，L1和L2對(duì)廟2-26原油油樣的影響先用NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定50ml廟2-26原油油樣的粘度，并記下其數(shù)值，然后向試管1和試管2中分別倒入準(zhǔn)備好的扶余2-26原油油樣各50ml，再用電之天平分別稱取降粘劑L1和L2各60mg/l分別倒入試管1和試管2,塞緊橡皮塞搖晃至混合溶液均勻，用NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定混合溶液的粘度，并記下其數(shù)值。同樣的方法分別測(cè)定加入降粘劑L1和L2劑量為80mg/l、100mg/l、120mg/l、140mg/l、160mg/l、180mg/l、200mg/l時(shí)的混合溶液的粘度，記下數(shù)值，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3-5所示。表3-550°C下不同劑量的降粘劑J和1_2分別對(duì)廟2-26原油油樣的粘度影響加劑量(mg/l)6080100120140160180200加L1后的粘度(mPa-s)3025201515101010加L2后的粘度(mPa-s)3030302525252525原始粘度(mPa-s)35含水率16%通過(guò)表3-5的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知：向廟2-26原油油樣加入降粘劑L1和匚2后，隨著時(shí)間的變化混合溶液穩(wěn)定后，粘度變小。說(shuō)明降粘劑L1和L2對(duì)廟2-26原油油樣都具有降粘作用并且效果明顯。相對(duì)比較，降粘劑L1降粘效果要好于降粘劑L2,并且降粘速率降粘劑L1也好于降粘劑L2。(6)在50C恒溫條件下，L1和L2對(duì)廟2-38原油油樣的影響先用NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定50ml廟2-38原油油樣的粘度，并記下其數(shù)值，然后向試管1和試管2中分別倒入準(zhǔn)備好的廟2-38原油油樣各50ml，再用電之天平分別稱取降粘劑L1和L2各60mg/l分別倒入試管1和試管2,塞緊橡皮塞搖晃至混合溶液均勻，用NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定混合溶液的粘度，并記下其數(shù)值。同樣的方法分別測(cè)定加入降粘劑L1和L2劑量為80mg/l、100mg/l、120mg/l、140mg/l、160mg/l、180mg/l、200mg/l時(shí)的混合溶液的粘度，記下數(shù)值，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3-6所示。表3-650C下不同劑量的降粘劑J和1_2分別對(duì)廟2-38原油油樣的粘度影響加劑量(mg/l)6080100120140160180200加L1后的粘度(mPa-s)4540353535353535加L2后的粘度(mPa-s)4540353025252525原始粘度(mPa-s)50含水率8%通過(guò)表3-6的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知：向廟2-38原油油樣加入降粘劑L1和匚2后，隨著時(shí)間的變化混合溶液穩(wěn)定后，粘度變小。說(shuō)明降粘劑L1和L2對(duì)廟2-38原油油樣都具有降粘作用并且效果明顯。相對(duì)比較，降粘劑L2降粘效果要好于降粘劑L1,并且降粘速率降粘劑L2也好于降粘劑L1。(7)在50r恒溫條件下，H1和H2對(duì)扶余42-64原油油樣粘度