稠油管道輸送技術概述

于 歡，姜亞杰，吳玉國（.遼寧石油化工大學 石油天然氣工程學院，遼寧 撫順 300；.中國石油天然氣管道局第一工程分公司，河北 廊坊 065000）

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稠油管道輸送技術概述

于 歡1，姜亞杰2，吳玉國1
（1.遼寧石油化工大學 石油天然氣工程學院，遼寧 撫順 113001；2.中國石油天然氣管道局第一工程分公司，河北 廊坊 065000）

摘要：由于人口的快速增長和經濟的快速發展，原油的需求日益增加，然而輕質原油的可開采量逐漸減少，稠油的開采和輸送變得尤為重要。文中對各種稠油管道輸送技術進行了概述，以及其各自的優缺點。并提出了主輔型降粘輸送方法，為以后的稠油管道輸送技術研究提供了一個方向。

關鍵詞：稠油；管道；輸送；方法

全球稠油資源的儲量是常規輕質原油的兩倍，然而稠油的開采量不到輕質原油的一半［1］。

這是因為稠油含有復雜成分，如瀝青質沉淀、鹽含量和重金屬等，導致粘度過高而引起極低的流動性。也就不能利用對輕質原油同樣的方法對稠油進行生產和運輸［2，3］。在輸送稠油過程中，如果不對稠油進行預處理，管道壓降會急劇增大，而且隨著瀝青質沉積的增加，輸量減少，可能發生堵塞和產生多相流流動［4，5］?？傊?，稠油的開采和運輸是極其困難，并且成本高，從而導致開采量很少。

國際能源機構（IEA）已經預測，隨著全球人口的不斷增長和經濟的快速發展，能源需求將逐年增加。全球對原油的需求已經從每天的6000萬桶增加至8400萬桶［6］。日益減少的輕質原油無法滿足，可見稠油的重要性日益凸顯。

我國近些年經濟發展快速，截至2010年原油需求量年增長率從1%增加至1.8%［7］。為了滿足我國對原油日益曾大的需求量，近些年我國開始擴大稠油的開采，但由于稠油粘度高和密度大等特殊物性，稠油的管道輸送成為難題。為了響應國家提出節能降耗的號召，并提高企業的經濟效益，有必要尋求并探究即經濟又安全可靠的稠油管道輸送的其他方法。并對該方法進行運行優化，減少運行成本，提高企業經濟效益，使運行效果達到最優。

1　稠油管道輸送技術研究

稠油管道輸送的難點是其粘度大、密度高等問題所引起的流動性差，因此解決稠油管道輸送問題，主要可以通過三種途徑來增加稠油流動性以解決管道輸送問題：

（1）利用某種方法（如物理方法和化學方法等）把稠油粘度降低。

（2）利用某種方法（如添加減阻劑等）減少稠油與管壁的摩擦。

（3）在油井現場對稠油進行改質，把稠油中的大分子通過加熱等方法裂解（3）成小分子后再進行管道輸送。

目前稠油管道輸送方法有以下幾種，其中加熱法、摻稀法和乳化降黏法應用比較廣泛。

1.1加熱輸送技術

在世界各國石油企業中，加熱輸送技術是一種最為傳統并且應用最為普遍的稠油輸送技術。加熱輸送技術包括稠油預加熱和管線加熱兩種方法增加稠油溫度降低其粘度，從而增加其流動性。加熱輸送技術的第一次商業利用是在印度［8］。溫度對稠油的影響主要依據是原油的性質、組成以及其他因素，如揮發性［9］。溫度的升高改變了稠油的分子結構，破壞分子的聚集，分散成單體單元結構。分散體系的流動性比那些有組織的宏觀結構改善油的流動阻力的更有利的［10］。然而，增加稠油溫度確保稠油粘度達到利于管道輸送的數值，這些值通常是指 500厘泊的最大粘度，低于這個值原油可以經濟地泵送［11，12］。但是，達到此粘度值需要消耗大量能源并需要建立加熱站，為了減少熱損失需要使用絕熱管道或是保溫層，溫度過高還會引起管道腐蝕及輸送介質的不穩定流動。因此，從油田到最后存儲或煉廠的加熱和泵送系統的成本偏高［13］。正是由于加熱輸送成本過高，不安全因素多等原因，世界各國學者都致力于研究非加熱輸送研究或其他方法與加熱方法相結合進行稠油輸送，研究成果豐碩。

1.2摻稀輸送技術

摻稀輸送是指向稠油中混入比稠油粘度低的稀釋劑（如輕質原油或石腦油等），充分混合后再進行管道輸送。兩種不同原油混合后，該混合后的流體性質介于這兩種原油原油性質之間［14］。稀釋劑的粘度越低，混合后的流體的粘度就越低［15］。廣泛被使用的稀釋劑有石腦油、煤油和輕原油等，并且稀釋劑選用機溶劑如醇，甲基叔丁基醚，叔戊基甲基醚也已經展開研究，利用這些稀釋劑將稠油粘度降低到適合泵送的粘度值［16，17］。

摻稀輸送技術具有降粘效果顯著，壓降小，動力費用低，可以實現常溫輸送，工藝簡單，不會發生凝管事故，脫水處理效果好等優點。但是，該技術也有幾點不足之處，首先，需要建設特定管線，將稀釋劑輸送至摻稀點，增加了建設費用。其次，稀釋劑應預先脫水后才能與稠油混輸，然而后處理還需脫水，增加了能耗費用。再次，稀釋劑的來源必須有保障，一般稀釋劑選用輕質原油，然而輕質原油的開采量卻日益減少，所以只有在輕質原油充足的情況下采可采用該技術，適用性低，而且稠油與稀釋劑混合后，難以對稀釋劑充分回收，兩種油的自身價值降低。

1.3低粘液環輸送技術

低粘液環輸送技術是向稠油管道中注入特定量的低粘度并且不互溶的液體（一般為水），讓該液體在管道內壁附近形成液體薄膜環，稠油在這個環里流動，即把稠油與管壁之間的摩擦轉變為稠油與水膜之間和水膜與管壁之間的摩擦，從而大大減少了摩擦阻力，減小壓降。該技術需向稠油管道注入低粘液的量的范圍是10%～30%［18，19］。如果這兩種液體密度相似、不互溶并且不形成乳狀液，那么這種流動模式具有較好的穩定性［20］。

這項技術很早以前就有人提出，但是直到 20世紀70年代才被石油企業所利用［21，22］。目前該技術的應用最為典型的是殼牌公司在加利福尼亞的應用，在39 km的管道中注入30%的水進行輸送。還有加拿大公司應用該技術［23］。雖然這項技術被認為最為經濟的輸送方法，并且可以提供輸油效率，不需要加熱和保溫，可實現常溫輸送等優點。但是在長距離輸送時，經過泵剪切之后，水環會被遭到破壞，形成稠油乳狀液，粘度急劇上升，造成凝管事故。所以，該技術目前還只適用于短距離輸送。

1.4超聲波輸送技術

超聲波降粘輸送技術是利用超聲波對稠油的空化作用和乳化作用，以增加其流動性?？栈饔檬瞧茐某碛偷姆肿訖C構，把大分子分解成小分子；乳化作用是將油包水型乳狀液轉變成水包油型乳狀液［24］。

該技術具有生產成本低，對環境無危害等優點，但是該技術只適用于短距離輸送。

1.5超臨界CO2輸送技術

超臨界CO2降粘輸送技術是將31.1℃（臨界溫度）和7.38 MPa（臨界壓力）的CO2注入稠油管道中進行輸送。超臨界CO2即具有液體性質又具有氣體性質。具有較大的擴散系數和較強的溶解能力，可以快速與稠油進行混合［25，26］。當超臨界CO2溶入稠油后，分子間的作用力由液與液間作用力轉變為液與氣間作用力，導致分子間作用力明顯減少。同時稠油中的大分子在注入超臨界CO2后也會分解成小分子，從而降低稠油粘度。

該技術具有較高的降粘率，來源廣泛，經濟性好，環保等優點。但由于輸送壓力應保持在較高壓力，對管線要求較高，不適合在老舊管線中應用該技術。

1.6天然氣飽和輸送技術

天然氣飽和輸送技術是輸送管道保持一定的溫度和壓力，使部分天然氣溶解到稠油中，從而降低稠油的粘度，增加流動性。為了阻止溶解到稠油中的天然氣析出，應保持管道中的壓力大于飽和壓力。試驗發現，該技術對低溫輸送稠油有很好的發展前景［27］。

1.7微生物輸送技術

微生物降粘輸送技術是利用微生物在生長代謝過程中，可將稠油中的大分子轉變為小分子，同時會產生具有表面活性劑作用的氣體和有機酸，這些代謝產物可以將稠油進行乳化，從而降低稠油粘度［28］。

該技術具有降粘效率較高、環保以及后處理容易等優點。但是培養微生物的周期較長。

1.8加堿輸送技術

加堿降粘輸送技術是向稠油中注入堿，目的是與稠油中的有機酸進行反應，可以生成起到乳化作用的表面活性物質，將油包水型乳狀液轉變為水包油型乳狀液，從而適宜管道輸送。但是，國內外對加堿降粘輸送的研究極少，針對該技術的應用需要進一步深入研究［29］。

1.9改質輸送技術

改質降粘輸送技術是在油田先對稠油進行淺度的加工，將稠油中的大分子裂解成較小分子，或脫瀝青或脫金屬離子等，從而降低稠油粘度，增加其流動性。最常用的加工的方法有催化裂化和熱裂解［30，31］，并且這兩種加工方法的反應程度主要與反應溫度、壓力和催化劑和原油比有關［32］。

目前，該技術國內外都有應用。如法國利用該技術將稠油粘度降低至適宜管道輸送，提出了新穎的輸送方法，方便生產［33］。我國遼河油田也應用了該技術［34］。該技術雖然從根本上降低了稠油粘度，降粘效率高，但前期投資大，成本過高。推廣該技術的應用還需進一步研究。

1.10油溶性降粘輸送技術

油溶性降粘輸送技術是向稠油中注入油溶性降粘劑，在溶劑的作用下，把膠質和瀝青質分子的堆積間隙變得疏松，破壞分子原有的結構，當流體流動時，由于分子間距離變大，導致內摩擦力減小，從而降低稠油粘度，增加其流動性。

該技術的應用有利于后處理，如脫水問題。但是，由于各稠油的分子結構不同，導致油溶性降粘劑的針對性較強；該技術的降粘機理并不是從根本上降低稠油粘度的，導致用劑量大且降粘率較低，增加了運輸成本。該技術的應用還是需要輔助其他降粘方法同時使用，來提高企業的經濟效益。

1.11乳化降黏輸送技術

乳化降黏輸送技術是向稠油中注入一定比例的表面活性劑和水溶液，并通過一定轉速的攪拌機攪拌，把W/O乳狀液轉變為O/W乳狀液［35］。該技術之所以能降低稠油粘度，主要是因為所添加的表面活性劑具有濕潤管壁作用，將稠油與管道內壁的摩擦轉變為稠油于水膜的摩擦；還具有降低油水界面張力的作用，再經過一定的攪拌，把油滴分離，形成水包油型乳狀液，把稠油分子之間的摩擦轉化為水本身之間的摩擦，從而顯著地減小了稠油的粘度［36］。

該技術具有成本低，降粘效率高，工藝簡單等優點，有很好的應用前景。但是，由于各稠油的組成不同，表面活性劑的針對性強；應用該技術需摻入至少20%的水，這給后處理（脫水）增加了困難。

2　結束語

雖然稠油管道輸送技術有很多方法，但是目前常用的方法只有加熱法、摻稀法以及乳化降黏法，其他方法還沒有得到廣泛應用。這些方法都有各自的優缺點，通過應用單一方法進行稠油管道輸送，很難找到即經濟又安全可靠的運行方案。因此，稠油管道輸送技術的研究可遵從主輔型原則進行降粘輸送，即選擇一種輸送方法作為主要降粘方法，再選擇另一種方法彌補上一種方法的不足，作為輔助降粘方法。兩種方法的結合，可以互相彌補各自的不足，最后可以找到即經濟又安全可靠的輸送方案。

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Overview of Heavy Oil Pipeline Transportation Technology

YU Huan1，JIANG Ya-jie2，WU Yu-guo1
（1.College of Petroleum Engineering，Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001，China；
2.China Petroleum Pipeline Bureau the First Engineering Branch，Hebei Langfang 065000，China）

Abstract：Due to the rapid development of the economy and the rapid growth of population，the demand for crude oil is increasing.The amount of recoverable light crude oil is decreasing，so extraction and transport of heavy oil have become particularly important.In this paper，a variety of heavy oil pipeline technologies were introduced as well as their respective advantages and disadvantages.

Key words：heavy oil；pipeline；transportation；method

中圖分類號：TE 832

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）01-0102-03

收稿日期：2015-09-25

作者簡介：于歡（1989-），男，吉林松原人，遼寧石油化工大學油氣儲運工程專業在讀碩士研究生，研究方向：原油管道輸送優化運行研究。E-mail：870098230@qq.com。

通訊作者：吳玉國（1977-），男，副教授，博士，研究方向：長距離輸油管道優化運行。E-mail：wyg0413@126.com。