重油减黏热裂化工艺研究进展

李培元,韩克江*，倪泽南，施 岩

（1.中国寰球工程公司，北京 100012；2.辽宁石油化工大学 化学化工与环境学部石油化工学院，辽宁 抚顺 113001）

重油减黏热裂化工艺研究进展

李培元1,韩克江1*，倪泽南2，施 岩2

（1.中国寰球工程公司，北京 100012；2.辽宁石油化工大学 化学化工与环境学部石油化工学院，辽宁 抚顺 113001）

综述了国内外重油减黏热裂化工艺的现状。合理的采用热裂化降黏措施和集输工艺对重质原油的利用、处理有明显的节能效果和经济效益。作为石油开发的一个新的领域，解决重油集输问题不仅是重油加工和利用的，也是重油经济效益的关键核心。

重油；集输；热裂化；降黏

前言

稠油在世界上有丰富的储量，我国是继美国，加拿大，委内瑞拉之后的第四大稠油生产国。我国在科技方面技入了大量的人力和物力，攻克了稠油开发生产中一个个技术难题，使稠油的产量逐年上升，开发技术得到不断的完善和提高[1～3]。2011年我国进口原油254Mt[4]，目前我国已成为世界第2大石油进口国和消费国。国内研究机构预计，我国的原油需求量的增速将越来越快，到2020年可能将达到600Mt，届时我国原油需求的对外依存度很有可能将高达70%[5]。

委内瑞拉的超重原油是重要的石油资源[6]，特点包括高黏度、高残炭、高沥青质等特点，属于劣质重油，若想加以利用，必须先经过改质技术处理。委内瑞拉的重油储量相当丰富，有三座生产重质高硫合成原油工厂，一座生产高质量的轻质低硫合成原油工厂和四座改质工厂均采用焦化工艺。

近年来，我国越来越重视非常规原油相关技术的研发，委内瑞拉重油资源储量巨大，规模可观，目前已经实现了经济开采[7]。2008年，中石油与委内瑞拉签署了合作项目，委内瑞拉奥里原油是超重沥青质原油，富含S、V和Ni等金属元素，属于难以运输加工的重质原油[8]。

1 重油

1.1 非常规原油性质

原油按照密度可以分为常规石油、中质油和重油3类[9]。重油就是我国油田所称的稠油，国际上称为重油。我国将黏度极高的重油和超重油称为天然沥青[10～11]，其开采成本相对较高。

重油主要是指API小于20°的原油，也叫做非常规原油。常规石油的可供利用量日益减少，目前重质原油的比例已经达到14%。由于国际油价波动较大，使得开采非常规油气资源前景越来越被看好，预计到2020年非常规石油将占世界石油供应量的20%，同时重油将正式成为今后的重要替代能源之一。

1.2 非常规原油的采用的主要输送技术

表1 各种稠油输送工艺方法的对比Table 1 The comparison of various transport process of heavy oil

表1中所列方法都有其局限性，如耗能大、成本高和经济效益差等，尤其是对于含水率很低的外输油，不可能采用以乳化降黏为主的化学降黏方法。

2 开采利用

2.1 加热开采

国际上的重油热采技术近年来发展迅速，出现了多种热采方法。辽河油田的热采技术已经达到国际先进水平，重油蒸汽吞吐和蒸汽驱技术已经较为成熟，在我国东北的曙光、欢喜岭等油田已经被广泛应用，效果非常理想。

2.1.1 蒸汽吞吐

蒸汽吞吐技术是一种相对简单的注蒸汽式开采稠油的技术，目前该技术已经较为成熟，在拉美地区已经得到广泛使用。蒸汽吞吐技术的主要机理是通过向井下注入高温蒸汽，通过一定时间的焖井，近井地带原油温度升高同时黏度降低，具有较好的流动性，然后放喷，就可以用常规方式采油了。辽河油田和吐哈油田在这些方面的技术处于国内领先地位[12]。

2.1.2 蒸汽驱

蒸汽驱采油是稠油油层经过蒸汽吞吐采油之后，为进一步提高采收率而采取的一种热采方法，因为蒸汽吞吐采油只能采出各个油井附近油层中的原油，在油井与油井之间还留有大量的死油区。蒸汽驱采油，就是由注入井连续不断地往油层中注入高干度的蒸汽，蒸汽不断地加热油层，从而大大降低了地层原油的黏度。注入的蒸汽在地层中变为热的流体，将原油驱赶到生产井的周围，并被采到地面上来。除了常规的直井蒸汽驱，重力泄油与流体驱替相互结合的水平井蒸汽驱和注尿素辅助蒸汽驱技术已经出现[13]，在美国、土耳其和加拿大已经有许多成功的实例。

2.1.3 火烧油层

火烧油层是一种用电、化学等方法使油层温度达到原油燃点，并向油层注入空气或氧气使油层原油持续燃烧的采油方法。火烧油层有向前燃烧、反向燃烧和湿式燃烧三种基本方式。向前燃烧是常用的方法，该法驱动的流体必须通过油层的低温区流向生产井，对特稠原油，可能形成流体阻塞。反向燃烧可以克服阻塞问题，但其耗风量大，约为向前燃烧法的2倍。湿式燃烧是新研发的一种方法，使得其耗风量约为向前燃烧法的三分之一。除了直井火烧油层，水平井火烧油层采油技术已经出现[14]。

2.1.4 热水驱

蒸汽与地层油相密度差及流度比过大，导致重力超负荷汽窜，体积波及系数不够高，利用热水驱可以使蒸汽的热效应得到相对较充分的发挥[15]。其机理是通过热水将能量传给油层，使其温度升高的同时在一定程度上降低油的黏度。

2.1.5 电磁加热驱

Islam等人[16]提出，用电磁加热和水平井相互结合的方法来开采重油，可使采收率有很大程度的提高，同时还解决了冰冻层蒸汽热的损失问题，该技术的成本比其他热采技术的成本都低，比SAGD方法具有更高的效率。

2.1.6 SAGD技术

SAGD技术，即蒸汽辅助重力泄油技术是开发超稠油的一项前沿技术，其机理是在注汽井中注入蒸汽，蒸汽向上超覆在地层中形成蒸汽腔，蒸汽腔向上及侧面扩展，与油层中的原油发生热交换，加热后的原油和蒸汽冷凝水靠重力作用泄到下面的水平生产井中产出。在靠近油层底部钻一对上下平行的水平井，蒸汽由上部的注入井注入油层，注入的蒸汽向上及向侧面移动，加热降黏的原油在重力作用下流到生产水平井，然后再举升生产[17]。中国石油人创造性地将其改造成了直井-水平井组合开采方式：中国式SAGD技术：在油层底部钻一口水平井，在其上方钻一口或多口直井，蒸汽由上部的注入井注入油层，注入的蒸汽向上及向侧面移动，加热降黏的原油在重力作用下流到生产水平井。其特点是成本低，操作方便；缺点是采收率相对较低，蒸汽扫油范围也较小。SAGD技术已在加拿大和我国辽河油田获得成功[18,19]，现今单井蒸汽辅助重力泄油（SW—SAGD）技术因其适应性强、成本低、热损失量小而越来越受到青睐。重油开发是一个世界性的难题，以上所列的重油开采技术各有特色，每一项技术都不是孤立的，在实践中多采取组合的方式，各方法相互配合、取长补短，共同来提高重油的开采效率。

3 重油改质技术

重油由于其特殊的性质，不能被直接利用，必须将重油改造成与普通轻质油具有相似性质的原油，具有与普通轻质油相同的价值。如从委内瑞拉Orinoco重油带生产的超重油，重度通常在8°API左右，我们需要将重质原油改质，成为重度在16～33°API之间的合成原油。常用的改质方法主要有脱碳技术和加氢技术两种。

3.1 脱碳技术

脱碳技术主要包括热裂化和溶剂脱沥青两项技术[20]。

3.1.1 热裂化

热裂化反应很复杂。每当重质油加热到450℃以上时，其大分子分裂为小分子。同时，还有少量叠合（见烯烃叠合）、缩合发生，使一部分分子转变为较大的分子，热裂化的反应机理是自由基反应机理。热裂化工艺是石油炼制过程之一，是在热的作用下（不用催化剂）使重质油发生裂化反应，转变为裂化气（炼厂气的一种）、汽油、柴油的过程。热裂化原料通常为原油蒸馏过程得到的重质馏分油或渣油，或其他石油炼制过程副产的重质油。

3.1.2 溶剂脱沥青

溶剂脱沥青是加工重质油的一种石油炼制工艺，其过程是以减压渣油等重质油为原料，利用丙烷、丁烷等烃类作为溶剂进行萃取，萃取物即脱沥青油可做重质润滑油原料或裂化原料，萃余物脱油沥青可做道路沥青或其他用途。

3.2 加氢技术

加氢技术是指在反应器中，在一定温度和氢气与催化剂的参与下，使原料油与氢气进行反应，原料被转化为各种馏分油，从而提高油品质量或者得到目标产品的一种工艺技术。

国内抚顺石油化工研究院早在1986年就已经开始了加氢技术的研究，主要的加氢工艺包括雪佛龙鲁姆斯公司的沸腾床渣油加氢裂化工艺、H—Oil（烃油法）、Headwaters公司的重油催化加氢裂化工艺、委内瑞拉Intevep公司的加氢裂化及加氢精制组合技术、雪佛龙公司的减压渣油悬浮床加氢裂化技术和Ormat公司的超重油改质组合技术工艺等[21,22]。

3.3 热裂化减粘工艺的研究

热裂化工艺流程如图1、2所示。

图1 热裂化工艺流程Fig.1 Thermal cracking technological process

图2 热裂化减黏裂化Fig.2 Thermal cracking visbreaking

重油在低温区域热裂化时，提高反应温度，重油减黏率将快速提高，但在高温区域，提高反应温度，重油的减黏率则提高幅度趋缓。在较低温度范围内，初期重油体系以裂解反应为主，因此重油的黏度下降较快，其减黏率迅速提高；但在较高温度范围内，因其减黏率已接近最大值，故其裂解反应速率减慢，这时若继续提高反应温度，则会加剧缩合反应的发生，甚至出现重油黏度变大、减黏率逐渐降低的趋势[23,24]。

重油加热输送方法主要是通过加热的方式以提高稠油的流动温度，在一定程度上降低稠油黏度，同时也减少管路摩擦阻力造成损失的一种重油集输方法。在加热方式上，主要有蒸汽热水加热法和电加热法。我国近几年的稠油管输方式主要有两种，即输油管内慢流速动态冷却和蒸汽热水加热法加热。

4 结 论

委内瑞拉和辽河油田的重油都属于高密度、高黏度、高硫、高金属、高沥青质的劣质原油，所以需要先后进行脱水、加热等工序才会使得重质原油具备一定的流动性，本文所述的一些降黏方法均有其局限性和不足，所以应该研发出新的降黏工艺，多种方法协同作用，以解决重油集输问题，获得较好的重油经济效益。

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The Research Progress of Heavy Oil Viscosity Thermal Cracking Process

LI Pei-yuan1,HAN Ke-jiang1,NI Ze-nan2and SHI Yan2
（1.China Huanqiu Contracting and Engineering Corporation,Beijing 100012,China;2.Chemical Industry and Environment Department of Petrochemical College,Liaoning Shihua University,Fushun 113001,China）

The present situation of heavy oil viscosity thermal cracking process at home and abroad was reviewed.There were remarkable energy saving effect and economical benefits in the use and the process of heavy crude oil by reasonably using thermal cracking viscosity measure and transferring technique.As a new area of oil development,solving the problems of heavy oil gathering and transferring was not only the premise and guarantee for the processing and use of heavy oil,but also a core of heavy oil economic efficiency.

Heavy oil;gathering and transferring;thermal cracking;viscosity

TE 624.31

A

101-0017（2015）03-0218-04

2015-01-27

李培元（1957-），男，甘肃兰州人，工程师，主要从事常规油气田、超重油油田、凝析气田地面工程以及天然气长输管道等方面的设计和研究工作。

*通讯联系人：韩克江（1982-）男，博士，高级工程师，主要从事油田地面工程、含油污泥处理和管道强度与可靠性等方面研究。