稠油管道输送技术概述

于 欢，姜亚杰，吴玉国（.辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 300；.中国石油天然气管道局第一工程分公司，河北 廊坊 065000）



稠油管道输送技术概述

于 欢1，姜亚杰2，吴玉国1
（1.辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 113001；2.中国石油天然气管道局第一工程分公司，河北 廊坊 065000）

摘要：由于人口的快速增长和经济的快速发展，原油的需求日益增加，然而轻质原油的可开采量逐渐减少，稠油的开采和输送变得尤为重要。文中对各种稠油管道输送技术进行了概述，以及其各自的优缺点。并提出了主辅型降粘输送方法，为以后的稠油管道输送技术研究提供了一个方向。

关键词：稠油；管道；输送；方法

全球稠油资源的储量是常规轻质原油的两倍，然而稠油的开采量不到轻质原油的一半［1］。

这是因为稠油含有复杂成分，如沥青质沉淀、盐含量和重金属等，导致粘度过高而引起极低的流动性。也就不能利用对轻质原油同样的方法对稠油进行生产和运输［2，3］。在输送稠油过程中，如果不对稠油进行预处理，管道压降会急剧增大，而且随着沥青质沉积的增加，输量减少，可能发生堵塞和产生多相流流动［4，5］。总之，稠油的开采和运输是极其困难，并且成本高，从而导致开采量很少。

国际能源机构（IEA）已经预测，随着全球人口的不断增长和经济的快速发展，能源需求将逐年增加。全球对原油的需求已经从每天的6000万桶增加至8400万桶［6］。日益减少的轻质原油无法满足，可见稠油的重要性日益凸显。

我国近些年经济发展快速，截至2010年原油需求量年增长率从1%增加至1.8%［7］。为了满足我国对原油日益曾大的需求量，近些年我国开始扩大稠油的开采，但由于稠油粘度高和密度大等特殊物性，稠油的管道输送成为难题。为了响应国家提出节能降耗的号召，并提高企业的经济效益，有必要寻求并探究即经济又安全可靠的稠油管道输送的其他方法。并对该方法进行运行优化，减少运行成本，提高企业经济效益，使运行效果达到最优。

1　稠油管道输送技术研究

稠油管道输送的难点是其粘度大、密度高等问题所引起的流动性差，因此解决稠油管道输送问题，主要可以通过三种途径来增加稠油流动性以解决管道输送问题：

（1）利用某种方法（如物理方法和化学方法等）把稠油粘度降低。

（2）利用某种方法（如添加减阻剂等）减少稠油与管壁的摩擦。

（3）在油井现场对稠油进行改质，把稠油中的大分子通过加热等方法裂解（3）成小分子后再进行管道输送。

目前稠油管道输送方法有以下几种，其中加热法、掺稀法和乳化降黏法应用比较广泛。

1.1加热输送技术

在世界各国石油企业中，加热输送技术是一种最为传统并且应用最为普遍的稠油输送技术。加热输送技术包括稠油预加热和管线加热两种方法增加稠油温度降低其粘度，从而增加其流动性。加热输送技术的第一次商业利用是在印度［8］。温度对稠油的影响主要依据是原油的性质、组成以及其他因素，如挥发性［9］。温度的升高改变了稠油的分子结构，破坏分子的聚集，分散成单体单元结构。分散体系的流动性比那些有组织的宏观结构改善油的流动阻力的更有利的［10］。然而，增加稠油温度确保稠油粘度达到利于管道输送的数值，这些值通常是指 500厘泊的最大粘度，低于这个值原油可以经济地泵送［11，12］。但是，达到此粘度值需要消耗大量能源并需要建立加热站，为了减少热损失需要使用绝热管道或是保温层，温度过高还会引起管道腐蚀及输送介质的不稳定流动。因此，从油田到最后存储或炼厂的加热和泵送系统的成本偏高［13］。正是由于加热输送成本过高，不安全因素多等原因，世界各国学者都致力于研究非加热输送研究或其他方法与加热方法相结合进行稠油输送，研究成果丰硕。

1.2掺稀输送技术

掺稀输送是指向稠油中混入比稠油粘度低的稀释剂（如轻质原油或石脑油等），充分混合后再进行管道输送。两种不同原油混合后，该混合后的流体性质介于这两种原油原油性质之间［14］。稀释剂的粘度越低，混合后的流体的粘度就越低［15］。广泛被使用的稀释剂有石脑油、煤油和轻原油等，并且稀释剂选用机溶剂如醇，甲基叔丁基醚，叔戊基甲基醚也已经展开研究，利用这些稀释剂将稠油粘度降低到适合泵送的粘度值［16，17］。

掺稀输送技术具有降粘效果显著，压降小，动力费用低，可以实现常温输送，工艺简单，不会发生凝管事故，脱水处理效果好等优点。但是，该技术也有几点不足之处，首先，需要建设特定管线，将稀释剂输送至掺稀点，增加了建设费用。其次，稀释剂应预先脱水后才能与稠油混输，然而后处理还需脱水，增加了能耗费用。再次，稀释剂的来源必须有保障，一般稀释剂选用轻质原油，然而轻质原油的开采量却日益减少，所以只有在轻质原油充足的情况下采可采用该技术，适用性低，而且稠油与稀释剂混合后，难以对稀释剂充分回收，两种油的自身价值降低。

1.3低粘液环输送技术

低粘液环输送技术是向稠油管道中注入特定量的低粘度并且不互溶的液体（一般为水），让该液体在管道内壁附近形成液体薄膜环，稠油在这个环里流动，即把稠油与管壁之间的摩擦转变为稠油与水膜之间和水膜与管壁之间的摩擦，从而大大减少了摩擦阻力，减小压降。该技术需向稠油管道注入低粘液的量的范围是10%～30%［18，19］。如果这两种液体密度相似、不互溶并且不形成乳状液，那么这种流动模式具有较好的稳定性［20］。

这项技术很早以前就有人提出，但是直到 20世纪70年代才被石油企业所利用［21，22］。目前该技术的应用最为典型的是壳牌公司在加利福尼亚的应用，在39 km的管道中注入30%的水进行输送。还有加拿大公司应用该技术［23］。虽然这项技术被认为最为经济的输送方法，并且可以提供输油效率，不需要加热和保温，可实现常温输送等优点。但是在长距离输送时，经过泵剪切之后，水环会被遭到破坏，形成稠油乳状液，粘度急剧上升，造成凝管事故。所以，该技术目前还只适用于短距离输送。

1.4超声波输送技术

超声波降粘输送技术是利用超声波对稠油的空化作用和乳化作用，以增加其流动性。空化作用是破坏稠油的分子机构，把大分子分解成小分子；乳化作用是将油包水型乳状液转变成水包油型乳状液［24］。

该技术具有生产成本低，对环境无危害等优点，但是该技术只适用于短距离输送。

1.5超临界CO2输送技术

超临界CO2降粘输送技术是将31.1℃（临界温度）和7.38 MPa（临界压力）的CO2注入稠油管道中进行输送。超临界CO2即具有液体性质又具有气体性质。具有较大的扩散系数和较强的溶解能力，可以快速与稠油进行混合［25，26］。当超临界CO2溶入稠油后，分子间的作用力由液与液间作用力转变为液与气间作用力，导致分子间作用力明显减少。同时稠油中的大分子在注入超临界CO2后也会分解成小分子，从而降低稠油粘度。

该技术具有较高的降粘率，来源广泛，经济性好，环保等优点。但由于输送压力应保持在较高压力，对管线要求较高，不适合在老旧管线中应用该技术。

1.6天然气饱和输送技术

天然气饱和输送技术是输送管道保持一定的温度和压力，使部分天然气溶解到稠油中，从而降低稠油的粘度，增加流动性。为了阻止溶解到稠油中的天然气析出，应保持管道中的压力大于饱和压力。试验发现，该技术对低温输送稠油有很好的发展前景［27］。

1.7微生物输送技术

微生物降粘输送技术是利用微生物在生长代谢过程中，可将稠油中的大分子转变为小分子，同时会产生具有表面活性剂作用的气体和有机酸，这些代谢产物可以将稠油进行乳化，从而降低稠油粘度［28］。

该技术具有降粘效率较高、环保以及后处理容易等优点。但是培养微生物的周期较长。

1.8加碱输送技术

加碱降粘输送技术是向稠油中注入碱，目的是与稠油中的有机酸进行反应，可以生成起到乳化作用的表面活性物质，将油包水型乳状液转变为水包油型乳状液，从而适宜管道输送。但是，国内外对加碱降粘输送的研究极少，针对该技术的应用需要进一步深入研究［29］。

1.9改质输送技术

改质降粘输送技术是在油田先对稠油进行浅度的加工，将稠油中的大分子裂解成较小分子，或脱沥青或脱金属离子等，从而降低稠油粘度，增加其流动性。最常用的加工的方法有催化裂化和热裂解［30，31］，并且这两种加工方法的反应程度主要与反应温度、压力和催化剂和原油比有关［32］。

目前，该技术国内外都有应用。如法国利用该技术将稠油粘度降低至适宜管道输送，提出了新颖的输送方法，方便生产［33］。我国辽河油田也应用了该技术［34］。该技术虽然从根本上降低了稠油粘度，降粘效率高，但前期投资大，成本过高。推广该技术的应用还需进一步研究。

1.10油溶性降粘输送技术

油溶性降粘输送技术是向稠油中注入油溶性降粘剂，在溶剂的作用下，把胶质和沥青质分子的堆积间隙变得疏松，破坏分子原有的结构，当流体流动时，由于分子间距离变大，导致内摩擦力减小，从而降低稠油粘度，增加其流动性。

该技术的应用有利于后处理，如脱水问题。但是，由于各稠油的分子结构不同，导致油溶性降粘剂的针对性较强；该技术的降粘机理并不是从根本上降低稠油粘度的，导致用剂量大且降粘率较低，增加了运输成本。该技术的应用还是需要辅助其他降粘方法同时使用，来提高企业的经济效益。

1.11乳化降黏输送技术

乳化降黏输送技术是向稠油中注入一定比例的表面活性剂和水溶液，并通过一定转速的搅拌机搅拌，把W/O乳状液转变为O/W乳状液［35］。该技术之所以能降低稠油粘度，主要是因为所添加的表面活性剂具有湿润管壁作用，将稠油与管道内壁的摩擦转变为稠油于水膜的摩擦；还具有降低油水界面张力的作用，再经过一定的搅拌，把油滴分离，形成水包油型乳状液，把稠油分子之间的摩擦转化为水本身之间的摩擦，从而显著地减小了稠油的粘度［36］。

该技术具有成本低，降粘效率高，工艺简单等优点，有很好的应用前景。但是，由于各稠油的组成不同，表面活性剂的针对性强；应用该技术需掺入至少20%的水，这给后处理（脱水）增加了困难。

2　结束语

虽然稠油管道输送技术有很多方法，但是目前常用的方法只有加热法、掺稀法以及乳化降黏法，其他方法还没有得到广泛应用。这些方法都有各自的优缺点，通过应用单一方法进行稠油管道输送，很难找到即经济又安全可靠的运行方案。因此，稠油管道输送技术的研究可遵从主辅型原则进行降粘输送，即选择一种输送方法作为主要降粘方法，再选择另一种方法弥补上一种方法的不足，作为辅助降粘方法。两种方法的结合，可以互相弥补各自的不足，最后可以找到即经济又安全可靠的输送方案。

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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

中图分类号：TE 832

文献标识码：A

文章编号：1671-0460（2016）01-0102-03

收稿日期：2015-09-25

作者简介：于欢（1989-），男，吉林松原人，辽宁石油化工大学油气储运工程专业在读硕士研究生，研究方向：原油管道输送优化运行研究。E-mail：870098230@qq.com。

通讯作者：吴玉国（1977-），男，副教授，博士，研究方向：长距离输油管道优化运行。E-mail：wyg0413@126.com。