植物油、脂肪酸和植物油甲酯在塔河稠油掺稀降黏中的应用评价

刘 磊，程仲富，杨祖国，曹 畅，张乐涛，张亚刚

(1.中国石化西北油田分公司石油工程技术研究院，乌鲁木齐 830011；2.中国科学院新疆理化技术研究所)

随着传统原油(轻质油和中质油)的不断消耗，如何开发利用稠油以及超稠油逐渐受到关注[1]。从世界范围来看，稠油和超稠油可占到原油总量的70%[2]；我国的稠油资源亦非常丰富，已在12个盆地发现了70多个重质油田[3]。但是，由于稠油的高黏度、高密度和低流动性等特点限制了其开采和运输，因此，降低稠油黏度是稠油开采、运输和加工的关键。

目前，用于稠油降黏的方法主要包括：掺稀降黏、加热降黏(主要采用电加热井筒运输稠油)、乳化降黏、油溶性降黏等[4-9]。毛雪等[10]将生物柴油应用于稠油降黏技术中，考察了生物柴油的掺加对稠油降黏效果的影响，结果表明，加入适量的生物柴油(w<10%)可起到良好的降黏作用，降黏效果优于柴油。石植真等[11]发现丙烯酸酯接枝共聚物作为油溶性降黏剂，降黏效果良好。王卫强等[12]研究了一种基于解烃菌的稠油降黏方法，筛选出一株解烃菌，测定了该菌的最佳生长条件，探索将其用于稠油降黏、清蜡、降解胶质的性能，结果表明该菌种对稠油的降黏率为22%～32%，该菌株对稠油有显著的降黏、清蜡效果。周飞等[13]研制了LY-5型稠油降黏剂，最佳加剂量为1 000 mg/L，50 ℃下原油黏度由4 919 mPa·s降低到87.2 mPa·s，并在曙采五区16口井得到应用。现有技术中，掺轻油降黏已经在油田中得到了广泛的应用，并且取得较好的成效。李遵照等[14]利用非石油基油品(水上油、页岩油、煤柴油)对渣油进行掺稀降黏，在掺稀比(稀油与调合油的质量比)低于0.3的条件下，页岩油和水上油的降黏效果较好。然而，大量轻油的使用加剧了轻质原油的消耗，浪费了轻油资源，并且还增加稠油加工的后处理过程，如增加废水处理量等，这些复杂的后处理过程都将增加稠油的操作成本。如何开发成本低、效果好的材料替代轻质原油，对稠油进行掺稀降黏是石油开采运输实现可持续发展的关键。

本研究以植物油、脂肪酸、植物油甲酯为掺稀介质，以塔河油田稠油为研究对象，考察3种不同的掺稀介质对稠油的掺稀降黏效果，同时测试掺稀介质与稠油的稳定性，以期为塔河油田的稠油降黏提供新的可能途径。

1 实 验

1.1 原料与仪器

植物油(棉籽油毛油)：工业级，由新赛股份有限公司生产；脂肪酸：工业级，以油酸、亚油酸为主的液体脂肪酸；植物油甲酯：由棉籽油毛油为原料制备，实验室自制；稠油：由中国石化西北油田分公司提供。NJD-8S旋转黏度计，由上海平轩科学仪器有限公司生产。

1.2 试验方法

将一定质量的稠油倒入烧杯中，再分别加入设计质量比的植物油甲酯、脂肪酸或植物油，在50 ℃水浴中搅拌30 min，待混合物搅拌均匀且稳定后，恒温测定其黏度。

在NJD-8S旋转黏度计用烧杯中，倒入所需质量的稠油混合物，在水浴温度为50 ℃下恒温10 min，使稠油混合物和转子温度均达到50 ℃，开始测定稠油混合物的黏度，并记录。

1.3 稳定性评价

掺稀介质与稠油的稳定性(相容性)测试通过斑点试验进行。

斑点试验方法：将油样加热使其流动，将50 mL样品油倒入100 mL锥形瓶中，将锥形瓶置于90～95 ℃水浴中加热15～20 min，期间搅拌使油品均匀。将固定滤纸的支架水平地放在恒温100 ℃的烘箱中后(至少5 min，使它达到烘箱温度)，在支架上水平地固定好层析专用的滤纸，并保证滤纸实验区域不接触任何物体。将玻璃棒插入油品中搅拌20 s预热好后，拿出玻璃棒并使玻璃棒上的第一滴油品滴回到锥形瓶中，第二滴油品滴到铺好的滤纸上。如果滤纸上多于一个斑点，那么斑点之间的距离不小于50 mm，斑点距边缘不少于25 mm。将滤纸和油样在(100±2)℃烘箱中恒温1 h。1 h后，取出滤纸并参照ASTM 4740的斑点试验评价标准对油品进行评价。

斑点试验评价标准如下：1级：斑点均匀，内部无环状物；2级：斑点内部有细微而模糊的环状物；3级：斑点内部有明显的薄的环状物，比本色稍微黑一点；4级：有比三级等级更浓的环状物，亦比本色稍黑；5级：斑点内部环状物几乎为固体或近于固体，环心比本底色黑的多。斑点试验标准图见图1。

图1 斑点试验标准图

2 结果与讨论

2.1 掺稀降黏效果

2.1.1 植物油甲酯掺稀降黏效果按照上述试验方法，将植物油甲酯与稠油按照不同的稀稠比(质量比，下同)配成一系列石油样品，测试它们的黏度(50 ℃)，结果如表1所示。

表1 植物油甲酯掺稀降黏效果

由表1可见，未掺入植物油甲酯的稠油样品，其黏度(50 ℃)为60 400 mPa·s，黏度非常大。随着逐渐加入植物油甲酯，石油样品的黏度开始快速降低。稀稠比为1∶8时，石油样品黏度(50 ℃)为4 107 mPa·s，此时，植物油甲酯的掺入量为稠油质量的12.5%，稠油降黏率为93.20%。继续加入植物油甲酯，石油样品的黏度也继续降低。稀稠比为1∶4时，石油样品黏度(50 ℃)为557 mPa·s，植物油甲酯的掺入量为稠油质量的25%，稠油的降黏率为99.08%。当稀稠比为1∶1时，石油样品的黏度为24 mPa·s。

2.1.2 脂肪酸掺稀降黏效果按照上述试验方法，将脂肪酸与稠油按照不同的稀稠比配成一系列石油样品，测试它们的黏度(50 ℃)，结果如表2所示。

表2 脂肪酸掺稀降黏效果

从表2可以看出，脂肪酸对稠油也具有良好的降黏效果。在不同的稀稠比下，石油样品的黏度均有大幅下降，稀稠比为1∶1时，黏度(50 ℃)为261 mPa·s，降黏率达99.57%。因此，脂肪酸对稠油也具有良好的掺稀降黏效果。

2.1.3 植物油掺稀降黏效果按照上述试验方法，将植物油与稠油按照不同的稀稠比配成一系列石油样品，测试它们的黏度(50 ℃)，结果如表3所示。

表3 植物油掺稀降黏效果

从表3可以看出，植物油对稠油也具有较好的降黏效果。在不同的稀稠比下，石油样品的黏度均有大幅降低，稀稠比为1∶1时，黏度(50 ℃)为673 mPa·s，降黏率达98.89%；稀稠比为1∶4时，降黏率也可达91.23%。因此，植物油对稠油也具有较好的掺稀降黏效果。

综上所述，植物油甲酯、脂肪酸、植物油对稠油都能发挥掺稀降黏的效果，因为植物油甲酯的黏度最小，流动性最好，因此具有最好的掺稀降黏效果，脂肪酸次之，再次是植物油。设置不同的稀稠比，可以配制不同黏度的石油产品。

2.2 斑点试验

2.2.1 植物油甲酯作为掺稀介质的斑点试验图2是植物油甲酯与稠油在不同掺稀比条件下的掺稀体系的斑点试验结果。稀稠比越大，说明掺稀体系中掺稀介质就越多，掺稀体系的黏度就越小。从图2可以看出，掺稀体系的稀稠比越大，油滴在层析纸上扩散得就越快，斑点越大。无论掺稀体系的黏度大小，图2中的斑点均未出现分层现象，斑点均匀，这就说明植物油甲酯与稠油有比较好的相容性，植物油甲酯可以用于稠油掺稀的介质。

图2 植物油甲酯与稠油的斑点试验结果

2.2.2 脂肪酸和植物油与稠油的斑点试验图3中，(a)是脂肪酸和稠油的稀稠比为1∶5.3时的斑点试验结果，(b)是脂肪酸和稠油的稀稠比为1∶1时的斑点试验结果，(c)是植物油和稠油的稀稠比为1∶2.2时的斑点试验结果。

图3 脂肪酸、植物油与稠油的斑点试验结果

从图3(a)和图3(b)来看，脂肪酸掺入少时，体系黏度大，油滴在层析纸上不能完全扩散，在斑点图中表现为一团；当再掺入脂肪酸时，体系黏度变小，油滴在层析纸上可以扩散，脂肪酸扩散比稠油快，所以斑点图中分成明显的两层。这说明脂肪酸与稠油相容性差，脂肪酸不能作为掺稀介质使用。从图3(c)可以看出，在边缘处已出现分层现象。因此，植物油也不能作为稠油的掺稀介质使用。

3 结 论

以植物油、脂肪酸及植物油甲酯为稠油的掺稀介质，考察了对稠油的掺稀降黏效果。结果表明，植物油甲酯、植物油和脂肪酸对稠油都具有明显的掺稀降黏效果，尤以植物油甲酯为佳，用量少，降黏效果明显。同时，3种掺稀介质的斑点试验结果证明了植物油甲酯与稠油具有良好的相容性，体系稳定性最好；脂肪酸和植物油与稠油相容性差，不宜作稠油的掺稀介质。因此，从掺稀降黏效果和稳定性评价来看，植物油甲酯具有最佳的稠油掺稀降黏效果。