一种气态试剂的降黏与回收装置及实验研究

康 露，伊兆龙，杨 志，严巨熙，倪 聪

（1. 西南石油大学 石油与天然气工程学院，四川 成都 610500；2. 成都皓瀚完井岩电科技有限公司，四川 成都 610500）

我国稠油资源丰富，是世界第四大稠油生产国。化学降黏是解决稠油降黏开采的重要方式，甚至是部分深水油田的唯一可选方式。稠油井井筒降黏方法主要有化学降黏、保温降黏（含使用保温管、油套环空循环热水、油套环空注入保温液等）、电热降黏（含使用保温管、电加热、电伴热、电磁加热等）[1-5]、掺稀油降黏（含掺热油、掺热水等）[6]、井下改质降黏[7]、微生物降黏[8]等。目前，稠油化学降黏剂主要分为油溶性降黏剂和水溶性降黏剂，这两类降黏剂在使用中各有利弊[9-11]。油溶性降黏剂主要是改变稠油的低温流动性，针对性强，降黏率不高，用量大，成本高，单独使用很难满足油田降本增效的要求[12]；水溶性降黏剂主要通过乳化作用使稠油与水形成水包油型乳状液，以达到降低稠油黏度的目的。传统的水溶性降黏剂难以成功使超稠油乳化，乳化后也存在难以破乳、污水处理难等问题[13-14]。

针对因化学降黏剂在使用中降黏率低或成本高、现有测试装置和方法无法开展气态试剂降黏实验的问题，本工作研制了低蒸气压气态试剂降黏实验装置，利用该装置研究了试剂的降黏性能，旨在研发安全、高效、经济的新型化学降黏剂。

1 实验部分

1.1 实验试剂的选择

目前，油田常规化学降黏剂在使用过程中主要存在井下与稠油混合困难、不能很好地适应含水率的变化、不能回收重复使用等问题，从而使得降黏效果变差、降黏剂用量增大、使用成本增加。因此，研发新的稠油降黏剂应尽量满足以下条件：1）可回收并重复使用以降低使用成本；2）能实现油水互溶，以适应含水率的变化；3）不影响原油的脱水，避免造成环保伤害；4）不影响原油性质与下游炼制；5）来源广、成本较低。基于此，经过前期反复实验，选择了与液化石油气的物理性质类似、输送与储存系统基本相同的低饱和蒸气压试剂二甲醚（DME）作为降黏和回收实验的对象。DME是一种石油中间产品，它具有的性能和优势为：1）对胶质、沥青质具有良好的溶解能力；2）常温、常压条件下为无色、无味、无臭气体，饱和蒸气压低，便于闪蒸回收；3）具有优良的混溶性，能与大多数极性和非极性有机溶剂混溶，加入少量助剂后可与水以任意比例互溶，能很好地适应生产井含水率的变化；4）是一种理想的清洁燃料，可作为车用汽油的优质替代能源，自身性能稳定，加入稠油后不影响原油脱水。

1.2 气态试剂降黏与回收实验装置

由于DME常温、常压下为气态，需要采用专门的实验装置将气态DME转化为液态DME，以开展稠油降黏和回收实验。为此，研制了气态试剂降黏与回收测试装置，示意图见图1。该装置主要由试剂罐、活塞容器、计量筒、黏度测试釜、恒温油浴锅、氮气瓶等组成。其中，计量筒为带刻度耐压透明筒，可肉眼观测到压力改变后试剂的相态变化并计量试剂的液体体积。黏度测试釜安置在恒温油浴锅中，通过恒温油浴改变釜内测试温度，内置磁力搅拌器，可实现试剂与稠油的充分混合；顶部安装在线黏度计，可带压测试釜内试样黏度。

图1 气态试剂降黏与回收测试装置示意图Fig.1 Schematic diagram of testing apparatus for viscosity reduction and recovery of gaseous reagents.

1.3 气态试剂降黏与回收实验

首先在黏度测试釜中加入定量稠油，通过切换流程阀门，利用氮气瓶的压力，将活塞容器中的活塞推至容器底部，再将试剂罐中的试剂导入活塞容器下部，推动活塞上移，试剂充满活塞容器下部后，利用氮气瓶的压力推动活塞下移，使活塞容器下部的试剂进入计量筒，调节压力，观察试剂的相态并计量，重复上述过程可得到所需液态试剂体积。通过活塞容器与计量筒的配合，将计量筒中定量的试剂挤注到黏度测试釜中，并保持釜内压力高于试剂蒸气压使之呈液态，开启磁力搅拌器，实现试剂与稠油的充分混合，通过调节恒温油浴温度设置实验温度，利用在线黏度计完成黏温测试。将所得黏温数据与未加试剂的稠油的黏温数据进行对比，得到试剂的降黏率。

黏度测试结束后开展试剂回收测试。恒定温度，切换流程阀门，将黏度测试釜顶部与活塞容器下部连通，试剂经闪蒸气化后进入活塞容器下部，利用氮气瓶驱动活塞，将回收的试剂挤注到计量筒中。重复以上过程，直至黏度测试釜内压力降为常压，读取计量筒内的液量，即为恒定温度条件下的试剂回收量。通过对比回收量与原始加注量，可得到试剂的回收率。

2 结果与讨论

2.1 DME降黏实验结果

利用塔河油田不含水稠油开展了DME对稠油的降黏实验，同时开展了柴油对稠油的降黏实验，比较两者的降黏效果，实验结果见表1。关于稠油降黏剂的降黏率要求尚未形成统一的行业标准，参考中国石化集团胜利石油管理局企业标准[15]，油溶性降黏剂质量分数为10%、温度为50 ℃时，降黏率要求大于等于85.0%。由表1可知，DME在高温和低温条件下的降黏率都很高，温度为50 ℃时，5%（w）DME的降黏率达98.8%，远高于油溶性降黏剂的降黏率要求。

表1 DME与柴油的降黏实验结果Table 1 Experimental data of viscosity reduction of dimethyl ether(DME) and diesel oil

2.2 DME回收实验结果

DME用量 80 mL、稠油用量1 520 mL，通过升温降压，得到不同温度下的DME回收率，实验结果见表2。

表2 DME的回收率Table 2 Recovery rate of DME

由表2可知，DME用于稠油降黏具有良好的可回收性，60 ℃时回收率高达96.63%。实际生产中，为了保证稠油在地面管线中的输送，DME并不需要100%回收，这更增加了DME降黏的应用可行性。

2.3 DME回收后再降黏实验结果

回收得到的DME由原来的无色透明变为棕黄色，这是由于在升温降压的回收过程中，原油中的轻质组分也与DME一起进入计量罐，从而导致颜色变化。为了研究回收后的DME是否具有可重复使用性，开展了回收DME的再降黏实验，新鲜DME与回收DME的降黏率见表3。

表3 新鲜DME与回收DME的降黏实验结果Table 3 Experimental data of viscosity reduction of fresh DME and recovered DME

由表3可知，与新鲜DME相比，回收DME在低温条件下的降黏效果略微降低，但随着温度的升高，降黏率的差距逐渐缩小，最终趋于相同。因此，DME作为稠油降黏剂是可回收且可重复使用的，可降低油田降黏成本。

3 结论

1）研制的气态试剂降黏与回收实验装置可实现气态试剂降黏率和回收率的测试，以及测试过程中试剂的相态观测。

2）DME在低温和高温条件下均有很高的降黏率，50 ℃，5%（w）DME的降黏率高达98.8%，降黏性能显著优于柴油。

3）DME用于稠油降黏具有良好的可回收和重复使用性能，60 ℃时回收率达96.63%，回收后的DME降黏效果几乎不变，因此可显著降低油田的降黏成本。