CN101725832A - 一种降低原油粘度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低原油粘度的方法。本发明提供的降低原油粘度的方法通过对原油进行微波加热处理，降低原油的粘度。本发明的方法，与未加热和水浴加热到同温度下相比，当原油处于较低温度时，原油粘度均有不同程度的降低。本发明将在石油开采和运输领域发挥重要的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种降低原油粘度的方法。
背景技术
稠油也称重质原油或高粘原油，并不是一个严格的范畴，通常指d204＞0.92的原油，按粘度分类，把在油层温度下粘度高于100mPa·S的脱气原油称为稠油。高粘油轻馏分(尤其是直链含蜡烃)含量少，而胶质、沥青质含量高，且硫、氧、氮等元素化合物和镍、钒等金属含量也较高，因而高粘油比重大、粘度高、凝点较低，一般在较宽的温度范围内呈牛顿流体特性。它不仅在常温下粘度高，既使在较高的温度下，仍具有较高的粘度。
高粘原油是由多种物理、化学性质不同的化合物组成的复杂混合物，组成原油的有机化合物可划分为由碳、氢构成的烃类化合物和含有硫、氮、氧等元素的非烃类化合物两大类。目前最广泛采用的四组份分离法，也称SARA法，将高粘原油分为：饱和烃、芳香烃、胶质和沥青质。其中，饱和烃和芳香烃是烃类化合物，胶质和沥青质则主要由非烃类化合物组成。(1)饱和烃：饱和烃是原油的主要成分，包括烷烃和环烷烃，主要构成石油中液态成分。饱和烃是非极性化合物，随着饱和烃分子中碳原子数的增加，饱和烃的密度、熔点、沸点也升高。饱和烃的化学性质不活泼，稳定性好。(2)芳香烃：芳香烃是苯环结构带有不同烷基侧链的烃类化合物，极性较饱和烃大。(3)胶质：胶质是红褐色、暗褐色的液体或凝胶状物质，主要由非烃类化合物组成。胶质的化学组成和性质介于沥青质和芳香烃之间，但更接近沥青质。胶质的组成和结构十分复杂，分子结构中含有相当多的稠环芳香族和杂原子的化合物，属于稠油中的强极性组份。胶质最大特点之一是化学稳定性很差，在吸附剂的影响下，稍稍加热，很容易氧化缩合，部分地变为沥青质。(4)沥青质：沥青质是暗褐色或深黑色的脆性非晶形固体粉末。主要由非烃类化合物组成。沥青质是四组份中最重的组份，也是分子量最大、组成及结构最为复杂的组份。和胶质相比，沥青质中的杂原子含量更高，因而极性更强。沥青质加热不会熔化，加热时，首先膨胀，然后到达300℃以上时分解。沥青质在烃中的溶解性比胶质差，它溶于芳香烃，不溶于饱和烃。沥青质在稠油的液态组份中溶解时，首先吸收溶剂而膨胀，然后分散成胶体溶液，沥青质构成胶体溶液的固态分散相。沥青质的溶解是由于在溶液中沥青质颗粒与溶剂分子相互作用的结果，沥青质在一定条件下分子之间发生缔合和解缔，当高粘原油中的沥青质的含量较高而胶质含量较少时，沥青质缔合为较大的颗粒，使高粘原油具有明显的非牛顿流体的特征，很大程度上增加了高粘原油的表观粘度。高粘原油的组份决定它的性质，高粘原油的液相成分-饱和烃、芳香烃、胶质分子和固相成分-沥青质分子相互作用，固相成分分散在液相成分中形成胶体体系。
据估计世界常规石油的总资源量为3000亿吨，此外还有稠油、油砂及油页岩等非常规石油资源，它们的储量折合为石油估计有9000亿吨之多，这些将成为21世纪石油的重要来源。据有关资料报道，我国稠油的储量在世界上居第七位，迄今已发现有多个大中型含油盆地和数量众多的稠油油藏区块。世界各国在石油工业的发展过程中，都是先开采较易开采的、较轻的原油，随着较轻原油资源的逐渐减少，不得不开始开采一些较难开采的重质油，因此在世界石油产量中重质油的份额正在逐渐增大。近年来，我国也加速了稠油的开发，目前稠油的产量己经占全国石油年产量的十分之一左右。
稠油的开采过程中有很多的困难，由于稠油的性质造成开采中的井下事故及其费用，会使采油成本大幅度上升。因此，稠油降粘开采方法的研究对于减小井下事故的发生及降低稠油开采成本具有重要意义。
对于稠油，目前技术上可行的管输工艺均有一定程度上的应用，但每一种方法都存在一定的局限性，限制了每种工艺方法的大面积推广使用。1)传统的加热降粘输送。加热输送传统的方法是水套炉加热，以天然气为燃料，但是在天然气短缺的油田这种方法是不可实现的，另外其加热效率也较低，经济上相对昂贵。回热输送同时还存在较大的安全隐患，易造成管路停运、停输等重大事故。2)掺液稀释降粘输送。稀释输送是用轻质原油、凝析油或蒸馏新产品(如煤油、柴油的半成品等)稀释稠油降粘输送，应用这种方法有可能使油质变坏，且要有来源方便的稀释油源才能使用。3)掺活性水乳化降粘输送。掺活性水乳化降粘是在原油中掺入大量的水及表面活性物质，在适当的温度及机械剪切作用下，使原油以液滴状分散在水中，形成满足管输稳定性要求的油水混合液，从而大大降低所输介质的粘度。但由于原油的成分在不同新产地有很大差异，这种方法存在活性剂的选择、乳状液成型稳定、流变性及管输到终点的破乳脱水等问题。4)粘弹性液环减阻输送。粘弹性液环减阻输送是利用稀的高聚物粘弹性水溶液在管道中形成壁面水环，将原油与管壁隔开，使高粘原油在管中心流动，从而使摩阻大幅度降低成本，实现高粘原油的减阻输送。由于管道的转向、管径及壁厚的突变等均会影响水环的稳定性，使得该工艺在实际应用过程中不稳定，易形成偏心油流并逐渐粘附在管壁上，最终会堵塞管道。5)伴热保温输送。伴热保温输送包括蒸汽外伴热、“管中管”加热介质伴热和电流集肤效应伴热等。伴热保温输送同样存在热效率较低，经济上比较昂贵等特点。6)就地加工处理后的成品油输送。就地加工处理后的成品油输送是通过脱蜡、脱沥青、热裂化、加氢裂化等炼制加工方法改变原油的化学组成，提高轻馏分的含量，改善原油的流动性，实现原油的常温输送。但该技术需要调温高压的庞大的塔、炉等炼油设备，在现场使用起来具有一定的困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种降低原油粘度的方法。
本发明提供的降低原油粘度的方法，是通过对原油进行微波加热处理，降低原油的粘度。
所述微波加热是将原油加热至40℃以上。
所述微波加热是将原油加热至50℃-90℃。
实验证明，原油降粘效果主要取决于将原油加热至的温度，与微波功率无关，即与升温速率无关，采用多大功率应根据目标温度和现场的实际处理量来设计。
本发明还提供了一种采集原油的方法，包括用所述方法对原油进行降粘的步骤。
本发明还提供了一种输送原油的方法，包括用所述方法对原油进行降粘的步骤。
微波加热到各预定温度下的原油，与未加热和水浴加热到同温度下的原油相比，当原油处于较低温度时，原油粘度均有不同程度的降低，但随着温度升高，原油粘度的降低值减小，由此可见，微波加热具有降低原油粘度的效果，在不同程度上改善原油的粘温性。
微波加热有利于原油的粘度降低，其主要原因可能是由于微波形成高频变化的电磁场，使极性分子高速旋转，破坏油水界面膜的ξ电位；微波形成的磁场还使非极性的油分子磁化，形成与油分子轴线成一定角度的涡旋电场，该电场能减弱分子间的引力，降低油的粘度。微波形成高频变化的电磁场，在其作用下，微波在油中的气隙中产生等离子体，等离子体中的高能电子能直接打断稠油中高分子的化学键，使稠油的化学组成发生改变，从而降低稠油的粘度。高功率微波作用下，微波加热的选择性使加热过程中产生局部过热现象，造成稠油中的部分高损耗组分的过热分解，从而降低稠油的粘度。
本发明公开了一种降低原油粘度的方法。本发明提供的降低原油粘度的方法通过对原油进行微波加热处理，降低原油的粘度。本发明的方法，与未加热和水浴加热到同温度下相比，当原油处于较低温度时，原油粘度均有不同程度的降低。本发明将在石油开采和运输领域发挥重要的作用。
以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。
附图说明
图1为微波加热到预定温度下高粘原油粘温性曲线
图2为采用不同方法加热至40℃处理的原油的粘温性曲线
图3为采用不同方法加热至50℃处理的原油的粘温性曲线
图4为采用不同方法加热至60℃处理的原油的粘温性曲线
图5为采用不同方法加热至75℃处理的原油的粘温性曲线
图6为采用不同方法加热至85℃处理的原油的粘温性曲线
具体实施方式
以下实施例中的试验材料和设备如下：
高粘原油：油样取自绥中36-1中心平台外输泵出口原油经实验室电动脱水后得到的合格原油。将原油样品从油田取回之后，密封保存。在采取原油样品前，要搅拌摇匀桶装样品，用大容量烧杯一次取样。
微波加热设备：采用XH-200A型电脑微波催化合成/萃取工作站(购自北京祥鹄科技发展有限公司)。
粘度测定设备：采用德国制造的HAAKE RV1型旋转粘度计进行，与它配套的有HAAKE DC30循环水系统及相应的控制操作软件RheoWin。
以下实施例中涉及的试验操作如下：
微波加热高粘原油的具体操作如下：1)把原油样品搅拌摇匀，将样品倒入1000mL容量的三口烧瓶中，原油保证不超过容器容量的2/3；2)再将三口烧瓶放入微波加热器中，将微波加热器顶部接入的搅拌玻璃棒从三口烧瓶中间瓶口插入原油样品中，保证不与烧杯壁和底部接触，并把温度探针从边侧的瓶口插入样品中间，保持探针不与玻璃瓶壁接触；3)随后打开控制软件和微波加热器开关，设定微波萃取仪加热温度和功率，开始加热并同时打开搅拌器开关，控制搅拌器转速在一定的范围内；4)观察样品温度变化，当样品达到预定温度，设备自动停止加热(要考虑保温时间，可在保温时间结束时停止加热)。
水浴加热高粘原油的具体操作如下：1)把原油样品搅拌摇匀，将样品倒入1000mL容量的圆底烧瓶中；2)将烧瓶放于设定温度恒温水浴中，并插上温度计，注意温度计垂直悬空插入样品中，不要接触烧瓶内壁；3)启动恒温水浴加热装置，设定好预加热温度，开始加热；4)当样品达到预定温度时，戴上手套，快速取出样品。
粘度测定步骤如下：(1)打开RheoWin Pro Job Manager操作界面。(2)新建一个工作文件，选择相应的转子和温控系统，用要测定的相应固定温度粘度命令。设定HAAKERotoViscol旋转粘度计运行时间为60s。同时，对转子进行调零。(3)以GBW136标准油对HAAKERotoVisco1旋转粘度计进行标定。以迭代法对旋转扭矩进行标定。(4)标定后对每一种原油油样从30℃开始，逐步提高原油温度至85℃，测定各温度下的原油粘度，获得每一种原油油样的粘温性。(5)将各实验数据整合处理后，制表，制图，加以分析总结。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
实施例1、微波加热对原油的粘温性影响
一、微波加热至40℃对原油粘温性的影响
在600W的微波功率下，以连续的辐射方式将高粘原油加热到40℃，放置到室温后，再检测油样温度从30℃提高到85℃各温度下的旋转粘度，结果见表1。
表1微波加热至40℃原油的粘温性
| 温度(℃) | 30 | 35 | 40 | 50 | 60 | 70 | 75 | 85 |
| 旋转粘度(mPa·S) | 6059 | 3882 | 2512 | 1129 | 561 | 303 | 231 | 145 |
二、微波加热至50℃对原油粘温性的影响
在600W的微波功率下，以连续的辐射方式将高粘原油加热到50℃，放置到室温后，再检测油样温度从30℃提高到85℃各温度下的旋转粘度，结果见表2。
表2微波加热至50℃原油的粘温性
| 温度(℃) | 30 | 35 | 40 | 50 | 60 | 70 | 75 | 85 |
| 旋转粘度(mPa·S) | 6033 | 4004 | 2587 | 1160 | 576 | 312 | 238 | 131 |
三、微波加热至60℃对原油粘温性的影响
在600W的微波功率下，以连续的辐射方式将高粘原油加热到60℃，放置到室温后，再检测油样温度从30℃提高到85℃各温度下的旋转粘度，结果见表3。
表3微波加热至60℃原油的粘温性
| 温度(℃) | 30 | 35 | 40 | 50 | 60 | 70 | 75 | 85 |
| 旋转粘度(mPa·S) | 5785 | 4123 | 2729 | 1221 | 601 | 317 | 238 | 139 |
四、微波加热至75℃对原油粘温性的影响
在600W的微波功率下，以连续的辐射方式将高粘原油加热到75℃，放置到室温后，再检测油样温度从30℃提高到85℃各温度下的旋转粘度，结果见表4。
表4微波加热至75℃原油的粘温性
| 温度(℃) | 30 | 35 | 40 | 50 | 60 | 70 | 75 | 85 |
| 旋转粘度(mPa·S) | 6042 | 4209 | 2672 | 1213 | 586 | 331 | 236 | 143 |
五、微波加热至85℃对原油粘温性的影响
在600W的微波功率下，以连续的辐射方式将高粘原油加热到85℃，放置到室温后，再检测油样温度从30℃提高到85℃各温度下的旋转粘度，结果见表5。
表5微波加热至85℃原油的粘温性
| 温度(℃) | 30 | 35 | 40 | 50 | 60 | 70 | 75 | 85 |
| 旋转粘度(mPa·S) | 3923 | 3269 | 2450 | 1142 | 560 | 309 | 237 | 143 |
六、原油粘温性(对照)
对高粘原油油样进行粘温性测定，检测油样温度从30℃提高到85℃各温度下的旋转粘度，结果见表6。
表6原油的粘温性
| 温度(℃) | 30 | 35 | 40 | 50 | 60 | 70 | 75 | 85 |
| 旋转粘度(mPa·S) | 7308 | 4770 | 3013 | 1339 | 670 | 349 | 302 | 156 |
七、结果汇总
将步骤一至步骤六中各微波加热温度下测定的原油粘温性汇总列表，见表7。
表7微波加热到预定温度下高粘原油粘温性(mPa·S)
以粘度测定时原油加热温度为横坐标，原油粘度为纵坐标，将步骤一至步骤六的数据绘制成粘温曲线，见图1。
结果表明，不同微波加热温度对原油粘温性有不同程度的影响，但除了微波加热温度为85℃时，在温度较低时粘度有较大的降低外，其余微波加热温度下的原油粘温性差别不大，但相对于未加热的原油，其粘温性有一定程度的改善。
对比例、水浴加热对原油的粘温性影响
一、水浴加热至40℃对高粘原油粘温性的影响
采用水浴加热方式将高粘原油加热到40℃，放置到室温后，再检测油样温度从30℃提高到85℃各温度下的旋转粘度，结果见表8。
表8水浴加热至40℃原油的粘温性
| 温度(℃) | 30 | 35 | 40 | 50 | 60 | 70 | 75 | 85 |
| 旋转粘度(mPa·S) | 6580 | 4377 | 2826 | 1223 | 635 | 340 | 259 | 149 |
二、水浴加热至50℃对高粘原油粘温性的影响
采用水浴加热方式将高粘原油加热到50℃，放置到室温后，再检测油样温度从30℃提高到85℃各温度下的旋转粘度，结果见表9。
表9水浴加热至50℃原油的粘温性
| 温度(℃) | 30 | 35 | 40 | 50 | 60 | 70 | 75 | 85 |
| 旋转粘度(mPa·S) | 6598 | 4093 | 2640 | 1180 | 580 | 315 | 243 | 142 |
三、水浴加热至60℃对高粘原油粘温性的影响
采用水浴加热方式将高粘原油加热到60℃，放置到室温后，再检测油样温度从30℃提高到85℃各温度下的旋转粘度，结果见表10。
表10水浴加热至60℃原油的粘温性
| 温度(℃) | 30 | 35 | 40 | 50 | 60 | 70 | 75 | 85 |
| 旋转粘度(mPa·S) | 7042 | 4544 | 2843 | 1224 | 606 | 324 | 246 | 158 |
四、水浴加热至75℃对高粘原油粘温性的影响
采用水浴加热方式将高粘原油加热到75℃，放置到室温后，再检测油样温度从30℃提高到85℃各温度下的旋转粘度，结果见表11。
表11水浴加热至75℃原油的粘温性
| 温度(℃) | 30 | 35 | 40 | 50 | 60 | 70 | 75 | 85 |
| 旋转粘度(mPa·S) | 7021 | 4659 | 3052 | 1324 | 655 | 331 | 248 | 150 |
五、水浴加热至85℃对高粘原油粘温性的影响
采用水浴加热方式将高粘原油加热到85℃，放置到室温后，再检测油样温度从30℃提高到85℃各温度下的旋转粘度，结果见表12。
表12水浴加热至85℃原油的粘温性
| 温度(℃) | 30 | 35 | 40 | 50 | 60 | 70 | 75 | 85 |
| 旋转粘度(mPa·S) | 4617 | 3761 | 2855 | 1263 | 638 | 313 | 256 | 154 |
六、高粘原油粘温性(对照)
同实施例1的步骤六。
七、结果汇总
将步骤一至步骤六中各微波加热温度下测定的原油粘温性汇总列表，见表13。
表13水浴加热到预定温度下高粘原油粘温性(mPa·S)
八、水浴加热与微波加热对高粘原油粘温性的影响
1、加热至40℃原油的粘温性比较
以粘度测定时的加热温度为横坐标，原油粘度为纵坐标，将未加热油样的粘温性数据(实施例1的步骤六)、微波加热至40℃的粘温性数据(实施例1的步骤一)、水浴加热至40℃的粘温性数据(对比例的步骤一)绘制成粘温曲线，比较微波加热和水浴加热的降粘效果，见图2。
2、加热至50℃原油的粘温性比较
以粘度测定时的加热温度为横坐标，原油粘度为纵坐标，将未加热油样的粘温性数据(实施例1的步骤六)、微波加热至50℃的粘温性数据(实施例1的步骤二)、水浴加热至50℃的粘温性数据(对比例的步骤二)绘制成粘温曲线，比较微波加热和水浴加热的降粘效果，见图3。
3、加热至60℃原油的粘温性比较
以粘度测定时的加热温度为横坐标，原油粘度为纵坐标，将未加热油样的粘温性数据(实施例1的步骤六)、微波加热至60℃的粘温性数据(实施例1的步骤三)、水浴加热至60℃的粘温性数据(对比例的步骤三)绘制成粘温曲线，比较微波加热和水浴加热的降粘效果，见图4。
4、加热至75℃原油的粘温性比较
以粘度测定时的加热温度为横坐标，原油粘度为纵坐标，将未加热油样的粘温性数据(实施例1的步骤六)、微波加热至75℃的粘温性数据(实施例1的步骤四)、水浴加热至75℃的粘温性数据(对比例的步骤四)绘制成粘温曲线，比较微波加热和水浴加热的降粘效果，见图5。
5、加热至85℃原油的粘温性比较
以粘度测定时的加热温度为横坐标，原油粘度为纵坐标，将未加热油样的粘温性数据(实施例1的步骤六)、微波加热至85℃的粘温性数据(实施例1的步骤五)、水浴加热至85℃的粘温性数据(对比例的步骤五)绘制成粘温曲线，比较微波加热和水浴加热的降粘效果，见图6。
6、总结
由粘温性曲线比较结果可见，对于微波加热到各预定温度下的原油，当处于较低温度时，原油粘度均有不同程度的降低，随着温度升高，原油粘度的降低值减小，由此可见，微波加热具有降低原油粘度的效果。
九、不同加热条件下原油粘温性测定实验结果比较
将实施例1的步骤一至步骤六的数据和对比例的步骤一至步骤六的数据汇总，见表14。
表14不同加热方式及不同加热温度下运动粘度与温度关系对比(mPa.S)
由比较结果可见：
(1)微波加热原油到40-75℃的原油粘温特性有稍微变化，但变化不大；
(2)与未经微波加热处理的原油相比，微波加热原油到40-75℃的原油的当温度较低时，粘度降低了20％左右，各对应温度的粘度均有些降低，但随着粘度测定温度的升高其差值减小直至粘度基本相同；
(3)与未经微波加热处理的原油相比，微波加热原油到85℃后测得的粘温曲线在30℃时，原油粘度降低了约46％，随着测定温度的升高，粘度降低量减小；
(4)微波加热与水浴加热相比，对应的粘度有所下降，在测定温度为30～40℃之间微波加热与水浴加热相比原油粘度降低值较大，当大于40℃时，粘度的降低值不明显。
Claims (5)
1.一种降低原油粘度的方法，是对原油进行微波加热处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述微波加热是将原油加热至40℃以上。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述微波加热是将原油加热至50℃-90℃。
4.一种采集原油的方法，包括用权利要求1至3中任一所述方法对原油进行降粘的步骤。
5.一种输送原油的方法，包括用权利要求1至3中任一所述方法对原油进行降粘的步骤。
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