第２期稠油降粘技术概述１３

稠油降粘技术概述

王婉青，易晨曦，吴ｄ＇ｄｌＩ，赵丽莎（中国石油大学（北京）提高采收率研究院，北京，１０２２４９）

摘要针对稠油开采难度大、采收率低和输送难等问题，综述了各种稠油降粘技术的降粘机理及应用情况，并分析了各降粘技术的优缺点及未来发展趋势，为稠油的高效开采技术提供指导。关键词：稠油降粘技术研究进展综述

随着我国经济的高速增长，对原油的需求量日

益增加。目前，中国是全球第四大原油生产国，但却

是第二大原油需求国。从全球来看，常规油田储量日益枯竭，一些难开发利用的边际油藏，包括稠油、

超稠油的开采已提上日程，并将成为供油主力，这一

点在我国尤为突出。

稠油的胶质、沥青质含量较高是造成其粘度高、

流动性差的主要原因，一般用常规采油方法无法采

出，必须对其进行降粘。目前，国内外使用的稠油降粘技术较多，大体可划分为物理降粘技术、化学降粘

技术、微生物降粘技术和复合降粘技术。

１物理降粘技术

物理法降粘是最基本的降粘技术，适用于井筒

和近井地带的稠油降粘。该方法主要通过物理作用来实现稠油的降粘，稠油组成未发生化学变化。

１．１加热降粘

加热降粘主要是根据稠油对温度的敏感性来达到降粘的一种方法，随着温度的升高，原油粘度急剧

下降，是最简单、最常规的一种技术。加热降粘按供热方式可分为注热流体降粘和火烧油层降粘。加热降粘优点是简单、常规。缺点是能耗高，输

量１％以上的原油被烧掉和损耗，经济损失大，停输再启动困难，同时存在着最低输量的限制。未来的

发展趋势应结合热采进行热输。世界各国原油集输

研究工作都在致力于用其他非加热输送方式，逐渐减少或取代加热输送方式。１．２掺稀降粘

降粘原理：利用相似相容原理，加入溶剂降低稠

油粘度，改善其流动性。常用的溶剂有甲醇、乙醇、煤油、粗柴油、混苯

等。轻油稀释主要选择稀稠油为稀释剂。向稠油中

掺入稀油，得到混合物的粘度与稀油的掺入量之间

成指数关系。稀释剂的注人量主要取决于稠油与稀

释剂的相容性。轻质油和稀稠油具有较好的降粘效

果，在油井含水升高后，总液量增加，掺输管可改作

出油管，能适应油田的变化［１］。因此，在有稀油源的

油田，轻油稀释降粘，具有很好的经济性和适应性。

掺稀降粘优点是降粘效果好，流动性增强，损失

降低；稀油与稠油混合后的密度小于原稠油的密度，

降低了井筒静压损失，且能增加产油量，从而提高经

济效益，尤其对低产、间隙油井输送有利。缺点是稀

原油掺入前，必须经过脱水处理，而掺人后，又变成

混合含水油，需再次脱水，增加了能源消耗；稀原油

用为稀释剂掺人稠油后，降低了稀油的物性。稠油

与稀油混合共管外输时，增加了输量，并对炼油厂工

艺流程及技术设施产生不利影响。而由于稀原油储

量有限，产量呈下降的趋势，必然面临即将无稀油可

掺的情景，且高粘原油加烃类稀释剂进行降粘集输并非完善的方法。所以，应综合考虑其经济性、可行

性，必要时可采用其他方法。

１．３超声波降粘

降粘原理：主要作用于地层，通过热作用、机械

万方数据１４四川化工第１６卷２０１３年第２期

振动作用、空化作用和乳化作用来提高稠油采收

率Ｌ２］。通过超声波降解产生空化现象，使原油组分

发生变化，从而降低原油粘度；通过超声乳化可使原

油形成水包油（ｏ／ｗ）型乳状液，减小与壁之间的摩

擦，从而降低原油粘度，改变其流动性。

超声波降粘优点是生产成本低、对环境无影响、收益好、适用性较强。缺点是一般仅适用于近井地

带，传播距离受限。超声波未来可与电场、化学方法

等相结合，可以使其作用效果更好。在超声空化的

作用下，水分子ＨｚＯ可产生Ｈ＋自由基，而在原油

裂解过程中，适当的催化剂可加速原油的氢化裂解，

将超声与催化剂相结合，能加大超声对原油的裂解

作用，降低原油的粘度。

２化学降粘技术

化学降粘是指向原油中加入某种药剂通过药剂

的作用达到降低原油粘度的方法。目前对于任何原

油，不管什么条件都能降粘的化学药剂尚未发现，只

能不同的原油物性和不同的油井生产情况，采取相

应的降粘措施。

２．１降凝降粘

降粘原理：主要通过蜡晶改进剂进行降粘，它是

一种分子结构中具有和原油中蜡分子结构相同或相

近的正构烷烃，并带有极性基团的高分子化合物。

此种降粘方法主要针对石蜡基原油，由于原油

中蜡含量高，引起原油凝固点高，此类原油在其凝固点以上温度时原油粘度并不大，而且对温度不敏感，

但当温度降到原油凝固点以下时，粘度急骤上升，所

以如能将原油凝固点降低，就能大幅度降低粘度［３｜。

２．２乳化降粘

降粘原理：向原油中掺人一种含有少量表面活性剂的水溶液，使稠油由油包水（Ｗ／Ｏ）型乳状液转为水包油（Ｏ／Ｗ）型乳状液，由于表面活性剂水溶液

的润湿作用，减少了液流流动阻力，形成表面活性剂

在壁上的水膜，使原油与管壁的摩擦变成表面活性

水溶液与管壁的摩擦，从而大幅度地降低稠油的表粘度ＨＪ。

其中，原油乳状液的粘度可用Ｒｉｃｈａｒｓｏｎ公式表不：

弘＝ｚｏ－式中：“——为乳状液的粘度；

ｍ——为外相粘度；ｔｌ广为内相所占体积分数；ｒ为常数，取决于中，当中≤ｏ．７４时ｆｃ为７，

当０≥Ｏ．７４时Ｋ为８。乳化降粘的关键是选择性能优良的乳化降粘

剂。较好的乳化降粘剂应具有以下特性一］：第一，稠

油要具有较好的乳化性，能形成比较稳定的ｏ／ｗ

型乳状液；第二，形成的ｏ／ｗ型乳状液不能太稳

定，否则影响下一步的原油破乳脱水。一般来说，油

水比为７０：３０或８０：２０比较合适。

根据化学结构，表面活性剂通常分为阳离子型、

阴离子型、非离子型、两性型以及非离子一阴离子复

合型［６］。但阳离子型活性剂易被地层吸附或产生沉

淀，所以很少用作驱油剂或乳化降粘剂。

乳化降粘表面活性剂成本低，降粘幅度大，工艺

简单，见效快。乳化降粘技术可使用原有井的掺稀

设备使其能耗降低且费用低于掺稀费用，产油量又

高于掺稀的产油量。另外，乳状液的外相水水源充

足（主要为采出的地层水），这样又减少了采油成本，

经济效益好。但是选用的表面活性剂由于原油性质

不同具有一定的选择性。比如在高温高盐油藏要用

耐温耐盐型表面活性剂，否则达不到良好的降粘效

果，而且用量要适当，否则会给原油的后处理带来困难。乳化降粘正致力于以下几个方面：①对于稠油

的组成如何影响乳化降粘的效果问题，乳化降粘剂

的结构与其性能的关系做更深一步的研究；②尽量

减少稠油乳化降粘剂的选择性，使其具有普遍性，适

应性；③结合表面活性剂和某些基团的特点，对合成具有某些特定功能的新型的乳化降粘剂提供新方法和新思路。

２．３油溶性降粘

降粘机理：主要从降粘剂分子与稠油中各组分

的相互作用进行解释。降粘剂分子中含有极性基团

侧链及高碳烷基主链，主碳链可使降粘剂分子溶于

油中，侧链的极性基团可与胶质、沥青质中的极性基

万方数据第２期稠油降粘技术概述１５

形成更强的氢键，通过分散、渗透作用进入胶质及沥

青质的片状分子之间，部分拆散平面重叠堆砌而成

的聚集体结构，形成片状分子无规则堆砌，结构变松

散，并减少聚集体中所包含的胶质、沥青质分子数

目，降低原油内聚力，从而起到降粘作用Ｅ７｜。油溶性降粘剂是一种兴起不久的原油流动性改

进剂，近年来降粘剂研究的一个显著特点是在原油

酯型分子骨架上引入具有极性或表面活性的侧链，

利用极性基团和表面活性剂基团的空间效应和降低

固液界面张力的能力提高对蜡晶、胶质、沥青质的分

散作用＿８］。油溶性降粘剂主要分为以下几类：

（１）缩合物型。主要有酚和氯化石蜡的缩聚产

物山驼普尔、萘和氯化石蜡的缩聚产物Ｐａｒａｆｌｏｗ等

类型。这类化合物是最早的油溶性降粘剂，主要用

于润滑油降凝。

（２）不饱和单体共聚物或均聚物型。主要分为

均聚类、二元共聚类和三元共聚类。即烯烃、不饱和

酸酯的均聚物或共聚物。合成降粘剂的典型单体主

要有乙烯、苯乙烯、Ｑ＿烯烃、醋酸乙烯酯、马来酸酐、

（甲基）丙烯酸酯、丙烯酰胺等。在组成上主要是各

类二元或多元共聚物。

（３）高分子表面活性剂型。这类化合物既有聚

合物的特点，又有一定的表面活性，主要是由不饱和

酸酯与烯基磺酸盐等具有表面活性基团的不饱和单

体聚合而成，此类药剂多与共聚物型化学降粘剂复

配使用，起到辅助降粘的作用ｒ９］。

油溶性降粘剂可以直接加剂降粘，还可以避免

乳化降粘存在的后处理（如脱水）问题，有很大的开

发前景。但油溶性降粘剂降粘率不够高，且价格较

高、药剂用量大，致使成本高单独使用很难达到生产

要求，特别是对于特稠油、超稠油，由于粘度基数非

常大，即使油溶性降粘剂的降粘率很高，也不能满足

降粘的生产要求，必须与其他工艺配合使用，而这又

会降低油溶性降粘剂的应用价值。所以更加透彻的研究稠油的降粘机理是开发新型油溶性稠油降粘剂

的关键所在。为提高降粘效果，将油溶性降粘剂与

表面活性剂或溶剂复配使用，将油溶性降粘剂降粘

技术与其他降粘技术如掺稀油、加热等结合使用，可提高降粘效果、降低生产成本。

２．４加碱降粘

降粘机理：稠油中含有较高含量的有机酸，加入

碱可与有机酸反应生成表面活性物质，该活性物质

是天然的Ｏ／Ｗ型乳化剂，在其作用下，稠油与水形

成ｏ／ｗ型乳状液，从而大幅度地降低稠油粘度。

在稠油开采中，国内外用碱水驱油的较多，但是

至今还没有系统地研究过与碱水驱油有关的乳状液

类型及特征，也没有具体方法根据乳状液特性选择

碱水配方。在碱水降粘方面研究的更少，国内仅对

少数油进行过尝试。

２．５改质降粘

降粘机理：由于重油分子中含碳数过多（一般在

１６以上，个别油田的稠油甚至达到６４），碳数越大，

分子间的作用力越大，相应粘度就越高。稠油改质

法是通过将重油分子打断，使之变为小分子，从根本

上降低分子间的作用力，降低稠油的粘度，改善稠油

在管道中的流动性，从而提高输送效率ｕ０ｌ。由于分子发生了改变所以过程不可逆，改质降

粘效果比较好。且粘度的降低有利于稠油的常温集

输。稠油经改质后除了得到低粘、优质的合成原油外，所得的副产品渣油可用来产生氢气、加热蒸汽驱

动汽轮机发电、加热蒸汽锅炉产生蒸汽进行蒸汽吞

吐和蒸汽驱生产等。但改质降粘处理量小，对于催

化剂的选择比较困难。今后面临的主要课题是如何

加大处理量而降低成本，可考虑部分改质重油的方

法，并将改质后的产品用作稀释剂稀释输送未改质

的重油。

３微生物降粘技术

降粘机理：通过生产井或注入井注入地层的微

生物或地层内原有的微生物（本源微生物），以地层原油中的重质组分为碳源进行生长繁殖，使原油中

的轻质组分增多，原油在地层条件下的粘度降低。

生物表面活性剂是在憎水基质如烃类中培养微

生物时产生的集亲水基和亲油基于一体的具有表面活性的一类代谢产物，亲油基一般为脂肪酰基链，极

性亲水基则有多种形式，如中性脂的酯或醇功能团、

万方数据