（环境工程专业论文）东辛线原油集输中降凝降粘剂、减阻剂的筛选方案研究.pdf

摘要 石油作为重要的能源和化工原材料，随着经济的高速发展，对它的需求愈来愈高。 胜利油田所产原油密度大、粘度高、不宜流动等特点都制约着胜利原油的外输。传统 的加热输送工艺耗能高、可变范围小，添加化学药剂具有相对成本低、效果显著等优 点。这些原因促使着化学药剂在原油管输中的大量应用。齐鲁石化分公司新建第四常 减压装置加工胜利东辛线原油，为满足其生产需要，需将东辛线年输油量由3 7 0 1 0 4 妇增至5 4 0 ) 1 0 4t a 。综合比较各种方案，最终选择化学药剂来实现增输目标。 论文筛选出合适的化学药剂，在模拟现场条件下对药剂进行室内评价；考察减阻 剂在东辛线现场应用的增输效果。 首先，以现河乐安稠油为目标原油，分别考察加入两种降粘剂前后粘度的变化， 筛选出适合目标原油的降粘剂。综合考虑对下游产业的影响和经济成本方面的因素， 两种降粘剂不适用于本课题。 其次，向目标原油加入五种降凝剂，筛选凝点和流变性能变化较大的s l p p d 3 降 凝剂，并确定了其最佳加剂浓度为7 5m g k g 、最佳热处理温度为6 5 。c 。通过室内评价 实验，评价了降凝剂的重复加热稳定性、高速剪切稳定性、静置稳定性和使用安全性， 确保降凝剂适合管输现场条件和对原油有较小的影响。 再次，通过室内环道实验筛选减阻率较高的减阻剂，并确定了最佳加剂浓度为5 0 m g k g ，减阻率为3 3 1 ；考察减阻剂的可生化性、对原油破乳脱盐的影响、切水可生 化性和使用安全性。减阻剂现场实验结果表明，加剂浓度为6 0m g k g ，在全天单泵运 行时，增输率为2 0 7 8 ，单双泵交替运行时，加剂浓度为6 0m g k g 时增输率为2 4 9 5 高于5 0m g k g 的1 7 2 9 ，因此，确定现场加剂浓度为6 0m g k g ，输油泵运行方式为 单双泵交替运行。 关键词：原油增输，降凝剂，减阻剂，筛选 s t u d y o nt h ed o n g x i nl i n ep r o g r a ma b o u ts c r e e n i n gp p d ，v ra n d d r au s ei ng a t h e r i n ga n dt r a n s p o s i n gc r u d eo i l z h a n gt e n g ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gx i u x i a a b s t r a c t o i li sa l li m p o r t a n tr a wm a t e r i a lo fe n e r g ya n dc h e m i s t r y a st h er a p i dd e v e l o p m e n to f e c o n o m i c ，t h e r ei sa ni n c r e a s i n gd e m a n df o ri t s h e n g l io i l f i e l dp r o d u c e sh i g h - d e n s i t y , h i g h - v i s c o s i t ya n dl o wf l o wa b i l i t y c r u d eo i l b u tt h e s ec h a r a c t e r sr e s t r i c ti t so u t p u t t r a d i t i o n a lh e a t i n gt r a n s p o r tp r o c e s sh a ss o m eo b v i o u sd i s a d v a n t a g e ss u c ha sh i g he n e r g y c o n s u m p t i o n ，l o wv a r i a b l er a n g e ，p i p e l i n e su s ec h e m i c a l sh a v ea d v a n t a g e sa sl o wc o s t ， o b v i o u sr e s u l t ，e t e t h e s em o t i v e sp r o m o t el a r g ea p p l i c a t i o n so ft h ec h e m i c a l su s ei nc r u d e o i lp i p e l i n e q i l up e t r o c h e m i c a lc o m p a n yc o n s t r u c t st h en o 4a t m o s p h e r i ca n dv a c u u m d i s t i l l a t i o nu n i tf o rp r o c e s ss h e n g l id o n g x i nl i n e sc r u d eo i lt om e e ti t sp r o d u c t i o nn e e d s i na d d i t i o n ，i ta l s on e e d st oe n h a n c ed o n g x i nl i n et r a n s m i s s i o nc a p a c i t yf r o m 3 7 0 x 10 4 t at o 5 4 0 x10 4 t a a f t e rc o m p r e h e n s i v es o m ep r o g r a m s ，t h ef i n a lc h o i c ei su s i n gc h e m i c a l st o a c h i e v et h eg o a lo fi n c r e a s i n go u t p u t t h i se s s a ys c r e e n ss u i t a b l ec h e m i c a l s ，a n df o l l o w sb yc h e m i c a l s i n d o o re v a l u a t i o n e x p e r i m e n t su n d e rs i m u l a t e df i e l dc o n d i t i o n a f t e rt h a t ，i tw i l la p p l i c a n td r a i nd o n g x i n l i n et oi n v e s t i g a t ei t se f f e c to fi n c r e a s i n go u t p u tb a s e do nt h ei n d o o re x p e r i m e n t s f i r s t l y , f o rt h eg o a lt ox i a n h el e a nh e a v yo i l ，t h e r ea r et w o d i f f e r e n tv i s c o s i t yr e d u c e r s w i l lb ep u ti n t oc r u d eo i l ，a n dt h e ns c r e e m n gs u i t a b l ev i s c o s i t yr e d u c e rb yc o m p a r i s o no f v i s c o s i t i e sb e f o r ea n da f t e r h o w e v e r , c o n s i d e r i n gt h ee f f e c to fd o w n s t r e a mi n d u s t r i e sa n d e c o n o m i cc o s t ，i tw i l le x c l u d et w ot y p e so fv i s c o s i t yr e d u c e r su s ei nt h i ss u b j e c t s e c o n d l y , t oa d d f i v et y p e so fv i s c o s i t yr e d u c e r st ot a r g e tc r u d eo i l ，a n ds c r e e n s l p p d 3v i s c o s i t yr e d u c e rw h i c hh a sb i g g e rp o u rp o i n ta n dr h e o l o g i c a lp r o p e r t i e st oe n s u r e t h eb e s ta d d i t i v ec o n c e n t r a t i o ni s7 5m g k ga n dt h eo p t i m u mh e a tt r e a t m e n tt e m p e r a t u r ei s 6 5 t h r o u g hi n d o o re v a l u a t i o ne x p e r i m e n t st oe v a l u a t ev i s c o s i t yr e d u c e r 5r e p e a t e d l i h e a t i n gs t a b i l i t y , h i g h s p e e ds h e a rs t a b i l i t y , s t a n d i n gs t a b i l i t ya n ds e c u r i t y , a n dt h e r e f o r et o e n s u r ev i s c o s i t yr e d u c e ri ss u i t a b l ef o rf i e l dc o n d i t i o n sa n dh a sl e s si n f l u e n c eo nc r u d eo i l t h i r d l y , i ts c r e e n sd r a gr e d u c t i o na g e n t sw i t hh i g h e rd r a gr e d u c t i o nt h r o u g hi n d o o rt e s t l o o pd e v i c e ，a n dt h e ne n s u r e st h eb e s ta d d i t i v ec o n c e n t r a t i o ni s 5 0m g k ga n dt h ed r a g r e d u c t i o nr a t ei s3 3 1 s u b s e q u e n t l y , i te v a l u a t e st h es e l e c t e dd r a gr e d u c t i o na g e n tb y b i o d e g r a d a b i l i t y , t h ee f f e c to fc r u d eo i ld e m u l s i f i c a t i o n ，e l e c t r i cd e s a l t i n go u t p u t w a t e r d e g r a d a b i l i t y , s e c u r i t y 。a n a l y s i s d a t af r o md r ai nf i l e dc o n d i t i o ne x p e r i m e n t t h e n i n c r e a s ea d d i t i v ec o n c e n t r a t i o nt o6 0m g k g f l o wi n c r e a s er a t ei s2 0 7 8 i nt h es i t u a t i o no f a 1 1 d a ys i n g l e p u m pr u n d o n g y i n gc r u d eo i ld e p o ta l t e r n a t e r u n st h es i n g l e 。p u m pa n d d o u b l e p u p m s ，f l o wi n c r e a s er a t ei s2 4 9 5 i n6 0m g k ga d d i t i v ec o n c e n t r a t i o n ，i t sh i g h e r t h a n17 2 9 i n5 0m e g k ga d d i t i v ec o n c e n t r a t i o n b a s e do nt h e s ed a t ae n s u r et h eb e s t a d d i t i v ec o n c e n t r a t i o ni s6 0m e g k g ，a n dt h ep u m pm o d ei ss i n g l e - p u m pa n dd o u b l e 。p u p m s a l t e m a t er u n k e yw o r d s ：i n c r e a s ec r u d eo i lt r a n s p o r t a t i o n ，p o u rp o i n td e p r e s s a n t ，d r a gr e d u c t i o n a g e n t ，s c r e e n i i i 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第一章文献综述 1 1 课题的提出及目的意义 石油作为重要的能源和化工原材料，在我国国民经济中占重要地位，我国石油 2 0 1 0 年消耗量达4 3 9 亿吨。原油由开采到炼化、使用需经过较远的空间位移，世界上 石油运输方式主要有五种【l 】，分别为管道、铁路、水路、公路和航空。管道运输具有 较多突出优点2 j ，比如建设周期短、占地少、损耗小、投资省、运费低、环保、受地 理或气象条件影响小。至2 0 1 0 年底，我国已建石油运输管道约4 1 0 4 k m ，其中原油 和成品油管道各占二分之一左右1 3 1 。胜利油田油气运输管道主要有东辛线、东黄双线、 鲁宁线、东临复线等。 原油是一种含石蜡、沥青质和胶质等多种组分的复杂烃类混合物 4 1 。易凝高粘原 油【5 j 包括胶质、沥青质含量较高、密度较大的重质原油( 俗称稠油) 以及含蜡量较高 的石蜡基原油( 俗称含蜡原油) 。胜利油田采油工艺大部分进入三采阶段，采出的原油 具有凝点较高或者粘度较大的特点，这些都对原油的开采和输送的影响较大。 目前国内外在含蜡原油和稠油管道运输时，传统上主要采用加热输送工艺【6 j ，在 管道上每隔几十公里设一个加热站。其弊端是需要加热能量多、输量弹性小，且管道 允许停运时间短，温差降低较大时易造成管道堵塞。而且胜利油田输油管道每年用于 原油加热的燃料油消耗达数万吨，随着近年来国家对节能减排工作的重视和油田出于 降本增效的考虑，寻找并添加合适的化学药剂降粘减阻法正曰益成为对易凝高粘原油 进行低成本、高效率管道输送的关键点。 齐鲁石化分公司胜利炼油厂新建第四常减压装置，；a n - r 胜利东辛线管输原油，由 于原有的管输量不能满足加工量的要求，根据中石化经营管理部的安排，2 0 1 0 年起增 加胜利油田供齐鲁石化原油量，东辛管线年原油输量由3 7 0 ) 1 0 6 ) 、非结晶性( 在烃中确保快 速溶解和优良的抗剪切性等) ，因此极少的减阻剂厂家才能生产符合上述要求的减阻 剂，如美国大陆石油公司、贝克休斯公司，它们的产品如c d r 、l p 、f l o x l 、f l o x s 为目前世界上最高水平，指明了减阻剂的发展方向。 1 3 2 减阻剂国内发展概况 相比于国外，国内对高聚物油品减阻剂研究起步较晚，2 0 世纪7 0 年代，我国首 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 先合成了水溶性减阻剂p e o 等并对减阻机理进行了探讨探讨，发表了多篇相关的研究 论文。在8 0 年代初，浙江大学实验室合成了z d r l 3 5 l ，e p o 等系列减阻剂，开始将减 阻剂应用在原油输送管道上。但进入9 0 年代以后，我国的输油管道多处于低输量下， 对减阻剂需求较少，所以没能够继续深入研制下去【3 6 1 。 2 0 0 4 年1 月化工资讯报道：中石油管道公司管道研究中心研制出了e p 系列减阻 剂，并开发了一套减阻剂评价系统及减阻剂中试生产装置。e p 系列减阻剂被国家经济 贸易委员会认定为国家重点新产品。 国内管线现场应用实验表明，该减阻剂减阻性能优异，与国际上的先进产品( 如 c d r ，l p ) 相差无几，且其生产、应用成本更低，由于此减阻剂效果好、技术先进。 2 0 0 9 年2 月6 日在国家科学技术奖励大会上，e p 系列减阻剂项目获国家技术发明二 等奖3 7 1 。e p 系列减阻剂减阻效果明显且产品价格低廉，因此在多条原油和成品油管 道大量采用，如：湛茂线( 湛江一茂名) 、兰成渝线( 兰州一成都一重庆) 、旅大线( 旅 顺一大连) 等。2 0 0 2 年，e p 系列减阻剂还成功打入国际减阻剂市场，获得外汇收入l 亿美元【3 引。 1 3 3 油溶性减阻剂种类与组成 油溶性减阻剂大体可分为三大类： ( 1 ) 高分子减阻剂 高分子减阻剂是指分子量超高( 十万以上) 的单长链高聚物。目前丁烯与异戊二 烯的共聚物或加氢聚合物，烯烃的聚合物，聚异丁烯、聚乙烯、乙烯与丙烯的共聚物， 或与其它烯烃的共聚物等应用较广。聚a 烯烃主要包括美国c o n o e o 公司生产的 c d r l 0 1 减阻剂和国产e p 系列减阻剂。 高分子减阻剂添加量很少即可达到较好的增输效果。但其主要缺点是易降解，通 过输油泵叶轮、减压阀、弯头和过滤网等剪切应力较高的部件后，减阻剂分子长链会 被剪切应力扯断，并且这种段落是永久性的，断裂部分不可再结合成减阻剂。因此， 经过剪切应力较高的部件后，减阻剂效果下降严重甚至完全没有减阻效果，继续维持 减阻效果只能再次向原油中添加减阻剂【3 9 1 。 ( 2 ) 表面活性剂类减阻剂【4 0 1 此类减阻剂的减阻效果是通过在流体中形成胶束而实现的。由于其分子体积相对 9 第一章文献综述 较小，剪切应力作用面积较小，在高剪切应力的拉扯下减阻剂分子长链并不会大量被 扯断，同时表面活性剂类减阻剂的分子还具有应力控制可逆性，在剪切应力减小后， 高剪切应力所扯断的胶束体系可重新组合形成胶束，因此抗剪切性能良好。 此类减阻剂的缺点为必须使油品中减阻剂的含量达到临界胶束浓度才能发挥较好 的减阻效果，因此表面活性剂的用量较大，从经济方面考虑不可取。此外，此类减阻 剂抗干扰能力差，容易受浓度、温度等因素影响，原油和成品油管道的复杂环境不适 合采用这种减阻剂。 ( 3 ) 缔合型高分子减阻剂 受应力控制可逆性4 1 1 的启发，合成一种缔合型高分子减阻剂来解决减阻剂分子的 超高分子量与剪切易降解之间的对立性矛盾，缔合性键在共价键断裂前能优先断裂， 在一定条件下并可自动恢复为缔合性键。利用缔合性键的可逆性来解决减阻剂分子易 断裂降解的设想推动了八十年代以后的减阻剂研究工作。 目前只有高分子减阻剂在一定意义上真正的实现了工业化生产和应用，其代表是 e v a 减阻剂。通过不同的分散系统顺序，得到的减阻剂产品性能和形态均可不同。减 阻剂产品的种类见表1 3 。 表1 - 3 减阻剂的种类 t a b l e1 - 3 t y p e so fd r a 1 3 4 油溶性减阻剂作用机理 目前有多种关于减阻机理方面的理论，目前各种理论之间尚无确切定论。下面主 l o 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 要介绍t o m s 伪塑说、粘弹说、湍流脉动抑制说。 ( 1 ) t o m s 伪塑说 t o m s 伪塑说是减阻剂作用机理中最早提出的假说。t o m s l 4 2 】观点认为，聚合物所 形成的溶液具有伪塑性( 即假塑性) ，溶液的粘度与剪切速率呈反比例关系，剪切速率 高则溶液粘度小，在管道中的流体层之间相对剪切速率高，因此溶液的粘度小，即表 现为流动阻力小。这种理论不能解释的实验结果是w a l s h 曾用p m m a ( 胀流性流体) 做溶液，加入减阻剂后减阻率也很高。目前，t o m s 伪塑说已被否定。 ( 2 ) 粘弹说 有些人认为减阻作用是由于溶液粘弹性和湍流旋涡相互作用【4 孤。粘弹性流体因为 湍流漩涡的作用导致其分子链变形，但其具有恢复原状能力使部分能量以弹性能储存 起来，则相应的漩涡旋转的动能相应的降低而起到减阻效果。虽然不少学者认可粘弹 学说，但仍不能合理解释所有减阻现象。 ( 3 ) 湍流脉动抑制说 由于减阻剂只对湍流溶液具有减阻作用，因此湍流脉动抑制说的观点是抑制漩涡 的生成。r u d d 等【删测量了管流和槽流中的湍流统计量来表明湍流强度，结果表明， 高聚物分子的加入改变了湍流的结构，但径向湍流强度则未改变。还有部分文献指出， 在减阻剂室内环道实验中，只有在管壁面附近注入减阻剂才可获得较好的减阻效果， 而在管道的中心注入则没有减阻效果。显然，湍流脉动抑制说无法清晰说明这些问题。 在层流中，加入减阻剂则没有起到相应效果。出现这种情况是因为流体受粘滞力 作用较大，层流不会产生漩涡因此没有涡流耗散，这就使得总能量大部分集中于粘滞 力上。流体进入湍流状态时，涡流耗去部分能量，减阻剂就显示出减阻效果4 5 1 。雷诺 数越大，涡流耗去能量越大，粘滞力所占能量就越少，因此减阻效果越明显。而涡流 状态到一定程度时，减阻剂的长分子链足以被剪切应力扯断时，减阻剂被降解，减阻 效果消失 4 6 1 。 综上所述，6 0 多年来，虽然人们提出并分析了一系列减阻机理，取得了较大理论 和研究成果，但没有可以全面解释减阻所有的实验现象的理论，减阻机理研究不充分， 因此，减阻机理还需深入研究。 第一章文献综述 1 - 3 5 减阻剂应用存在的问题及发展方向 虽然减阻剂广泛的应用于原油管输，但依然有很多问题存在，主要分为两个方面， 一是在减阻机理理论研究方面：二是减阻剂合成的实验研究方面。据此减阻剂的发展 方向主要有两方面： ( 1 ) 新型抗剪切减阻聚合物 伴随上世纪八十年代后关于减阻剂抗剪切理论，新一代减阻剂侧向于抗剪切减阻 剂的研制，其中一种即是缔合型高分子减阻剂。它具有高聚物减阻剂和表活剂类减阻 剂的优点，在剪切强度较低的管道，减阻剂分子通过络合作用或氢键相互结合在一起， 起到减阻作用；在剪切强度较高的输油泵叶轮处、弯头等，配位络合部分或氢键先于 整个减阻剂分子链断裂，保护减阻剂分子防止其降解断裂。在通过高剪切强度区域后， 配位络合或者氢键又可重新连结成减阻剂分子，再次起到减阻作用。由于此类减阻剂 抗剪切的优点，大大减少了减阻剂的再次投加，降低了运营成本。 ( 2 ) 高聚物减阻剂分散类型 醇基、水基和油基是当前减阻剂的主要三种分散类型。醇基减阻剂以醇类和溶纤 剂等为主分散剂，分散助剂则大部分采用醇胶，主分散剂与分散助剂相互配制成减阻 剂浆液，有效含量在3 0 - - 4 0 之间，在4 肚2 5 时适用。水基减阻剂则以水为主分散剂， 包覆剂包覆起来，以提高聚合物的密度，为避免因密度差异引起分层，添加水胶以提 高系统的粘度，降低聚合物和水分层的速度。有效含量为2 0 - - 3 0 ，在5 4 0 时适用。 油基减阻剂以精炼植物油为分散剂，有效含量2 5 3 5 ，2 0 - 6 0 为适用温度。尽管采 取各种措施防止聚合物颗粒粘接，但在使用环境大多为露天，尤其是低温等极端天气 状况下，长时间存放减阻剂仍使聚合物颗粒粘接。因此研究新型高聚物减阻剂分散类 型，降低聚合物之间粘接也对提高减阻剂应用发展起重要作用。 1 4 降粘剂 降粘剂w i s c o s i t yr e d u c e r ) 是一种向原油中添加，可降低原油的粘度和流动阻力 的药剂。降粘剂根据溶剂不同可以分为两大类，水溶性乳化降粘剂和油溶性降粘剂。 1 4 1 水溶性乳化降粘剂 1 4 1 1 国外水溶性乳化降粘剂发展概况 1 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 2 0 世纪6 0 年代，s i m o n 和p o y n t e r i 4 刁向油井中加入表面活性剂，使原油由w o ( 油 包水) 型乳状液变为o w ( 水包油) 型乳状液，原油的粘度大幅降低，从而提高稠油 采油效率。委内瑞拉的o r i n o c o 是地球上最大的重油聚集区块，开采出来的o r i n o c o 重质原油中胶质、沥青质含量高，粘度极大，早期输送成本高，主要靠传统加热或加 入轻质原油稀释外输。因此，该地区重质原油的后处理及输送困难对油区的发展造成 了巨大影响。 2 0 世纪8 0 年代中期，p d v s a 公司将采出的重质原油掺入3 0 的水和约o 3 的 表面活性剂制备成稳定的o w 型乳状液，这种被称为奥里乳化油( o r i m u l s i o r ) 的乳 状液【4 8 】粘度大幅度降低而降低了管输成本。奥里乳化油粘度降低可通过管道直接输送 到沿海，通过轮船运输到世界各地作为燃料。这种降粘方法操作简单且成本低，产品 稳定并易于输送，使o r i n o c o 油田摆脱了原油难输送的束缚d 9 i 。水溶性乳化降粘剂在 国外的应用表明其对高粘原油的开采和输送具有重大意义，降低了生产成本并产生了 很好的社会效益。 n e h a ls a h m e d 等【5 0 1 以壬基酚聚氧乙烯醚( 1 1 个乙氧基) 为表面活性剂，研究水 包油型乳状液的形成机理和流动性能。以埃及稠油为实验对象，研究表明用非离子型 表面活性剂乳化形成乳状液时其粘度下降。它可与活性水形成低粘度的稳定乳状液， 通过往地层中加入水溶性乳化降粘剂，降低稠油粘度，提高稠油的开采效率。另外， 水包油乳状液粘度大大低于原油粘度，使稠油的管道输送变为可能。 1 4 1 2 国内水溶性乳化降粘剂发展概况 国内自上世纪9 0 年代开始，相继进行了对胜利、辽河、南阳、大港等油田向高粘 原油掺活性水运输的试验。近年来我国在水溶性乳化降粘剂应用方面取得很大进展， 乳化原油降粘率达到9 0 以上。 华东理工大学以辽河超稠混合油为试样进行了乳化降粘实验，在油水比为7 0 ：3 0 的条件下，加入0 3 3 的药剂，3 0 的油样粘度由1 4 1 4 9 6 0 m p a s 降到1 2 4 m p a s ， 降粘率为9 9 9 ，若稳定原油乳状液的常温粘度低于2 0 0 m p a s ，辽河超稠混合油可 实现在常温下输送，大大降低了输油温度，节约了大量燃油。还为乳化燃料油的制各 提供了技术基础，具有重大的经济效益和社会影响【5 l 】。 钱建华等复配了一种以阴离子、非离子表活剂、无机盐和水以一定比例配制而成 第一章文献综述 的耐高温乳化降粘剂，用于蒸汽驱油工艺。使用时，将这种降粘剂稀释成水溶液，以 一定比例加入到地层稠油中混合乳化稠油。相同条件下，对不同降粘剂的降粘性能进 行测试和对比，结果表明：降粘率大于9 9 ，耐高温，当温度为3 0 0 时，其降粘效 果与之前变化不大，降粘衰减率小于0 1 ( 5 2 】。 尉小明等以辽河超稠油为研究对象，合成出超稠油水基降粘剂l h v r i 。室内实 验结果表明：该l h v r i 降粘剂具有乳化温度低( 5 0 。c 以上) ，降粘效果好( 降粘率达 9 9 8 5 以上) 及自动破乳脱水( 沉降7 2 h 后原油含水量降至4 以下) 的特点，与联 合站破乳剂配伍性较好，对联合站脱水影响小，是一种较理想的超稠油水基降粘剂【5 3 1 。 1 4 1 3 水溶性乳化降粘剂的种类 表面活性剂中可用作原油乳化降粘剂的主要有磺酸盐、烷基苯磺酸盐、脂肪醇聚 氧乙烯醚( a e o ) 、烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐、脂肪醇硫酸盐( a s ) 、烷基苯磺酸盐、 脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐( a e s ) 、两段或三段的环氧 丙烷环氧乙烷嵌段共聚物等。 原油乳化降粘剂多包含离子型和非离子型表面活性剂，通过复配来发挥各自的优 势作用。还有部分原油乳化降粘剂中加入碱( 如n a o h 、胍盐等，加量为0 0 1 - 0 5 ) ， c i c 4 醇、生物聚合物或冰点抑制剂( 如乙二醇，水相加量为2 5 - - - 5 0 w t ) 。 1 4 1 4 水溶性乳化降粘剂的作用机理 乳化降粘的作用机理的可归纳为乳状液理论和最佳密堆积理论两方面。 ( 1 ) 乳状液理论 表面活性剂的水溶液与稠油形成o w 乳状液体系，o w 型体系的粘度主要由分 散介质( 即水外相) 的粘度决定，即只与水的粘度有关，与油的粘度无关 5 4 1 。水的粘 度远远低于油的粘度，所以o w 型乳状液的粘度要小于w o 型乳状液的粘度。并且 含水量与o w 型乳状液粘度成反比关系。因此，若将w o 型乳状液变为o w 型乳状 液，则会使稠油乳状液的粘度大大降低。 ( 2 ) 最佳密堆积理论 根据立体几何中的最佳密堆积理论，若原油中含水量低于2 5 9 8 时原油会形成稳 定的w o 型乳状液，而当原油中含水量高于7 4 0 2 时会形成稳定的o w 型乳状液， 当含水量在两者之间的时候，此时原油乳状液处于不稳定状态，既可形成o w 型，也 1 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 可形成w o 型乳状液，由于大部分原油中含有天然的w o 型乳化剂，一般会形成 w o 型乳化液，使原油粘度大幅度增加【5 5 l 。 1 4 1 5 水溶性乳化降粘剂存在的问题及发展方向 水溶性乳化降粘剂存主要存在三个方面的问题： ( 1 ) 水溶性乳化降粘剂形成o w 型乳状液需掺水较多，对原油后续炼制加工有 较大影响，并且对原油破乳脱水有影响。 ( 2 ) 稠油对降粘剂的选择性较强，稠油的不同组分对降粘效果影响很大。目前尚 无关于乳化降粘剂的性能与其结果组成的明确答案。 ( 3 ) 原油乳化降粘剂能够用于高温和高矿化度的较少，即便据有些文献报道合成 出的降粘剂，但是其成本较高导致其广泛应用困难。 根据上述三方面，预期未来水溶性乳化降粘剂发展方向主要为以下几方面： ( 1 ) 通过研究降粘效果与稠油组分、降粘剂结构与性能的关系，增强降粘剂的普 遍适用性，减少稠油对降粘剂的选择性。 ( 2 ) 积极研究乳化降粘剂的多种复配。 ( 3 ) 积极研制降粘效果好、易破乳脱水且成本低的乳化降粘剂。易脱水降粘剂可 以向水基型自动脱水及热敏型降粘剂类型发展；乳化降粘剂另一种节约成本的有效途 径是以稠油的分离产物为原料合成。 ( 4 ) 廉价的耐高温和耐高矿化度条件的乳化降粘剂采用纳米技术研制，可加快降 粘剂发展步伐。 1 4 2 油溶性降粘剂 1 4 2 1 油溶性降粘剂国外发展概况 国外大多数报道是着重于降凝剂方面，多是其成功应用于高凝高粘原油的输送， 关于降粘剂成功应用于管道运输的例子较少，并且实际应用的降粘剂降粘率较差。其 中一种是应用在孟买高粘原油中，加剂量为2 0 0m g k g 时，原油在2 0 。c 的粘度由 3 2 m p a s 降至l o m p a 8 ，降粘率为6 8 7 1 5 6 1 。辽河超稠油采用日本所研制的降凝剂 a 1 3 7 和v - 2 2 0 ，当加剂量为l 时，温度在5 0 时，两种降粘剂的降粘率分别为0 0 6 和0 6 6 ，表明两种降粘剂基本不具备降粘作用【5 7 1 。 第一章文献综述 1 4 2 2 油溶性降粘剂国内发展概况 1 9 8 4 年我国才开始起步研究降粘剂。目前管输工艺上应用较多，并且效果较好， 技术也比较规范。 张付生等【5 8 】用工业样品表面活性剂与e v a 和m v a 复配的降粘剂e m s ，在加量 为2 0 0m g k g 时，使大庆、江汉、冀东原油的凝点和粘度均降低，降粘率分别降低7 2 、 8 5 ，9 0 ，加剂量为4 0 0 m g k g 时，对沥青质稠油降粘率为7 1 。 张毅等用自制的丙烯酸高级酯与马来酸酐、苯乙烯等共聚合成一种新型油溶性降 粘剂“马来酸酐一苯乙烯一丙烯酸高级酯三元共聚物”。发现降粘剂的单体配比、加入 量、合成温度温度、单体相对分子质量等对降粘效果均有影响p 9 1 。在吐玉克稠油降粘 试验中，首先将降粘剂溶于2 0 的稀油中，添加量为1 0 0m g k g n 2 0 0m g k g 时，降粘 率可达9 0 。 目前国内研究的油溶性降粘剂主要是室内研究和现场试验阶段，未大规模应用于 实际或者现场实验降粘效果并不如室内试验效果明显。 1 4 2 3 油溶性降粘剂的组成与种类 油溶性降粘剂种类大体可归结为以下三种类型： ( 1 ) 缩合物型，出现的最早，现主要用于润滑油生产中的降凝； ( 2 ) 不饱和单体的均聚物或共聚物，主要是烯烃、不饱和酸酯的均聚物或共聚物 【删 ( 3 ) 表面活性剂型，这类化合物主要是由烯烃、不饱和酸酯与乙烯醇聚醚、烯基 磺酸盐等具有表面活性基团的单体聚合而成。 1 4 2 4 油溶性降粘剂的作用机理 目前，多参考降凝剂降凝机理来分析降粘机理，主要是研究降粘剂分子与稠油中 的沥青质、胶质之间的相互作用，目前主要提出了四种降粘机理： ( 1 ) 降粘剂的溶剂化作用 在稠油体系的胶束中心为沥青质分子组合而成的超分子结构，表面分散着的部分 具有分子量大、极性强的特性，当降粘剂分子的极性基团与沥青质超分子结构接触时， 降粘剂分子结构中的烷基长链便能够充分散布在沥青质超分子结构的表面，形成降粘 剂溶剂化层，相当于一层皮肤包在沥青质外围，使外围环境呈非极性【删。这就可防止 1 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 胶质重新聚集在沥青质周围，起到降粘作用。 ( 2 ) 降粘剂的溶解作用机理 油溶性降粘剂分子中基团侧链含有强极性基团和芳香环，根据化学中溶剂相似相 溶原理，沥青质胶质分子( 强极性物质) 会被溶解、剥离，形成沥青质聚集体的分子 减少，起到降低稠油的粘度。 ( 3 ) 降粘剂的相互作用机理。 极性较强的物质具有形成氢键的能力和强渗透力，而油溶性降粘剂分子基团侧链 的极性均较强，所以当温度较高时，稠油中的沥青质胶团稀松，空隙结构变大，基团 侧链就会与沥青质、胶质形成极性更强的氢键，并靠强渗透力插入到沥青质和胶质的 分子之间，拆散它们所形成的胶团，这样胶团中包含的沥青质、胶质分子的数目减少， 原油的内聚力降低，从而发挥降粘效果。 ( 4 ) 石蜡与降粘剂分子的相互作用 油溶性降粘剂分子结构类似于降凝剂，所以其同时也可降低原油的凝点。原油的 凝点下降之后，也会提高其流动性，在宏观上即表现为原油粘度的降低，因此，降粘 剂通过降凝效果来降低原油粘度( 但并没有改变原油的结构粘度) 也是可行的，许多 实验对这一点有明确证明【5 羽。 1 4 2 5 油溶性降粘剂存在的问题及发展方向 油溶性降粘剂发展前景较好，因为其可以直接添入原油中，与水溶性乳化降粘剂 相比，水处理压力较小。而从实际应用情况来看，其主要存在两方面的问题：一方面 是降粘剂与破乳剂的配伍性较差，导致联合站破乳脱水较难，影响原油脱水为后续水 处理增加负担；另一方面是配套设备相关的研究较少，技术规范不固定。使得降粘剂 加入方法，加剂量混乱，不能充分发挥降粘剂的最佳降粘效果。 近几年油溶性降粘剂研究的趋势是在降粘剂分子主链上引入侧链，侧链具有表面 活性或极性基团，利用侧链中表面活性或极性基团的高分散作用和空间位阻效应，使 侧链能与原油中胶质、沥青质形成更强的氢键结合，分散蜡晶，增大间距来降低原油 粘度。例如，李建波等【6 2 l 通过使酯基上的r 基增长，合成新的梳状聚合物，其空间位 阻相应增大，降粘剂分子与原油中胶质、沥青质相互作用后，重新形成新的键，拆散 了胶质的大结构集团，从而降低了稠油的粘度。 第一章文献综述 1 5 本文主要研究内容 本论文以室内筛选实验、室内评价实验、室内管道减阻实验、现场增输实验为主 要内容，主要研究以下几方面的内容： ( 1 ) 确定东辛线管输原油的基本性质，主要是凝点和粘度等。 ( 2 ) 根据所得到的降凝药剂进行室内筛选实验，根据原油加剂后凝点和表观粘度 的变化筛选出合适的药剂，并对其进行室内评价实验。 ( 3 ) 将减阻剂进行室内环道实验，根据对原油的减阻率变化筛选出合适药剂，然 后进行室内评价实验。 ( 4 ) 根据室内实验结果，确定合适加剂型号和加剂方案，然后在现场进行增输 实验，进一步优化加剂方案。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 2 1 管线基本情况 第二章东辛线基本情况 胜利油田东辛线于1 9 8 8 年1 2 月投入应用，全长7 3 8 k m ，管线规格清河以北为由 5 2 9 x 8 的1 6 m n 螺纹钢管，清河以南采用巾5 2 9 7 的a 3 f 螺纹钢管，管线设计工作 压力4 0 m p a ，管线全程防腐采用特加强沥青涂抹表层，理论最大设计输量8 7 5 1 0 4 t a ， 最小设计输量为2 6 0 1 0 4 t a 。东辛线沿途共设有临淄原油库、广饶输油站、花官输油 站、东营原油库等四座输油站库。其中东营原油库与花官输油站之间高程差为0 m ， 花官输油站与广饶输油站之间高程差为1 3 8 m ，广饶输油站与临淄原油库之间高程差 为4 5 2 m 。 近几年，东辛线实际输油量在3 7 0 1 0 4 t a 左右( 其中清河6 0 1 0 4 t a ，现河乐安 稠油8 5 1 0 4 t a ，) 。从2 0 0 8 年开始，东辛线沿线三家油品( 孤罗东、清河、现河乐安 稠油) 的性质发生了较大变化，密度、粘度大幅度增大，而且现河乐安稠油的掺比量 增加，达到1 0 0 1 0 4 t a 。造成东辛线的经济输油量只能达到3 8 0 z 0 t a ，与实际输油 量基本持平。东辛线流程图如图2 - 1 所示。 管线承压方面，由于长年打孔盗油，东辛线沿线的1 0 0 多个盗油头将会影响管线 强度，2 0 0 2 年1 1 月在距离东营原油库1 公里处曾出现爆管情况，目前东辛线运行压 力严 图2 - 1 东辛线流程图 f i g 2 - 1 f l o wc h a r to fd o n g x i nl i n e 第二章