纳米磁流体在稠油管输中的应用探讨

纳米磁流体在稠油管输中的应用探讨【摘要】对稠油管输采用的改性降粘法、加热降粘法、掺稀输送法、低粘环液输送法、乳化降粘法、减阻剂降凝剂降粘法等常用工艺，以及极具应用前景的超声波降粘法、微生物降粘法和超临界二氧化碳降粘法等新技术进行了简要分析。最后，结合纳米技术和仿生技术，对纳米磁流体技术和生物表皮技术在稠油管输中的应用进行了展望，认为可以作为稠油管输技术研究的新方向和新方法。【关键词】磁流体；纳米；稠油；管道输送1、引言随着常规原油储量逐渐减少，稠油动用的越来越多。但是由于稠油胶质、沥青质和蜡含量高，造成的高粘性特征，使其在管输过程中产生高阻力。2、常用的稠油管道常温输送技术为了经济高效的管输稠油，经常采用掺稀法、乳化法等冷输技术。但是受轻质油来源的限制，此外轻质油添加可能导致沉淀的产生和管道堵塞、以及原油成分组成的不同对油溶比（原油量与溶剂量的比值）的影响，使得掺稀法的应用受到了很大的限制；乳化输送时，水消耗能量巨大，而且长距离管输过程中稠油乳状液的稳定与在炼化前容易破乳的平衡也不易达到，因此目前该技术在稠油管输中应用很少。使用减阻剂和降凝剂输送原油，加量少、使用方便、效果明显、对炼油加工无影响，对于提高管输能力和提高经济效益有很大的作用，但是无法单独实现稠油的常温输送。改性（质）降粘法通过对稠油大分子的降解，化大分子为小分子，可以实现稠油的常温集输。但是该方法对硬件条件要求高，前期投入大，而且原油处理量小，很难选择合适的催化剂，因此无法大规模应用。3、稠油管输的加热降粘减阻技术稠油高粘的根源是其体系中的沥青质分子间、胶质分子间以及沥青质和胶质分子间形成了大分子胶束结构。这种胶束结构导致了稠油的高粘度。但是稠油粘度随温度的升高而指数规律下降，所以国内外目前使用最广泛的稠油输送工艺就是加热输送，可以完全实现降低稠油粘度，减少管路摩阻损失，或保持油温在凝点温度以上防止油品在管道内凝结的目的。加热降粘减阻输送大量采用的燃油、燃气或电加热等方式，硬件投入少，但是由于能量转换效率低，经济损耗大。利用微波对稠油加热降粘［1］，具有速度快、污染小，且在一定程度上实现稠油降解的优点，但是由于微波具有选择性加热的特点（微波的加热效果与稠油组分的介电特性有很大关系），因此加热效果不稳定，目前只有实验性的应用。4、纳米磁流体技术用于稠油管输的设想纳米磁流体磁流体又称磁性液体，是由纳米级的铁磁性或超顺磁性微细颗粒借助于表面活性剂稳定地分散于基液中的胶体溶液，是一种新型的液体功能材料。磁流体的制备方法有很多，以共沉淀法应用最为普遍。磁流体具有磁热效应，即当磁场强度改变时，磁流体的温度也随之改变。当磁流体进入较高磁场强度区域时，磁流体被加热；当离开磁场区域时，磁流体即冷却。磁场强度的升高可使磁流体的温度升高。该流体还具有显著的温度特性，即当磁流体的饱和磁化强度随温度的升高而减小，至居里点时，磁性完全消失。温度下降后，磁性可重新恢复。换言之，该流体具有自动的温度控制能力。纳米磁流体磁热效应的应用纳米磁流体的磁热效应已成功应用于医学肿瘤的靶向治疗［2］，将温度升高从而加速杀死癌细胞。由于磁热转换效率远远高于燃料燃烧等直接加热的热效率，因此该技术也在稠油的热采中进行了应用，利用纳米磁流体进行稠油开采的专利［3］已经被批准。当磁流体进入交变磁场区域时，磁流体接受的磁能转化成热能，温度升高被加热，并将自身的热量传导到温度较低的稠油中，稠油粘度随着温度的升高而迅速下降，因而流动性大幅增加。纳米磁流体在稠油管输中的应用设想可行性在稠油中注入纳米磁流体，通过分段式的设置电磁转换设备将简便易得的交流电转换为交变电磁场，使得地面管道中的纳米磁流体直接加热稠油，实现稠油的减阻输送，这应该是可行的有效途径。需要重点研究的问题（1）纳米磁流体颗粒材料种类的选择。纳米磁流体颗粒体积微细，分散在稠油中形成机械杂质，因此，磁流体颗粒材料应该选用易于炼油时脱除、不会引起催化剂中毒、不会影响成品油质量的材料。（2）纳米磁流体颗粒直径的选择。王煦漫等［4］的研究显示，不同粒径的四氧化三铁粒子具有不同的产热比功率（单位质量颗粒产生的热量），因此，优选磁流体颗粒的粒径是实现经济高效管输稠油的重要途径。（3）交变磁场的频率与强度的选择。交流电源方便易得，是磁流体产生热量的能量来源，研制或优选电磁转换设备，并确定最优的磁场参数是非常关键的。5、结语（1）利用交变磁场作用于纳米磁流体进行稠油的直接加热管输，具有操作方便、可靠性高、适用油品范围广的优点，在经济上和技术上有可行性。（2）对纳米磁流体颗粒种类和粒径以及交变磁场的频率和强度进行优选是纳米磁流体在稠油管输中能否成功应用的关键。参考文献［1］王颖.稠油微波加热降粘机理的研究［3.北京：中国科学院电子学研究所，2002.［2］吕永刚，刘静.基于肿瘤靶向治疗的磁性微/纳米颗粒研究进展［J］.纳米材料与结构，2004,9：22-28.［3］吴永彬，王红庄，蒋有伟等.特稠油及超稠油油藏纳米磁