李保平 李傳憲 顧晨晨

1浙江浙能天然氣運(yùn)行有限公司

2中國(guó)石油大學(xué)（華東）儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院

3中國(guó)石化管道儲(chǔ)運(yùn)有限公司徐州處

我國(guó)的稠油資源約占世界總探明石油儲(chǔ)量的15%～20%，開采出這部分資源對(duì)保障國(guó)內(nèi)石油供應(yīng)具有重大意義。目前，國(guó)內(nèi)外稠油常用的降黏輸送方法有加熱法、稀釋法、摻熱水法、乳化降黏法、低黏液環(huán)法、改質(zhì)輸送法、物理場(chǎng)處理法、天然氣飽和輸送法等[1]。對(duì)于溶氣含蠟原油的溶氣特性、流變特性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量研究工作，但也僅限于對(duì)溶氣含蠟原油的黏度、密度和溶解度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。耿宏章等[2-3]、潘竟軍等[4-5]、薛海濤等[6]利用自行研制的設(shè)備研究了密度、體積系數(shù)、黏度與溫度、壓力及氣油比的關(guān)系；孫仁遠(yuǎn)等[7]測(cè)定了高壓含氣原油的凝點(diǎn)。研究結(jié)果表明，與脫氣原油相比，溶氣原油的凝點(diǎn)降低，流變特性得到改善。但目前針對(duì)稠油的天然氣飽和輸送方面的研究較少。

本文利用自行研制的飽和溶氣原油制備測(cè)量裝置研究勝利清河稠油和不同氣體在不同壓力下的溶氣特性與流變特性。該研究對(duì)于國(guó)內(nèi)外稠油的開采利用、天然氣飽和輸送降黏法的應(yīng)用、礦場(chǎng)集輸管路優(yōu)化設(shè)計(jì)和安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)原料和方法

本實(shí)驗(yàn)所用油樣為勝利清河稠油，其基本組成及物性見表1。

表1 清河稠油基本組成及物性參數(shù)Tab.1 Basic composition and physical property of Qinghe heavy oil

實(shí)驗(yàn)中所用溶解氣體為CH4、C2H6以及CH4∶C2H6=1∶1 的混合氣。

溶氣原油流變性及溶解度測(cè)量裝置如圖1所示。

圖1 溶氣原油流變性及溶解度測(cè)量裝置Fig.1 Rheological property and solubility measuring device of dissolved gas oil

溶氣原油溶解度測(cè)量：利用自制的溶氣原油溶解度測(cè)定裝置按照相應(yīng)的溶解度測(cè)量實(shí)驗(yàn)步驟[8]，將溶解氣從溶氣原油中充分釋放，根據(jù)測(cè)量得到脫氣原油體積V脫和溶解氣體積V氣，然后通過計(jì)算求得溶解度S=V氣/V脫。實(shí)驗(yàn)壓力為0～2 MPa，實(shí)驗(yàn)溫度控制在（50±0.1）℃。

溶氣原油流變性測(cè)量：利用自制的溶氣原油流變性測(cè)量裝置按照相應(yīng)的流變性測(cè)量實(shí)驗(yàn)步驟，測(cè)量不同實(shí)驗(yàn)條件下溶氣原油的黏度。本實(shí)驗(yàn)中利用AR-G2 高壓流變儀邊降溫邊剪切，測(cè)量油樣的黏度，壓力為0～2 MPa，溫度范圍為80～30 ℃，降溫速率為0.5 ℃/min，剪切速率均選為100 s-1。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 溶解度的測(cè)量

本實(shí)驗(yàn)測(cè)定了CH4、C2H6、混合氣不同壓力條件下勝利清河稠油的溶解度，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 不同溶解氣在清河稠油中的溶解度Fig.2 Solubility of different dissolved gas in Qinghe heavy oil

由圖2 可知：

（1）在相同的溫度、壓力條件下，三種氣體在清河稠油中的溶解度相對(duì)大小關(guān)系為：S(C2H6)＞S(混合氣)＞S(CH4)。根據(jù)相似相溶原理，C2H6更易溶于原油中，所以C2H6的溶解度大于CH4，而混合氣的溶解度介于二者之間。

（2）在實(shí)驗(yàn)壓力范圍內(nèi)，CH4、C2H6、混合氣三種氣體在清河稠油中的溶解度隨著壓力的升高基本呈線性規(guī)律增大。亨利定律指出：在等溫等壓下，某種氣體在溶液中的溶解度與液面上該氣體的平衡壓力成正比，所以隨著壓力的升高，溶解度基本呈線性規(guī)律增大。

2.2 溶氣稠油黏度

本實(shí)驗(yàn)測(cè)定了清河稠油在50 ℃和不同壓力條件下飽和溶解CH4、C2H6、混合氣后的黏度隨溫度的變化關(guān)系（圖3～圖6）。

圖3 CH4飽和溶氣稠油的黏溫曲線Fig.3 Viscosity and temperature curve of dissolved gas heavy oil with saturated CH4

圖4 C2H6飽和溶氣稠油的黏溫曲線Fig.4 Viscosity and temperature curve of dissolved gas heavy oil with saturated C2H6

由圖3～圖6 可以看出：

（1）對(duì)于某種氣體，在同一溫度下，隨著壓力升高，清河溶氣稠油的黏度不斷降低，降黏率不斷增大。例如對(duì)于C2H6溶氣稠油，在50 ℃時(shí)，0.5～2.0 MPa 的降黏率分別為28.54%、53.34%、64.57%、73.74%。由于壓力越高，氣體的溶解度越大，原油中溶入的輕組分氣體越多，小分子的氣體對(duì)原油具有一定的稀釋作用，所以壓力越高降黏率越大。

圖5 混合氣飽和溶氣稠油的黏溫曲線Fig.3 Viscosity and temperature curve of dissolved gas heavy oil with saturated mixture gas

圖6 CH4、C2H6、混合氣在2 MPa 的黏溫曲線Fig.3 Viscosity and temperature curve of CH4，C2H6and mixed gas when the pressure is 2.0 MPa

（2）在相同的溫度和壓力條件下，不同溶解氣的降黏率大小關(guān)系為C2H6＞混合氣＞CH4。由于在相同的溫度、壓力條件下，不同氣體在清河稠油中的溶解度不同，根據(jù)相似相溶原理，溶解度大小關(guān)系為S(C2H6)＞S(混合氣)＞S(CH4)，氣體的溶解度越大，原油中溶入的輕組分越多，小分子對(duì)原油的稀釋作用越顯著，降黏率就越大。

（3）對(duì)于飽和溶解三種氣體的稠油，在相同的壓力條件下，其降黏率均隨著溫度的降低而增大。例如對(duì)于2 MPa 下的乙烷溶氣稠油，在80 ℃時(shí)降黏率為60.61%，而在30 ℃時(shí)降黏率則為81.18%。這是由于一方面隨著溫度降低，溶氣原油的溶解度會(huì)略有增大，稠油的溶氣降黏效果更顯著；另一方面，溫度越低，稠油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等締合程度越高，溶解氣對(duì)稠油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等締合結(jié)構(gòu)的阻礙和破壞作用也越顯著，因而降黏率也就越高。

3 結(jié)論

利用自行研制的室內(nèi)飽和溶氣原油制備裝置制備了在0～2 MPa 壓力下飽和溶解CH4、C2H6及其1∶1 混合氣的清河飽和溶氣稠油，并利用溶氣原油溶解度測(cè)量裝置和流變性測(cè)量裝置對(duì)其溶氣特性和黏溫特性進(jìn)行了研究，所得結(jié)論如下：

（1）清河稠油飽和溶氣之后降黏效果顯著，稠油的低溫流動(dòng)性得到明顯改善，例如在30 ℃時(shí)2 MPa 的C2H6飽和溶氣稠油黏度比30 ℃的清河稠油黏度降低了81.18%。

（2）在實(shí)驗(yàn)壓力范圍內(nèi)，CH4、C2H6、混合氣三種氣體在清河稠油中的溶解度均隨著溶氣壓力的升高基本呈線性規(guī)律增大；在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，不同氣體在勝利清河稠油中的溶解度不同，三種氣體在清河稠油中的溶解度相對(duì)大小關(guān)系為：S(C2H6)＞S(混合氣)＞S(CH4)。

（3）壓力越高，氣體在清河稠油中的溶解度越大，溶解的小分子氣體對(duì)稠油的稀釋作用越顯著，飽和溶氣原油的黏度下降越多，降黏率也就越大；在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，不同氣體在清河稠油中的溶氣降黏特性不同，三種氣體對(duì)清河稠油降黏率的相對(duì)大小關(guān)系為：C2H6＞混合氣＞CH4；清河飽和溶氣稠油的降黏率隨溫度降低而增大。