一种使用电场和搅拌改善原油流动性的综合处理方法

摘要

本发明提供了一种使用电场和搅拌改善原油流动性的综合处理方法，所述方法包括以下步骤：首先，向所述原油施加一定强度的电场，得到改性油品；再对所述改性油品按照一定能量耗散进行搅拌，得到综合处理后的油品；或者，首先，对所述原油按照一定能量耗散进行搅拌，得到改性油品；再向所述改性油品施加一定强度的电场，得到综合处理后的油品。相比现有的电场改善原油流动性方法，本发明提供的该方法能进一步提高降黏幅度，从而改善油品的低温流动性；且相同能量耗散下的降黏幅度相同，为预测降黏效果提供依据；同时该方法的降黏效果有很长的时效性，更加适应实际生产的要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用电场和搅拌改善原油流动性的综合处理方法，属于油品降黏技术领域。

背景技术

我国陆地及海洋油田所产原油，在常温乃至低温下常具有高黏特性，其流动性较差，这是本领域公知的。降低原油的黏度以改善原油流动性，是原油管道输送过程常常面临的难题。对于含蜡原油而言，当油温低于析蜡点时，原油中的蜡晶逐渐析出，随着温度进一步降低，析出的蜡晶相互联结形成海绵状的三维网络结构，致使其表观黏度显著升高，阻碍其流动。同样地，对于稠油而言，原油中的沥青质在低温下相互聚集，形成微小的胶束或胶团，增大表观黏度，导致稠油低温流动性变差。因此，研究原油低温流动性改善的新技术，并将其应用于原油生产和管道运输中，对于安全、高效地输送原油具有十分重要的意义。

为了改善原油低温流动性，常用加热输送、掺稀输送、化学剂改性输送等技术，但上述技术均存在一定的不足，例如改性所需能耗高、普适性较差等。此外，电场处理作为一种新的原油改性方法，近年得到国内外广泛关注，改性后原油的流动性显著改善，但是存在改性效果不持久、改性效果评价不全面等问题。

发明内容

为了解决上述的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种使用电场和搅拌改善原油流动性的综合处理方法。相比现有的电场改善原油流动性方法，本发明提供的该方法能进一步提高降黏幅度，从而改善油品的低温流动性；且相同能量耗散下的降黏幅度相同，可为预测降黏效果提供依据；同时该方法的降黏效果有很长的时效性，更加适应实际生产的要求。

为达到上述目的，本发明提供一种使用电场和搅拌改善原油流动性的综合处理方法，所述方法包括以下步骤：

首先，向所述原油施加一定强度的电场，得到改性油品；再对所述改性油品按照一定能量耗散进行搅拌，得到综合处理后的油品；

或者，首先，对所述原油按照一定能量耗散进行搅拌，得到改性油品；再向所述改性油品施加一定强度的电场，得到综合处理后的油品。

根据本发明所述的方法，本领域技术人员可以根据现场作业需要合理调整施加电场与搅拌二者的先后顺序，优选地，所述方法包括以下步骤：首先，向所述原油施加一定强度的电场，得到改性油品；再对所述改性油品按照一定能量耗散进行搅拌，得到综合处理后的油品。

根据本发明所述的方法，优选地，所述原油包括含蜡原油、稠油及其混合原油。

根据本发明所述的方法，优选地，所述原油为含蜡原油。

根据本发明所述的方法，优选地，所述含蜡原油的含蜡量高于2.5wt％，相对介电常数为1.8-2.7。其中，所述含蜡量是以含蜡原油的总重量为100％为基准计算得到的。

根据本发明所述的方法，所述搅拌过程中使用的搅拌系统可以为原油搅拌过程使用的同轴圆筒或常规桨，在本发明优选的实施方式中，所用搅拌系统为同轴圆筒转子和同轴圆筒转筒。

根据本发明所述的方法，优选地，所述电场为直流电场或脉冲电场，该电场强度为0.1kV/mm至2.0kV/mm；

更优选地，所述电场强度为0.4kV/mm至1.5kV/mm；

还更优选地，施加电场的时间为30s至120s。根据本发明所述的方法，优选地，所述脉冲电场的时间间隔为1s至60s。

根据本发明所述的方法，优选地，所述电场数目为1至4个。根据本发明所述的方法，优选地，所述搅拌的平均剪切率为150s^-1至2000s^-1，搅拌温度在原油的凝点与析蜡点之间，搅拌时间为200s至600s。

根据本发明所述的方法，优选地，所述能量耗散为4.70×10⁵-631.80×10⁵J/m³。在本发明更为优选的实施方式中，所述能量耗散为12.06×10⁵-631.80×10⁵J/m³。其中，该能量耗散是指单位体积的待处理原油的能量耗散。

本发明所提供的使用电场和搅拌改善原油流动性的综合处理方法包括向原油施加一定强度的电场后，对电场改性原油在低温下按照一定能量耗散进行搅拌，或者先对原油在低温下按照一定能量耗散进行搅拌后，再向搅拌后的原油施加一定强度的电场，以降低所述原油的黏度，改善其流动性。其中，施加一定强度电场和搅拌是原油等绝缘性良好的液体产生降黏效果，以改善其流动性所必需的。本发明对需要降低黏度的原油管道输送具有很重要的意义，更具体地，其为长距离管道输送原油降低黏度提供了一种能耗很低的重要方法，该方法可以防止流体输送过程中由于温降所引起流体黏度增大、能耗显著升高的问题。

为了获得持久的降黏效果，需要施加一定强度的电场，再以合适的速率搅拌流体。例如，在本发明优选的实施方式中，施加的电场强度可在约0.4kV/mm至约1.5kV/mm的范围内，施加电场的时间可在约30s至约120s的范围内，搅拌的平均剪切率可在约150s^-1至约2000s^-1的范围内，搅拌时间可在约200s至约600s的范围内。在该范围内特定值的选择可以根据实验流体的种类、黏度降低的期望程度、流体的温度选择得到。不言而喻地，如果施加电场强度过低、搅拌速率过低、搅拌时间过短，结果将会是黏度没有显著变化，或者降黏效果持续时间较短中的一种。

如上所指出，向流体施加电场强度、搅拌速率和搅拌时间是很重要的，因此以能量耗散为指标来将搅拌速率和搅拌时间结合一起，同时引入搅拌时流体本身的黏度，从而衡量搅拌效果。

在本发明所提供的方法中，电场处理后的原油经相同能量耗散搅拌作用后，其降黏效果相同，这对原油黏度改善效果的预测、模拟提供了依据。

根据本发明所述的方法，通过向实验流体施加一定强度的电场和搅拌后，实验流体中蜡晶等颗粒聚集，增大了体系的多分散性。一旦脱离电场和搅拌，原油中的颗粒逐渐分散，打乱颗粒的有序分布，黏度随时间增长回弹至初始值，费时60小时以上黏度回弹至初始值。

根据本发明所述的方法，使用电场可为高压直流电场或是低频脉冲电场。当施加脉冲电场时，间隔在1s至60s的范围内，例如脉冲电压间隔时间为15s。其中，电场方向不限于流体流动方向，可根据不同流体进行选择，电场加载方向可与流体流动方向平行或成一定夹角，例如与流体方向相反。

根据本发明所述的方法，实验流体接受的电场强度和持续时间取决于流体的类型例如含蜡原油、稠油、混合原油等。已经确定综合处理以前的流体的黏度越大，在经电场改性、搅拌之后的黏度降幅也会越大。

根据本发明所述的方法，在本发明一优选实施方案中，原油流经电极间产生的电场后，通常而言，所需电极为2至5个，确保产生电场1至4个，再用同轴圆筒搅拌系统搅拌流体。原油可与电极接触，穿过带孔电极板，也可似加载电场的方向与流体方向成夹角，不与流体进行直接接触；所述搅拌过程使用同轴圆筒转子和同轴圆筒转筒。

为实现低温下原油流动性改性并有持久的降黏效果，本发明提出了高黏原油经过电场改性后，在经历搅拌改善油品流动性的新方法。本发明提供的方法能耗低，能够显著降低油品黏度，同时能够预测降黏效果，降黏效果维持很久，能改善油品在低温下的流动能力。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的使用电场和搅拌改善原油流动性的综合处理方法的工艺流程示意图；

图2为本发明实施例1提供的含蜡原油经电场和搅拌综合处理后以及经电场和降凝剂综合处理后，其黏度随时间的变化关系图(18℃)；

图3为本发明实施例2提供的含蜡原油在不同搅拌时间下，其降黏率随剪切率的变化关系图(18℃)；

图4为本发明实施例2提供的含蜡原油在电场和搅拌综合处理下，其降黏率随单位体积的能量耗散变化关系图(18℃)。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种使用电场和搅拌改善原油(含蜡原油)流动性的综合处理方法，该方法的工艺流程示意图如图1所示，其包括以下步骤：

选用400g含蜡原油(含蜡量为10.8wt％，相对介电常数为2.0)，其凝点为14℃(析蜡点37℃)；该油品为18℃时，对该油品施加0.8kV/mm强度的电场处理90s后得到油品A；

再对油品A进行搅拌，搅拌平均剪切率为250s^-1，搅拌时间为500s，得到搅拌后的油品B，对应的单位体积的能量耗散为21.94×10⁵J/m³。

随后将油品B转移至HAAKE RS150旋转流变仪中测试18℃条件下，油品在恒温不同时间，10s^-1下的黏度。由此得到综合改性后油品的黏度，其结果见图2和表1所示。其中，降黏率计算公式如式1所示。

式1中，ε为降黏率，％；η₀为未经任何处理的油品黏度，mPa·s；η₁为经电场改性和搅拌后的油品黏度，mPa·s。

对比例1

本对比例提供了一种使含蜡原油降凝降黏的综合处理方法(该方法为CN107435816A公开的方法)，该方法包括以下步骤：

选用400g含蜡原油(含蜡量为10.8wt％，相对介电常数为2.0)，其凝点为14℃(析蜡点37℃)；选用一种降凝剂(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，EVA)并在室温条件下(26℃)将其加入含蜡原油中，其中，降凝剂的质量浓度为1％，加入0.7g(加剂浓度为70ppm)，得到加剂油品A；

在60℃热处理1h后，加剂油品A的凝点为8℃，析蜡点仍为40℃，降至要求温度18℃后，搅拌时间为3min，搅拌速率为21000rpm，得到经高速剪切搅拌后的油品B；

再对该油品B施加0.8kV/mm强度的电场处理90s，得到处理后的原油。

再采用与实施例1中相同的方法测得该处理后的原油在恒温不同时间的黏度并根据如上式1计算降黏率。其对比结果见图2和表1所示。

表1

从图2、表1可以看出，未处理油样在18℃条件下，经过0.8kV/mm强度的电场处理90s后得到油品A，油品A经过250s^-1搅拌500s后得到油品B，在刚处理完的时刻(0h)，油品黏度为62.85mPa·s，降黏率达59.75％，采用本发明实施例1的处理方法处理后的油品降黏率比相同条件下采用对比例1提供的电场和降凝剂综合处理方法处理后所得油品的降黏率提升近一倍(降黏率为31.10％)，可见，对比例1中添加降凝剂的原油在经历高剪后，其改性效果较差，而本发明所提供的处理方法在搅拌后能进一步提高原油的降黏效果；且随着时间的增长，综合处理后的油品的黏度逐渐上升，当综合处理后60h，黏度升至151.95mPa·s，此时油品黏度仍低于未处理油品的黏度，说明本发明所提供的该处理方法仍具有一定的降黏效果，相比相同条件下电场和降凝剂综合处理下，降黏效果仅能维持32h作用，该发明所提供的方法能维持更长的改善时间。由此可见，本发明达到了降黏效果，且降黏效果具有很长的时效性。

实施例2

本实施例提供了一种使用电场和搅拌改善原油(含蜡原油)流动性的综合处理方法，该方法的工艺流程示意图如图1所示，其包括以下步骤：

选用400g含蜡原油(含蜡量为10.8wt％，相对介电常数为2.0)，其凝点为14℃(析蜡点37℃)；该油品为18℃时，对该油品施加0.8kV/mm强度的电场处理90s后得到油品A；

再对油品A进行搅拌，搅拌的平均剪切率为150s^-1至2000s^-1，搅拌时间分别为300s和500s，得到搅拌后的油品B。

随后将油品B转移至HAAKE RS150旋转流变仪中测试18℃条件下，经历不同强度搅拌后的油品在10s^-1(测试时仪器的剪切率)下的黏度。其中，未处理油品的黏度为154.01mPa·s，由此得到综合改性后油品的降黏率，其结果见图3所示。其中，降黏率计算公式如上式1所示。

将不同搅拌时间和搅拌强度用能量耗散来进行定量描述。其中，单位体积的能量耗散计算公式如式2所示。

式2中，φ为单位体积的能量耗散，J/m³；为搅拌平均剪切速率，s^-1；μ为搅拌时油品黏度，mPa·s；t为搅拌时间，s。

表2

从图3和表2中可以看出，未处理油样在18℃条件下，经过0.8kV/mm强度的电场处理90s后得到油品A，油品A经过不同强度搅拌后得到油品B。随着搅拌的能量耗散提高，油品的降黏效果也越来越好。且当搅拌的能量耗散相同时，其降黏效果也是相同的。如在250s^-1搅拌300s的单位体积能量耗散为12.32×10⁵J/m³，其接近150s^-1搅拌500s的单位体积能量耗散为12.06×10⁵J/m³，而前者的降黏率为57.15％，也接近后者的降黏率56.99％，在其他不同搅拌强度和搅拌时间中，规律也是一致的：即能量耗散相同，降黏率相同。从而采用本发明所提供的处理方法能得出不同单位体积的能量耗散下的降黏率，见表3和图4。

表3

这就为我们对在不同搅拌强度和搅拌时间的降黏效果提供了预测依据；同时也为用长时间、低速率搅拌模拟输油管道石油过泵的短时间、高速率搅拌提供一种手段，由此可见，本发明所提供的方法对改性后的原油运输具有重要意义。