摘要

如何大幅度提高中深层稠油采收率，实现降本增效，一直是稠油油藏开采的瓶颈和攻关的重点方向。化学降黏辅助热采技术因其降黏效果好、经济效益高，在中深层稠油油藏开采中具有很大的应用潜力。为此，对现有应用于中深层稠油油藏的化学降黏技术进行了全面回顾，并分别阐述了乳化降黏、油溶性降黏剂降黏、水热催化裂解降黏、纳米材料降黏这4 个工艺的基本原理、主要特征、适用性和局限性，并提出了未来降黏技术的发展方向。

研究结果表明：①乳化降黏成本低，降黏效果好，工艺简单，见效快，但是乳化剂对不同稠油的通用性及其自身的耐温耐盐性还需进一步提升；②油溶性降黏剂能耗低，可与稠油充分接触，但降黏效果有限且应用成本较高且降黏机理等方面还需进一步深入研究；③水热催化裂解降黏技术大有可为，开发高效、低成本、高活性、高选择性、应用广泛的催化剂以适应不同稠油是应有之路，超分散纳米催化剂是未来研究重点；④纳米粒子作为吸附剂和催化剂在中深层稠油开采中具有很大潜力，但实际应用仍然不够成熟。

结论认为，化学降黏技术发展现状与研究进展的梳理，明确了研发适用中深层稠油开采的降黏技术于对保障我国石油安全，提高国内中深层稠油采收率具有重要现实意义。

1. 研究背景

能源是人类社会与经济发展的重要支撑。目前的能源体系中，石油占据着关键地位，在全球能源消费结构中占据较大比重。作为世界第二大经济体， 中国的石油需求随着经济的持续增长而逐年增加。但是我国的石油产量却显著低于其他主要石油生产国， 石油对外依存度仍然较高。据统计，2020 年我国原油总产量1.95×10⁸ t，进口5.42×10⁸ t，对外依存度达73.5%。图1 为世界主要石油生产国2020 年石油产量。我国石油产量显著低于其他主要石油生产国， 主要原因在于石油储量较少，低品质储藏即稠油储藏占比较大。根据2015 年国土资源部发布的数据，我国稠油资源约占已探明石油资源总储量的35%。依据我国分类标准，稠油是指在油层条件下原油黏度大于50 mPa·s，20 ℃时相对密度大于0.92 的原油， 如表1 所示。由于稠油密度大、黏度高，开采技术难度大，平均单井日产量低，因此，提高稠油采收率是油气田开发领域重要的研究方向，对保障我国石油安全、实现能源转型升级具有重大意义。

稠油的开采技术主要包括冷采和热采技术两大类。冷采技术是指通过使用非加热方法提高稠油渗流速度，实现稠油开采，主要包括水驱、化学驱、二氧化碳驱、微生物驱等技术。冷采技术主要适用于油层条件下原油黏度介于50～100 mPa·s 之间的普通稠油。我国已探明的稠油油藏中，埋藏深度大于800 m 的稠油储量约占80% 以上，其中约一半埋深介于1 300～1 700 m，属于中深层稠油油藏，原油黏度更高，密度更大。相比浅层稠油油藏，中深层稠油油藏开采难度更大，一般利用热采技术进行开采，即通过加热的方式降低稠油黏度，提高稠油渗流速度，主要包括蒸汽吞吐（CSS）、蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油（SAGD）、热水驱以及火驱技术。但是热水驱及常用蒸汽开发方式都存在能耗过高、采收率低、油藏限制条件多的问题。因此，目前大多采用化学降黏辅助热采技术以克服单一热采的缺点， 提高中深层稠油油藏采收率，增强经济效益。笔者根据稠油致黏机理，从乳化降黏、油溶性降黏剂降黏、水热催化裂解降黏、纳米材料降黏四方面，综述了目前稠油开采中化学降黏技术的发展现状与研究进展， 并对其不足之处及未来发展趋势做出了展望，为国内中深层稠油开采的工作提供参考。

2. 稠油组成及致黏机理

稠油是由饱和烃、芳香烃等轻质组分和胶质、沥青质等重质组分按照一定比例构成的复杂产物。而稠油之所以“稠”，原因在于其高比例胶质、沥青质的存在。关于胶质、沥青质的结构及其致黏机理， 学界有诸多的研究与猜测，一般认为沥青质是主要影响因素。沥青质单体分子呈强极性，含有较多的芳杂环结构，芳杂环结构通过π—π 共轭作用相互堆叠，这种堆叠结构能够被沥青质中氧、氮、硫等杂原子的氢键作用或稠油中Ni、V 等金属杂原子的螯合作用进一步固定，形成沥青质超分子结构。同样具有较多极性基团的胶质分子包覆在沥青质聚集体周围形成包覆层，被胶质包覆的沥青质粒子也具有较强的极性，通过氢键作用进一步相互堆积，最终形成大分子聚集体，由此造成了稠油的高黏度。图2 是Gray 等提出的一种沥青质聚集体超分子组装结构，认为沥青质聚集体是氢键、金属螯合作用、范德华力、π—π 相互作用及酸碱作用共同形成的超分子结构。

此外，稠油易与少量水形成稳定的W/O 型稠油乳状液，导致黏度增加。在石油工业中，加工处理这种稳定的W/O型稠油乳状液是比较困难和具有挑战性的。沥青质的存在有利于这种W/O型乳状液的稳定，这是因为沥青质分子本身也是一种天然的表面活性剂，其金属杂原子等极性官能团具有较强的亲水性，而分子中的芳香环结构和碳氢链则具有疏水性。沥青质分子的这种两亲性，使得它们能够在油水界面处吸附，形成具有一定机械强度的界面膜，从而阻止水滴并聚，增强了W/O型乳状液的稳定性。Liu等利用分子模拟的方法研究了沥青质分子在甲苯/水界面处的界面行为，结果发现沥青质分子能够在甲苯/水界面处自组装成纳米级的有序聚集体，而且这些聚集体间存在较强的相互作用，使得甲苯/水界面处形成一个稳定的界面膜，油相将水滴包围在沥青质界面膜内（图3，绿色、白色和粉色分别代表水、甲苯和沥青质分子）。

3. 中深层稠油化学降黏开采方法

3.1 乳化降黏

乳化降黏技术始于20世纪60年代，是一种较为成熟的技术，一般是指通过添加一定量的表面活性物质，将稠油乳状液乳化或者反相为O/W型乳状液（图4），从而降低稠油黏度。目前，关于稠油乳化降黏的研究报道较多，降黏率最高可超过99%。各种类型的稠油乳化降黏剂的研究均有报道，接下来分类予以介绍。