[科普中国]-含蜡原油

含蜡原油是指含蜡量在2.5%~10%之间的原油。在原油生产中有些区块生产的原油含有较高的石蜡成分，称之为含蜡原油。含蜡原油一般都含有很高的石蜡成分，在温度低于倾点时会产生凝胶结构。在生产和运输过程中，石蜡会随着油温下降而产生沉淀。储存的原油会在后续操作中产生有害影响。因此，含蜡原油的流变学行为对溢油回收方案的选取有至关重要的影响。1

简介我同油田所产原油，大多属含蜡原油。据统计，含蜡量高于10%的原油约占全国原油总产量的90%。原油特别是含蜡原油是一种复杂的多组分混合物。在常温常压下，它是以气、液、固相共存的胶状悬浮体系。当原油中的分散相（或称胶凝物）的浓度增大时，原油的流变行为产生异常，即呈现非牛顿特性，流变学是近代发展起来的一门新兴边缘学科，其研究对象是力学特征复杂的物料。原油特别是含蜡原油属复杂物料，具有复杂的流变性质。日前，石油工业中常用凝点、黏度及屈服值三个指标来综合衡量原油在一般工程应用温度范围内的流变性质。

含蜡原油的凝点特征凝固点是原油低温流变性的特征表征参数之一。如下图，大庆原油和中原原油是典型的高含蜡原油。

从表中可见，含蜡原油的显著特点是含蜡量较高、凝固点高。

根据含蜡原油的流变特征可以看出，含蜡原油原油具有高凝固点、高黏度的特点，这给储运工作带来以下几个方面的问题。

1、由于原油的凝固点比较高，一般在环境温度下就失去流动性或流动性很差，因而不能直接常温输送。

2、在环境温度下，含蜡原油即使能够流动，其视黏度也很高。因此常温输送时摩阻损失都很大，是很不经济的。

3、高凝高黏原油给储运系统的运行管理也带来了某些特殊问题，主要有储罐和管道系统的结蜡问题和管道停输后的再启动问题。

为了保证原油输送管道安全的运行，我国一度普遍采用的工艺方法是加热输送。虽然行之有效，但它需要昂贵的投资，耗费大量燃料，经营费用高，而且管道内的原油受环境温度的影响，容易造成事故，同时还存在停输再启动难的问题。据不完全统计，加热管输的燃料动力消耗约占输油成本的1/3。所以，研究人员不断探求着能够改善含蜡原油流变性实现安全节能输送的输油工艺。日前，在含蜡原油k距离输送中应用的流变性改善节能输送工艺主要有热处理输送丁艺、添加降凝剂输送工艺以及掺和轻油稀释输送工艺等。2

含蜡原油热处理输送工艺所谓含蜡原油的热处理就是将含蜡原油加热到一定温度，使其中的蜡晶充分溶解，胶质、沥青质充分游离，随后以一定的冷却速度和冷却方式进行冷却，以改善原油中的蜡晶结构，最终改善含蜡原油的低温流变性，从而实现含蜡原油的常温输送或少加热输送。

通过对热处理的描述可见，含蜡原油热处理未添加任何药剂，只是通过一些工序改变含蜡原油的低温流变性而已、阅此，讨论影响含蜡原油热处理输送的影响因素就是讨论含蜡原油流变性的影响因素。其中最根本的是含蜡原油组成的影响，其次是含蜡原油的历史效应。

含蜡原油组成的影响使原油产生异常流动性的主要物质如下。

1、蜡

蜡分为石蜡和地蜡。当温度降低时，原油中析出的白色片状或带状结晶是石蜡。石蜡分子的碳原子数为16~35，即C16~C35，相对分子质量约为300~450。单个固态石蜡熔点约为30~70℃。固态石蜡的密度约为0.865~0.94g/cm3。其溶解度与温度有关，当温度降低时，石蜡在甲烷族中的溶解度急剧下降。

2、胶质和沥青质

迄今为止，关于胶质、沥青质，国际上并没有统一的分析方法和明确的定义，人们对胶质特别是沥青质的结构尚未完全了解。目前一般把石油中不溶于非极性低分子正构烷烃而溶于苯的物质称为沥青质，它是原油中相对分子质量最大、极性最强的非烃组分。胶质，作为沥青质在原油中存在的稳定剂，是原油中相对分子质量和极性仅次于沥青质的非烃组分，其相对分子质量在500~1000之间或更大。胶质、沥青质是天然的原油降凝剂。

含蜡原油的历史效应大量研究表明，含蜡原油的低温流变性依赖于原油所经历的各种历史，如热历史、冷却速率大小、剪切历史、老化等等，因为这些外部因素能对含蜡原油的内部结构特别是蜡晶结构产生较大的影响，这一特点被称为含蜡原油的历史效应。

1、热历史的影响

热历史是指原油在某一特定流变性表现以前所经历的各种温度及其变化过程，包括加热温度、重复加热和重复加热次数等。

众所周知，原油被加热，油中存在的蜡晶颗粒会部分或全部溶解，具备了重新结晶的先决条件，并可以使沥青质高度分散，胶质稀化，加速分子的热运动。在其他条件相同的情况下，这种复杂的体系被冷却，逐渐形成与之对应的流变体结构，将因加热温度的不同而呈现不同的流变性。

2、冷却速度的影响

加热温度是原油中石蜡可能重新结晶的先决条件，冷却速率的快慢则可改变原油中石蜡颗粒的形态，宏观上呈现出不同的流变性。这是因为高温下的原油在冷却过程中，由于蜡的饱和度的下降，蜡将以结晶的形式析出长大，但这要经过两个步骤：一是晶核的形成，二是在晶核上蜡析出长大；而冷却速度的不同将影响到晶核的生成速度和蜡晶的生长速度的相对大小。一般急冷能使晶核的生成速度过大，使原油中产生大量的细小结晶，导致低温下形成致密的蜡晶结构，使原油的低温流变性恶化。若蜡晶的生长速度较之晶核的生成速度较大，在一定的蜡晶浓度下，蜡晶的数目小而蜡晶的尺寸大，低温流变性好。

另外，冷却速率也会影响胶质、沥青质对蜡晶的分散、抑制作用，因而存在一个最优冷却速度。但冷却速率对含蜡原油低温流变性的影响还存在如下几个特点：

(1)在高于蜡晶析出的温度或析蜡点的温度范围内的冷却速度对原油低温流变性基本没有影响；

(2)不同的含蜡原油其组成不同，流变性对冷却速度的敏感程度也不同。

(3)同一种含蜡原油，由于蜡分子大小分布不同，蜡的溶解度也随温度变化，因此不同的温度区间对冷却速度的感受性不同。

3、剪切历史的影响

剪切历史是指含蜡原油在特定流变性表现以前所经受的各种剪切经历。

管输过程中的含蜡原油所经受的剪切历史大体分为两大类，一类为短时间的高速剪切，如过泵剪切；第二类为长时间的中低速剪切，如管流剪切。试验表明，在析蜡高峰区范围内，不仅过泵高速剪切，而且管流的持续中低速剪切也会使原油的低温流变性变差，甚至缓慢中低速剪切的影响超过高速剪切影响；在高于析蜡点的温度下，两种剪切历史对原油的低温流变性均无影响或基本无影响；在原油中的蜡已基本析出或大部分析出的低温下，高速剪切能极大地破坏蜡晶结构，反而使原油的低温流变性变好。2

本词条内容贡献者为:

蒲富永 - 教授 - 西南大学