Page 29 - 《精细化工》2021年第5期

第 5 期 王 宁，等: 油溶性聚合物在稠油降黏中的研究进展 ·883·

油难以分离；加热降黏能耗高、污染大、经济损失 协同作用，向聚合物中引入芳香基团能进一步降低
较大；乳化降黏则存在乳状液不稳定，需后处理等 稠油的凝点。
缺点 [10] 。还有一些诸如微波加热降黏、微生物降 1.2 沥青质和胶质堆积聚集
黏 [11] 等新兴的降黏技术，但这些降黏方式对技术要 稠油黏度较高主要是由于含有大量的沥青质和
求较高，工艺有待完善，目前还无法大规模应用于 胶质。沥青质分子中的芳香环通过 π-π 共轭作用形
稠油开采工业。 成似晶缔合体微粒，并在周围分布有胶质分子。电
相较之下，油溶性降黏剂降黏技术因具有操作 负性较大的氧、氮、硫等杂原子通过氢键作用进一
简便、能耗低、避免后处理等优点，引起了广泛关 步稳定了沥青质分子间的层状堆积状态 [22] 。不同缔
注。本文针对稠油致黏原因及降黏机理，分析了降 合体微粒之间通过氢键作用相互吸引，逐渐形成了
黏剂分子结构及 3 种关键基团对降黏效果的影响， 沥青质和胶质超分子结构 [23] 。此外，沥青质中还含
综述了油溶性降黏剂的发展现状与研究进展，并对 有一些过渡金属离子 [24] ，能够与稠油中的非金属杂
其不足之处及未来发展趋势进行了展望。 原子形成过渡金属配合物，这同样会促使稠油中的
大分子发生络合、聚集 [25] 等现象。
1 稠油致黏与降黏机理 国内外对油溶性降黏剂的研究起步较晚，大多

是在降凝剂的基础上发展而来的 [26] 。以降凝剂分子
一般认为，稠油是由沥青质、胶质、饱和烃和
为基础，在含有长链烷烃和极性基团的分子中，引
芳香烃等组分按照不同比例构成。但稠油组成成分
入苯乙烯等芳香环，合成带有芳香环、烷基长链和
复杂多变，不同地区的稠油各组分含量不同。饱和
极性基团的油溶性降黏剂。根据相似相溶原理，降
烃中碳原子数较低（一般在 18~30）的正构烷烃及
少量的异构烷烃又被称为石蜡 [12] 。沥青质是石油中 黏剂分子能够很好地溶解在稠油中并与沥青质和胶
质充分接触。分子中的极性基团会优先与沥青质和
相对分子质量（简称分子量）最大且极性最强的部
[7]
分 ，它的结构可以看成是由多个芳香稠环和烷基 胶质分子中的极性部分形成氢键，并通过芳香环的
π-π 共轭作用插入到沥青质的层状堆砌结构中，形成
支链组成，含有氧、氮、硫等杂原子，分别以羧基、
羟基、酯基、氨基、硫烃基 [13] 等形式存在。胶质的 以降黏剂分子为核心的新的小型聚集体。降黏剂分
分子量和极性仅次于沥青质，与沥青质结构相似 [14] ， 子中的烷基长链则会分布在新型聚集体的表面，形
成一层非极性的溶剂化层，具有良好的空间效应和
但芳香环和环烷烃的个数要少于沥青质。
屏蔽效应，避免了分散的沥青质和胶质分子重新聚
1.1 形成蜡晶
世界范围内稠油储量丰富 [15] ，在中国，重质原 集。同时，降黏剂分子的烷基长链还能与稠油中的
油与含蜡原油在原油中的占比高达 90% [16] 。当原油 蜡发生共晶作用，改善蜡晶晶体结构，降低凝点，
增强稠油流动性。
温度低于蜡质凝点时，蜡会结晶析出，大大降低了
稠油的流动性 [17] 。当温度低于某个特定值时，蜡会 2 油溶性降黏剂的分类及其结构
在范德华力、共价键或是氢键的作用下相互交联，
形成致密的空间网状结构 [18] 。研究表明，稠油流动 2.1 油溶性降黏剂的分类
性的降低及高凝高黏的现象，正是由于石蜡形成空 油溶性降黏剂可大致分为缩合物型、高分子聚
间网状结构的缘故 [19] 。此外，原油的流动性还与蜡 合物型及高分子表面活性剂型 3 类。
晶析出后的尺寸、形态、结构有关。 缩合物型：是早期的降凝剂，主要是氯化石蜡
[7]
针对蜡质结晶的原理，国内外主要通过添加聚 和萘的缩聚产物以及氯化石蜡和酚的缩聚产物 等。
合物降凝剂来降低稠油的凝点，其作用机理主要包 高分子聚合物型：主要是不饱和单体的均聚或
含吸附、成核、共晶等理论 [20] 。结合稠油高凝的原 共聚物。丙烯酸高碳醇酯、苯乙烯、马来酸酐衍生
因及降凝剂的降凝机理可知，降凝剂分子中普遍含 物及丙烯酰胺等不饱和单体进行均聚或共聚 [27] ，得
有极性基团和非极性的烷基长链，其中烷基长链能 到具有特定分子量的油溶性降黏剂。在合成的降黏
够作为蜡晶的生长中心，蜡质与烷基长链共晶析出， 剂分子中，以三元或四元聚合物居多，二元聚合物
破坏蜡晶原有的空间网状结构；极性部分吸附在蜡 很少。主要是由于二元聚合物的官能团单一，溶解
晶最外层，使蜡晶原有的非极性表面变成极性表面， 性差，对沥青质和胶质作用有限，而多元聚合物是
减弱了蜡晶对稠油中轻质组分的吸附能力，同时避 在二元聚合物的基础上引入其他官能团，各官能团
免了蜡晶分子间的聚集 [17] 。杨飞等 [21] 的研究还进一 间协同作用，降黏效果明显。因此，多元聚合物的
步证明沥青质与聚合物降凝剂分子之间存在一定的 降黏效果要优于二元聚合物。