采用传统的稠油热化学沉降脱水工艺,存在脱水温度高、破乳剂用量大、药剂不易分散、沉降时间长等问题,很难快速达到脱水目标。稠油掺稀是加快稠油脱水的有效方法,对稠油掺稀脱水工艺开展优化研究具有非常重要的意义。本文结合室内静态和动态实验对稠油掺稀热化学沉降脱水工艺进行研究。通过改变温度、掺稀比、加药量和沉降时间等运行参数,利用瓶试法研究了稠油沉降宏观脱水效果和微观液滴粒径变化,建立了参数之间的等效关系,从微观角度揭示了各参数对宏观脱水效果的影响。此外,还建立了动态管路系统,对稠油掺稀脱水工艺中掺稀位置和运行参数进行了优化研究。静态宏观实验对影响稠油掺稀脱水效果的主要因素进行了研究。结果表明,升高温度、增大掺稀比和加药量、延长沉降时间均能有效降低稠油乳状液含水率,提高脱水效果,但各参数并不是越大越好;可以利用拟合等效曲线或者等含水量面的方法建立参数之间的量化关系,在同一等效曲线或者等含水量面上的点对应的脱水条件均能达到相同脱水效果,提供了参数优化的有效手段。静态微观实验研究了影响液滴粒径变化的主要因素,揭示了各因素对宏观脱水效果的影响。研究发现,在稠油乳状液表层,液滴粒径随着沉降时间的延长不断减小,最终达到一个较小的稳定值,液滴粒径减小越快,达到的稳定值越小,表明该工况下稠油脱水效果越好;在稠油乳状液中间层,液滴粒径随着沉降时间的延长先增大后减小,液滴粒径达到最大值越快,表明该工况下稠油脱水效果越好。升高温度、增大掺稀比和加药量既能使稠油乳状液表层液滴粒径快速达到较小稳定值,也能使稠油乳状液中间层液滴粒径快速达到最大值。此外,还对比了进站预掺混工艺和脱水后再掺混工艺的脱水效果和加热能耗,对掺稀位置进行优化。结果表明,由进站直接掺稀改为三相分离脱水后掺稀,形成脱水后再掺混工艺,能大大减小稠油乳状液在沉降脱水前的含水率,比进站预掺混工艺脱水效果更好,也更节能。