錦州高含蠟原油降凝劑的篩選及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

孟 迪，賀 三，袁宗明，陳云霞，蓋 蕓，梁 穎

（西南石油大學(xué)，四川成都 610500）

錦州油田生產(chǎn)原油含蠟量高達(dá)到16 %左右，凝點(diǎn)普遍在20 ℃以上。由于冬季渤海灣海水溫度很低（-5 ℃），單層保溫海管出口介質(zhì)溫度在17 ℃以下，最低達(dá)到4 ℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高含蠟原油的凝點(diǎn)，對(duì)海管的安全輸送造成了巨大的威脅。冬季出口溫度較低時(shí)，目前采取的措施是停產(chǎn)高含蠟油生產(chǎn)井，這不僅使得油田產(chǎn)量降低，還造成了管道輸送能力的浪費(fèi)。目前，管輸含蠟原油安全輸送技術(shù)包括單純的加熱、熱處理輸送、加化學(xué)劑輸送以及加劑綜合處理輸送。加劑輸送趨具有操作簡(jiǎn)單、設(shè)備投資少、無(wú)需后處理、便于對(duì)輸油過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化管理等優(yōu)點(diǎn)[1]，因此，從降低能耗和生產(chǎn)成本、提高管道運(yùn)行的安全性[2]角度來(lái)看，采用化學(xué)降凝法是實(shí)現(xiàn)原油常溫乃至低溫輸送的最簡(jiǎn)便、最有效的方法[3]。

針對(duì)錦州油品特性對(duì)本實(shí)驗(yàn)室研制的聚丙烯酸酯類G5 系列降凝劑進(jìn)行了篩選并對(duì)影響降凝效果的因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，為油田安全生產(chǎn)和原油的安全輸送提供技術(shù)支持和幫助。

1 原油的基本物性特征

錦州原油的組分及基本物性特征的相關(guān)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1）。

表1 原油的基本物性特征

由表1 可知，此原油含蠟量達(dá)16.54 %。且通過(guò)原油氣相色譜分析表明，此原油中的蠟碳數(shù)主要集中于19～29，說(shuō)明該原油對(duì)降凝劑感受性一般，因此該原油對(duì)降凝劑的要求較高。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及材料

2.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器 DC-2006 低溫恒溫槽、NDJ-79 型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、電熱恒溫水浴鍋、鐵架臺(tái)、FA2004N 電子天平（精度為0.001 g）、真空干燥箱、浮子式石油密度計(jì)、試管、聚塞量筒等。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)材料 試驗(yàn)油樣：錦州原油油樣；二甲苯（分析純）；G5 系列降凝劑、甲醇（分析純）等。

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法

2.2.1 降凝劑的篩選及最佳加劑條件的確定 以降粘和降凝幅度較大、加劑量較低、熱處理溫度低為最佳加劑條件。

按照SY/T 0541-2009《原油凝點(diǎn)測(cè)定法》測(cè)定原油及加劑原油的凝點(diǎn)。

原油和加劑原油粘溫曲線的測(cè)定：在60 ℃加熱條件下，加入降凝劑，按照SY/T 0520-2008《原油粘度測(cè)定-旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)平衡法》測(cè)定空白油樣及加劑原油的粘溫曲線。

2.2.2 加劑原油的靜態(tài)穩(wěn)定性 將油樣加熱至60 ℃，添加200 mg/L 降凝劑后靜態(tài)降溫至終冷溫度（18 ℃），每隔一段時(shí)間取樣測(cè)定其凝點(diǎn)及粘度。

2.2.3 降凝劑的流動(dòng)性及配伍性 現(xiàn)場(chǎng)使甲醇作為水合物抑制劑。為了防止降凝劑與甲醇相互作用而對(duì)降凝效果產(chǎn)生影響，因此從甲醇與降凝劑混合后的性狀及其降凝效果兩方面考察兩者的配伍性。

現(xiàn)場(chǎng)冬季環(huán)境溫度低于0 ℃時(shí)，易造成降凝劑流動(dòng)性差，影響降凝效果。因此有必要對(duì)降凝劑的低溫流動(dòng)性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探討。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 降凝劑初步篩選

對(duì)G5 系列降凝劑進(jìn)行的篩選實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表2）。

表2 降凝劑的篩選結(jié)果

由表2 可以看出，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研制的系列降凝劑對(duì)錦州原油均有不同程度的降凝效果。但在相同添加濃度下，降凝劑G51 可以將原油凝點(diǎn)由22 ℃降至13 ℃，降凝幅度（9 ℃）最大。因此選取降凝劑G51 為最佳降凝劑。

3.2 最優(yōu)加劑條件確定

3.2.1 加劑濃度確定

（1）加劑濃度對(duì)凝點(diǎn)影響：降凝劑G51 加劑濃度對(duì)油樣凝點(diǎn)影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表3）。

表3 加劑濃度對(duì)油樣的凝點(diǎn)的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨加劑濃度的增加，原油的凝點(diǎn)不斷下降；添加濃度達(dá)到1 000 mg/L 時(shí)，凝點(diǎn)由22 ℃降至7 ℃。當(dāng)降凝劑的濃度大于400 mg/L 時(shí)，降凝幅度變小。分析其原因，對(duì)于某種降凝劑，在一定處理?xiàng)l件下，蠟晶的可改性是有限的。當(dāng)原油中的降凝劑達(dá)到某一定量時(shí)，降凝劑對(duì)原油的改性作用接近極限。小于該量時(shí)，降凝劑分子難以滿足與蠟共晶、吸附的要求，原油流變性還有改進(jìn)的余地。大于該量時(shí)，過(guò)量的降凝劑分子不能再參與共晶、吸附作用，此時(shí)，原油流變性變化將非常平緩[4]。

（2）加劑濃度對(duì)原油粘度的影響：測(cè)定不同加劑濃度下降凝劑對(duì)原油降粘作用的影響?？瞻子蜆雍筒煌觿┝坑蜆訉?duì)比粘溫曲線（見(jiàn)圖1），降凝劑G51 不同加劑量在12～20 ℃溫度段內(nèi)的降粘率（見(jiàn)圖2）。

圖1 加劑油樣的粘溫曲線

圖2 添加濃度對(duì)降粘效果的影響

由圖1、圖2 可知，空白油樣的反常點(diǎn)為29 ℃，當(dāng)溫度高于反常點(diǎn)的溫度時(shí)原油的粘度隨溫度的降低而降低的幅度很小，當(dāng)溫度低于反常點(diǎn)后隨溫度的降低，原油的表觀粘度急劇上升，表明原油進(jìn)入析蠟高峰區(qū)；添加降凝劑G51 后，原油的反常點(diǎn)降至18 ℃；降凝劑對(duì)綜合油樣的降粘效果明顯，對(duì)原油的低溫流動(dòng)性有明顯改善，牛頓流體溫度范圍向低溫方向拓寬，并使非牛頓流體溫度范圍變窄，表觀粘度下降。18 ℃時(shí)，加劑200 mg/L 的降粘率為71.23 %，加劑400 mg/L 的降粘率為76.16 %。

綜合降凝劑的降凝、降粘效果以及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)濟(jì)等方面綜合考慮，選定降凝劑G51 的合理添加濃度400 mg/L。

3.2.2 加劑溫度 不同加劑溫度對(duì)降凝劑降凝效果的影響結(jié)果（見(jiàn)表4）。

表4 加劑溫度對(duì)降凝效果的影響

由表4 可知，隨加劑溫度的升高，加劑后原油的凝點(diǎn)相應(yīng)地降低。當(dāng)加劑溫度為60 ℃時(shí)凝點(diǎn)趨于穩(wěn)定。因此加劑溫度以60 ℃以上為合理加劑溫度。原因是加劑溫度較低時(shí)，原油中存在的蠟晶、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)以及降凝劑活性較小，加劑原油各組分的形態(tài)數(shù)量及結(jié)構(gòu)等發(fā)生了較大變化不易形成有利于原油低溫流動(dòng)性改善的蠟晶結(jié)構(gòu)[5～6]。在溫度達(dá)到60 ℃時(shí)，原油中的蠟質(zhì)基本完全溶解，隨著加劑溫度的升高，降凝劑中的有效成分與原油中的蠟相互作用的更加充分，于是當(dāng)原油溫度降低時(shí)，降凝劑與蠟共晶或吸附于蠟晶表面，抑制蠟晶形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使原油低溫流動(dòng)性得以改善。

3.3 靜態(tài)穩(wěn)定性

降凝劑對(duì)原油的改性效果會(huì)隨著加劑時(shí)間的延長(zhǎng)，改性效果逐漸消失[6]。因此當(dāng)原油管道遇到突發(fā)狀況意外停輸、搶修時(shí)，加劑原油的靜態(tài)穩(wěn)定性成為重要的安全技術(shù)參數(shù)。

加劑量為200 mg/L 的加劑原油樣靜置24 h、48 h、64 h 后凝點(diǎn)及終冷溫度（18 ℃）下粘度測(cè)試結(jié)果（見(jiàn)表5）。

表5 靜態(tài)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表5 可知油樣在靜置24 h、48 h、72 h 后的凝點(diǎn)基本無(wú)變化，粘度回升幅度也較小。說(shuō)明降凝劑G51對(duì)油田生產(chǎn)的原油具有很好的靜態(tài)穩(wěn)定性，當(dāng)原油管道計(jì)劃停輸或突發(fā)狀況停輸時(shí)具有很好的安全性。

3.4 降凝劑的配伍性及流動(dòng)特性

降凝劑G51 溶液與甲醇混合后仍保持澄清透明狀態(tài)，并未出現(xiàn)任何沉淀和絮狀物。當(dāng)相同濃度添加濃度相同，混有甲醇的降凝劑與未混有甲醇的降凝劑原油凝點(diǎn)與之前所測(cè)凝點(diǎn)一致。以上兩點(diǎn)說(shuō)明降凝劑G51 與甲醇的配伍性好，且仍具有良好的降凝效果，能保證現(xiàn)場(chǎng)管輸原油的安全運(yùn)行。

濃度為10 %的降凝劑G51 的自身凝點(diǎn)為3 ℃。常溫（15～30 ℃）下具有良好的流動(dòng)性。冬季現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度低，降凝劑流動(dòng)性差，因此加藥前需對(duì)藥劑進(jìn)行加熱。根據(jù)測(cè)算，降凝劑G51 與現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)使用的降凝劑相比，在平臺(tái)上保溫房?jī)?nèi)的加熱時(shí)間較短，約為12 h（約為現(xiàn)使用降凝劑的1/4），大大縮短了加熱的時(shí)間，大大降低了能量的消耗。

4 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)所得新型降凝劑G51 在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)條件下的降凝效果，實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。加劑運(yùn)行試驗(yàn)后，海管出口油樣的凝點(diǎn)一般保持在13～15 ℃，與空白油樣凝點(diǎn)（28 ℃）相比，降低了13 ～15 ℃，降凝效果明顯。添加降凝劑G51 后，海管進(jìn)出口壓力基本無(wú)變化。除清管階段外，管道壓差基本維持在0.382～0.421 MPa，一般穩(wěn)定在0.4 MPa 左右。比試驗(yàn)前在0.391～0.455 MPa，一般在0.42 MPa 左右，比試驗(yàn)前壓降略低。

5 結(jié)論

（1）室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，降凝劑G51 對(duì)高含蠟的錦州原油有較好的降凝效果，可使原油凝點(diǎn)降低7～15 ℃。合理添加濃度為400 mg/L，最佳處理溫度為60 ℃。

（2）降凝劑G51 對(duì)油樣有很好的靜態(tài)穩(wěn)定性，當(dāng)原油管道計(jì)劃停輸或突發(fā)狀況停輸時(shí)具有很好的安全性。

（3）降凝劑與水合物抑制劑甲醇的配伍性好，并未出現(xiàn)大量沉淀和絮狀物，仍具有良好的降凝效果，能保證現(xiàn)場(chǎng)安全運(yùn)行。濃度為10 %的降凝劑G51 的自身凝點(diǎn)為3 ℃，在常溫（15～30 ℃）下流動(dòng)性能好。在冬季環(huán)境溫度低時(shí)，加熱條件下能很快的恢復(fù)流動(dòng)性，大大降低了能源消耗。

（4）在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，添加降凝劑G51 后，與空白油樣凝點(diǎn)（28 ℃）相比，則降低了13～15 ℃，并保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。海管進(jìn)出口壓力基本無(wú)變化，運(yùn)行壓差和試驗(yàn)前相比略低。

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