油田集輸油管道安全運行技術研究

陳宇 范志勇 安萬蘭 韓志峰

摘要：集輸系統原油含水率在轉相點附近時，管內介質的粘度會急劇增大，從而帶來井口回壓急劇上升，會給油井及集油系統帶來危害；部分輸油管道投產以來出現了比較嚴重的結蠟現象，加之輸量較低及運行輸量波動較大的影響，使外輸油干線實際運行時摩阻快速上升，直接影響到輸油管線的安全運行。

關鍵詞：油田集輸；油管道；安全運行

1引言

能源是人類文明和社會發展的物質基礎，直接關系到國家安全、經濟發展及人們物質文化生活水平的提高。可以說，在不斷推進的工業化和城市化進程中，能源問題愈來愈成為我國經濟發展和社會進步的“瓶頸’。隨著消費需求的急劇增長，我國對石油進口的依賴程度越來越高，2008年對外依存度已達到50%。石油工業在國民經濟中的地位舉足輕重，而在油氣生產加工和儲運中必不可少的輸油管道，則發揮著越來越關鍵的作用，成為國家不可缺少的經濟命脈之一。原油通過管道輸送時，若管壁溫度低于析蠟點，過飽和結晶析出的蠟會與原油中的其他組分一道沉積在管壁上，俗稱“結蠟”。高含蠟原油凝點一般都比較高，常采用加熱輸送，即使采用降凝劑改性輸送，也需要進行加熱處理。在大多數情況下，管內油溫都高于管壁溫度，而管壁溫度還會低于原油析蠟點。因此，高含蠟原油管道普遍存在蠟沉積問題。蠟沉積會使管道流通面積減小，摩阻增大，降低輸量和增大壓降。2009年，海拉爾油田實現原油管道外輸，共建成外輸油管道230km。投產以來，呼一聯至德二聯及德二聯至中一加熱站輸油管道分別出現了比較嚴重的結蠟現象。另外，海拉爾油田開發區塊多、層位多，且每年都有新增區塊投入開發，各區塊油品物性各異，加之輸量較低且波動較大的影響，導致外輸油干線實際運行摩阻快速上升，部分管段的壓降高達0.25MPa/km，直接影響到輸油管線的安全運行。

2含蠟原油安全輸送技術研究現狀

2.1降凝劑改性處理輸送技術

含蠟原油輸送時，常采用加降凝劑的方法。公認的降凝劑分類有三種：即表面活性劑型、聚合物型和復配型共聚物。表面活性劑型是通過吸附原理抑制蠟晶網狀結構的形成。胡合貴等利用蠟晶的偏光顯微鏡照片證實，多支鏈、空間結構對稱的降凝劑會促進蠟生成致密的蠟晶結構，抑制了晶間網狀結構的產生。

2.2影響降凝劑改性效果的因素

（1）原油的組成及降凝劑與原油的適配性

影響降凝劑改性效果的內因是原油的組成和降凝劑的化學組成。有研究表明降凝劑存在一最佳分子量范圍，當降凝劑分子量在此范圍內時降凝效果最佳。

（2）降凝劑添加量

降凝劑有一最優添加量。加劑量小，改性效果不明顯；加劑量超過一定數值后，改性效果又趨于飽和。合理的添加量為0.2%-0.6%。降凝劑添加量應考慮多種因素包括管輸過程的熱歷史、剪切歷史和運行參數等。

（3）改性處理溫度

由降凝劑作用的機理可知，原油必須加熱至蠟晶全部溶解的溫度以便降凝劑分子在降溫過程中與蠟分子“共晶”。若加熱溫度太低，原油中有部分蠟晶未溶解，則降凝劑的效果不能充分發揮。加熱溫度達到一定值后，改性效果增加緩慢，反而增加加熱能耗。

（4）剪切作用

原油的流變性受管流剪切力和泵剪切力的影響。劉忠輝認為剪切作用不能破壞在較高溫度下已析出的蠟晶結構，而只能破壞低溫下蠟與降凝劑的相互作用，使加劑原油的流動陛惡化。

3輸油管道安全運行技術的可行性分析

當熱油管道接近或低于最小輸量時，可采取的工藝措施有：改變管道條件，以降低管道的允許最小輸量。如增加加熱站、管道增加保溫等；使原油的允許進站油溫下降，采用其他輸送工藝，如稀釋輸送、熱處理輸送、加降凝劑輸送等方法；正、反輸方法，以便使實際的輸量大于允許最小輸量。

3.1加降凝劑輸送

以德二聯外輸油為介質，對近20種降凝劑樣品進行了評價實驗，篩選出了效果最好的降凝劑樣品；并按照SY/T5767管輸原油降凝劑技術條件及輸送工藝規范，評價了該藥劑在不同加藥量下的降凝效果。

德二聯外輸油的凝點為25.5 ℃，經加熱至70℃動態熱處理后凝點可降至19 ℃；投加降凝劑100mg/L條件下動態熱處理后凝點降至13 ℃：降凝劑對凝點降低的貢獻為6℃，不是很顯著。海拉爾原油的物性相對較好，其凝點在17℃與25.5℃之間，即使能夠在短時間內篩選出有效、穩定的降凝劑，使得管線的允許進站溫度有所降低，但急速下滑的輸量加上降凝劑的作用，有可能會使結蠟現象更為嚴重，從而迫使管線仍需高溫運行，這樣便失去了降凝的意義。因此，目前要考慮的問題不只是“凝固’，，還有“結蠟”，目前對于海拉爾原油管道采用降凝劑改性處理輸送的條件尚不成熟。

3.2熱處理輸送

對含蠟原油熱處理輸送工藝的適用性分析如下：

（1）我國的熱處理輸送，是在首站將原油加熱到最優熱處理溫度后，經過冷、熱油換熱后，熱油在一定溫度下進入管道，在輸送過程中自然降溫，導致降溫過程中的冷卻速率、剪切速率等受管道輸量及環境條件限制，可控度小，因此難以得到理想的改性效果。

（2）由于取得良好改性效果所需的熱處理溫度較降凝劑處理所需的溫度高，其改性效果及其穩定性也不如添加降凝劑處理好，除非結合油田原油的加熱脫水，或者通過小量調整加熱輸送的加熱溫度便可取得良好熱處理效果時，這種工藝很少單獨采用。

（3）海拉爾原油的實際蠟膠比一般大于熱處理適宜蠟膠比的上限，意味著膠質瀝青質相對較少，不能很好地起到對蠟晶的分隔作用。綜上所述，目前對于海拉爾原油管道采用熱處理輸送的條件尚不成熟。

3.3其它輸送工藝

（1）含水輸送。當管道輸量達到最小輸量后，采取輸含水油的方式，提高了混合物的平均熱容和流速，不但可提高沿線油溫，降低軸向溫降，還可使得蠟沉積速率得以降低，形成水包油型乳狀液后將是更大幅度的下降。該方法的缺點是增加了上游站庫的加熱量和下游站庫的脫水負荷。

（2）增加中間加熱站。在原來站間增加加熱站，使得輸送距離減小，在沿線溫度和壓力約束不變的情況下，降低了允許最小輸量，能夠保障管道低輸量的安全運行。但這種措施需要很大的改造工作量及投資，運行能耗也高，不利于輸油管道的經濟運行。

結語：我國不僅有大量在線運行的埋地輸油管線，還將規劃建設一些長距離輸油管線，保證輸油管道的安全、經濟、高效運行對于國計民生具有至關重要的現實意義。

參考文獻：

[1]宋曉莉.我國能源消費特點及對策[J].科技創新導報，2009， 29：165.

[2]秦雁霞.我國能源消費分析[J].科技信息，2008， 3：190.

（作者單位：冀東油田南堡油田作業區）