管輸原油物性變化和加劑效果分析

聶超飛，陳樹仁，徐靖巖，閆 鋒，蘭 浩，李其撫，刁 宇

1.中國石油管道科技研究中心，河北廊坊 065000

2.中油管道物資裝備有限公司，河北廊坊 065000

3.中石油山東輸油有限公司，山東日照 276800

4.中國石油管道公司，河北廊坊 065000

本文針對津華線投產(chǎn)前后管輸油品物性變化和加劑效果進(jìn)行了長期跟蹤測試，并進(jìn)行了初步分析[1-5]。

1 油品物性變化和加劑穩(wěn)定性降低

津華線線路全長188 km，設(shè)計輸量700萬t/a，設(shè)計壓力6.3MPa，管道尺寸規(guī)格D508mm×7.1mm，輸送冀東原油。除定向鉆穿越段管段采用加強(qiáng)級三層PE防腐層外，其余管段均采用保溫管，保溫層采用40 mm厚聚氨酯泡沫塑料。全線設(shè)匯鑫、青縣和任丘3座工藝站場以及8座閥室（包括5座監(jiān)控閥室和3座手動閥室）。

1.1 投產(chǎn)之前測試結(jié)果

2015年1月29日，從現(xiàn)場取冀東原油20L，取樣點(diǎn)溫度42.2℃，壓力0.11 MPa。加劑前后油品凝點(diǎn)（直接法，SY/T 0541—2009《原油凝點(diǎn)測定法》）測試結(jié)果見表1。由表1可知，冀東不加劑原油凝點(diǎn)為21℃左右，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)50×10-6的JD1#降凝劑，并經(jīng)60℃熱處理后凝點(diǎn)為8～9℃。

表1 冀東原油凝點(diǎn)測試結(jié)果

1.2 投產(chǎn)初期測試結(jié)果

津華線于2016年3月27日15:18開始啟輸加劑冀東油，輸量460 m3/h，納米降凝劑加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)100×10-6。投產(chǎn)初期，經(jīng)現(xiàn)場測試，不加劑冀東油凝點(diǎn)仍為21℃，對沿線三個站場進(jìn)行了跟蹤測試，凝點(diǎn)測試結(jié)果見圖1。

圖1 投產(chǎn)初期沿線三個站場凝點(diǎn)測試結(jié)果

由圖1可知，投產(chǎn)初期，冀東原油添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100×10-6納米降凝劑的降凝降黏效果比較顯著。匯鑫凝點(diǎn)一直維持10℃左右，青縣混油過去之后凝點(diǎn)穩(wěn)定在11℃左右，任丘凝點(diǎn)維持在11℃左右。經(jīng)過全程188 km的流動剪切和經(jīng)過47℃以上的二次升溫后，加劑對冀東油的改性效果基本穩(wěn)定。

1.3 正常運(yùn)行之后油品物性監(jiān)測

匯鑫站于2016年4月1日起切換為一臺泵運(yùn)行（輸量230 m3/h）。4月中下旬，在津華線各站場、閥室進(jìn)行了多次現(xiàn)場測試工作，此時不加劑冀東油凝點(diǎn)升至24℃。添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100×10-6納米劑后，匯鑫站加劑油凝點(diǎn)≤14℃，而且加劑油凝點(diǎn)隨著輸送距離的增加而逐步回升，至青縣站時加劑油凝點(diǎn)已接近不加劑油凝點(diǎn)，測試結(jié)果見表2。隨即，針對油田聯(lián)合站開展不加劑油凝點(diǎn)現(xiàn)場測試，見表3，不加劑油凝點(diǎn)已經(jīng)有所上升。2016年10-12月期間，在匯鑫站對不加劑冀東油繼續(xù)進(jìn)行了凝點(diǎn)跟蹤測試，結(jié)果見圖2，從測試結(jié)果可知，不加劑冀東油凝點(diǎn)已升高并穩(wěn)定至28℃左右。此外，2016年6月、8月和11月三次現(xiàn)場測試期間取樣不加劑冀東油，其黏度測試結(jié)果見圖3，由圖3可以看出，不加劑冀東油的黏度較之前也有所升高。同時，對2016年10-12月現(xiàn)場沿線凝點(diǎn)測試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，得到如表4所示的沿線凝點(diǎn)分布情況。

表2 4月中下旬沿線加劑油凝點(diǎn)測試結(jié)果

表3 油田聯(lián)合站現(xiàn)場取樣凝點(diǎn)測試結(jié)果

圖2 2016年10-12月不加劑冀東油凝點(diǎn)測試結(jié)果

由上述持續(xù)監(jiān)測可知，津華線投產(chǎn)前后不加劑冀東油凝點(diǎn)由21℃升高并穩(wěn)定至28℃，黏度有所上升，同時降凝劑作用的穩(wěn)定性大大降低，即隨著輸送距離的增加，凝點(diǎn)回升。

圖3 不加劑冀東原油黏度 （剪切速率10 s-1）測試結(jié)果

表4 2016年10-12月沿線凝點(diǎn)分布情況

2 對比測試分析和問題排查

2.1 注劑管道電伴熱未開啟

2016年4月5日，匯鑫出站凝點(diǎn)出現(xiàn)波動，凝點(diǎn)回升至不加劑油，加劑效果消失。經(jīng)深入查找原因，發(fā)現(xiàn)降凝劑注劑管道未開啟電伴熱，而化劑釜至注劑口的距離為300 m，流動時間為3 h，釜中化劑原油流至注劑口時溫度為46℃，其流動性非常不好，初步分析確定為降凝劑和主管道原油混合不均。故于2016年4月6日下午13:00開啟電伴熱，并于16:30開始陸續(xù)取樣測試，發(fā)現(xiàn)注劑管道的電伴熱開啟之后，出站油樣凝點(diǎn)基本在12℃左右，已較為穩(wěn)定。

2.2 降凝劑未注入和處理溫度不夠

2016年4月中下旬，針對津華線沿線油品凝點(diǎn)上升的問題，監(jiān)測匯鑫出站油樣凝點(diǎn)時，就化劑釜的化劑效果進(jìn)行了測試，取化劑釜溶液按照100×10-6（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 的要求加至冀東原油中，熱處理至65℃，而后降至21℃進(jìn)行測試，其黏度在20mPa·s左右，凝點(diǎn)為11℃。這說明化劑效果沒有問題。結(jié)合匯鑫出站溫度穩(wěn)定在65℃左右，化劑釜溫度穩(wěn)定在85℃左右和注劑流量基本穩(wěn)定的情況，基本排除降凝劑未注入和處理溫度不夠的情況。

2.3 取樣問題導(dǎo)致未取到真實油流

通過持續(xù)現(xiàn)場測試，初步排除凝點(diǎn)反彈系人為測試誤差等所致，然而不能排除由于取樣問題導(dǎo)致所測油樣為管壁廢油而非真實管道內(nèi)油流。于是進(jìn)行了青縣站取樣口現(xiàn)場改造并取樣測試，重點(diǎn)考查取樣排放和取樣位置兩因素是否為導(dǎo)致加劑原油凝點(diǎn)反彈的主要原因。

經(jīng)取樣口改造后，實現(xiàn)了在青縣站過濾器后長時間連續(xù)排放后的取樣和從過濾器前管道頂部的取樣。經(jīng)過持續(xù)監(jiān)測，取樣口改造前青縣進(jìn)站油樣凝點(diǎn)約23℃，改造后過濾器前（管道頂部取樣）進(jìn)站油樣凝點(diǎn)21～22℃，過濾器后（長時間連續(xù)排放后取樣） 進(jìn)站油樣凝點(diǎn)22～23℃，5#閥室油樣凝點(diǎn)17～19℃。經(jīng)上述試驗，排除了由于取樣失誤而產(chǎn)生的測試數(shù)據(jù)失真問題。

2.4 流速變化影響加劑效果穩(wěn)定的問題

由于油源問題，津華線投產(chǎn)輸量由460 m3/h降至230 m3/h，那么是否由于輸量（流速）變化而導(dǎo)致降凝劑作用穩(wěn)定性下降尚需證明。2016年4-12月，針對津華線輸量發(fā)生變化情況，加密對沿線油品物性的監(jiān)測，其結(jié)果見表2和表4，從表中數(shù)據(jù)可知，輸量（流速）變化并未導(dǎo)致沿線油樣凝點(diǎn)升高，因此該因素不是導(dǎo)致加劑作用穩(wěn)定性下降的原因。

2.5 注入JD1#降凝劑的效果評價

為測試加入JD1#降凝劑的降凝效果及穩(wěn)定性，在津華線開展了冀東原油添加JD1#降凝劑（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50×10-6） 的現(xiàn)場試驗。分別在匯鑫站、青縣站進(jìn)行現(xiàn)場測試，持續(xù)測試結(jié)果見圖4。

圖4 注入JD1#降凝劑 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50×10-6）后匯鑫站和青縣站油樣凝點(diǎn)的變化

現(xiàn)場試驗結(jié)果表明，JD1#降凝劑與納米降凝劑的降凝效果及穩(wěn)定性相當(dāng)，后者略有優(yōu)勢，但二者均存在明顯的凝點(diǎn)反彈問題，即JD1#降凝劑對冀東原油也存在作用穩(wěn)定性不足的問題。

2.6 降凝劑在流動過程中的失效

在2016年11-12月的現(xiàn)場測試過程中，在青縣站和任丘站對每天進(jìn)站油樣進(jìn)行了室內(nèi)不同回升溫度的熱處理試驗，試驗結(jié)果見圖5和圖6。

圖5 青縣進(jìn)站加劑油回升60℃前后的凝點(diǎn)

圖6 任丘進(jìn)站加劑油回升60℃前后的凝點(diǎn)

從圖5和圖6可以看出，青縣站和任丘站的進(jìn)站油樣凝點(diǎn)為24～27℃，但經(jīng)60℃熱處理后，該油樣凝點(diǎn)便降低到18～20℃，與匯鑫站加劑油的凝點(diǎn)相當(dāng)，且具有良好的測試重復(fù)性。試驗表明，管輸過程中原油內(nèi)降凝劑組分并未嚴(yán)重流失，只要熱處理溫度足夠，加劑油凝點(diǎn)仍可恢復(fù)到較低的水平。

3 結(jié)論和下一步工作計劃

通過一系列的室內(nèi)和現(xiàn)場試驗得到：

（1）投產(chǎn)后不加劑冀東原油物性有所變化，凝點(diǎn)已由21℃升高并穩(wěn)定在28℃左右。

（2）高低兩種輸量對降凝劑對冀東原油的降凝效果及穩(wěn)定性無明顯的影響，降凝劑對冀東原油的降凝效果均存在穩(wěn)定性不足問題，表現(xiàn)為沿線油樣凝點(diǎn)回升，匯鑫站外輸加劑油凝點(diǎn)19～21℃，待加劑油行進(jìn)至4#閥室時凝點(diǎn)已顯著回升，青縣以后管段內(nèi)的加劑油凝點(diǎn)為24～27℃。

（3）管輸過程中原油內(nèi)降凝劑組分并未嚴(yán)重流失，只要熱處理溫度足夠，加劑油凝點(diǎn)仍可恢復(fù)到較低水平。

下一步將針對降凝劑的適應(yīng)性問題，通過分析降凝劑對蠟晶的作用機(jī)理，而后采取降凝劑復(fù)配等技術(shù)來提升降凝劑的性能，以滿足工程應(yīng)用的需要。