海底管道臺風期間停輸后原油流動規律研究

萬年輝

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518000）

隨著我國油氣田開采的逐漸深入，中輕質油的存儲量越來越少，我國已探明的稠油儲量很高[1]，但是稠油的開采和運輸面臨的著挑戰。很多學者研究，稠油中的主要成分是膠質和瀝青質，這是導致原油增黏的主要原因。我國南海地區，油氣儲量巨大，但是南海地區臺風較頻繁，臺風來臨時，平臺生產需要停止，人員撤離平臺前需往海管內頂替海水或生產水，防止輸油管道結蠟堵塞或再啟動壓力過大。但是油水比例如何選擇，如何能保證臺風過后海管恢復正常運輸，這是一個需要研究的問題。本文針對海底管道臺風期間停輸后原油流動規律進行了研究。

1 實驗研究

1.1 膠質、瀝青質對原油凝點的影響

對南海某油田群的2個海上平臺原油進行凝點測試，1#平臺原油通過海底管道輸至2#平臺，后由2#平臺通過海底管道外輸至終端處理設備，原油性質見表1，其中1#原油黏度大，組分中膠質瀝青質較多，2#原油不含膠質瀝青質，分別對1#平臺原油、2#平臺原油以及1#平臺原油和2#平臺原油混合樣以及質量比為1 ∶3的混合樣進行凝點測試，測試結果見表1。預測溫度為80℃，由表2可見，1#平臺原油凝點值最低為-8℃，2#平臺原油凝點最高為27℃，混合油凝點介于1#原油和2#原油之間，說明2#原油中混入1#原油后，凝點有微小的降低。

表1 原油性質

在不同溫度、不同剪切率下分別測試1#原油對混合油黏度、屈服值的影響，試驗結果見表3～表4。由實驗結果可見，在同一溫度同一剪切率下，1#原油的加入，降低了混合油的黏度值。在同一剪切率下，2#原油的黏度與溫度呈正相關，隨著溫度的升高，黏度值降低，在同一溫度下，隨著剪切率的升高，原油黏度增大。在同一剪切率下，混合油的黏度與溫度成正相關，隨著溫度升高，黏度值降低。實驗結果表明，1#原油的加入降低了混合油的黏度值，但是在高剪切率下，隨著溫度的升高，1#原油的加入對黏度值的影響減小。

表3 6s-1黏度實驗結果

表4 0.2s-1黏度實驗結果

對1#原油分別進行不同溫度不同含水率下的黏度研究，從表5看出，在同一含水率下，隨著溫度升高，1#原油黏度值降低。同一溫度下，隨著含水率的升高，黏度值呈下降趨勢。由此可見，原油摻水可以降低油水混合物整體流動性，但是摻水之后，油水混合物的凝點如何變化，還需實驗確認。

表5 含水率對1#原油黏度和屈服值的影響

1.2 環道試驗

為了驗證不同含水率下1#油和混合油的流動規律，設計了一套小型環道裝置，用于模擬海上平臺之間海底管道的運行情況，試驗環道管線圖如圖1所示，試驗環路設計為43.85m長，容積約345L，管線規格為DN100，管道中間通過法蘭連接，確保可以拆卸。流體從反應釜出來，通過多級離心泵讓流體在環道循環，流體繞釜一周形成一段水平段，模擬海底管道平管段。然后垂直上升，經頂部水平段后又垂直向下，模擬海底管道立管部分，經一段水平回流管段后流回反應釜。圖中垂直管段拆卸位置和水平段拆卸位置用于觀察管段的結蠟情況。分別研究不同含水率下，循環泵的起泵壓力變化和管段的結蠟情況。循環溫度為80℃，冷卻至20℃后起泵、拆管。1#原油實驗結果見表6，2#原油實驗結果見表7，混合油實驗結果見表8。由表可見，隨著含水率的升高，起泵壓力逐漸升高。現場外輸泵的最大操作壓力是實際操作壓力的2倍，以循環壓力的2倍作為外輸泵能否啟動的標準，則1#原油摻水外輸時，轉折點為50%，混合油摻水外輸的轉折點為70%。

圖1 環道試驗裝置示意圖

表6 1#原油環道實驗結果

表7 2#油環道實驗結果

2 結蠟分析

環道主要拆管點為垂直管段，底部水平管段。垂直管段結蠟層為環狀，底部水平管段結蠟發生在12點鐘方向。垂直管段呈環狀結蠟，是因為垂直管段沒有做保溫，鋼管散熱快，溫度降的快，所以沿管壁方向最先析出蠟晶，而水的比熱容最大，散熱最慢，油次之，在冷卻過程中油水會分離，油密度小往高處上浮，水密度大往低處流動，整體溫度分布從管壁向管中心溫度逐漸升高，所以最后蠟晶會沿管壁析出，水會沿著中間孔道往下流。

表8 混合油環道實驗結果

底部水平管段結蠟形貌正常，因為底部處在室內，溫降較慢，在析出蠟晶之前已經實現了油水分離，所以蠟晶在管線12點鐘方向析出，如圖2所示。

圖2 平管段停輸后流體狀態圖

實際工況中，平臺立管溫度較高，海底管線溫度較低，在停產降溫過程中，立管部分先發生油水分離，立管上部為油，下部為水，如圖3所示，底部水平管線溫度降的慢，也會油水分層，如果溫度降的快，會和試驗環道的立管一樣，形成環狀結蠟。如有氣體存在，可能是氣、油、水3層，或者是氣層和環形通道。

圖3 立管段停輸后流體狀態圖

3 結論

1）膠質、瀝青質起到了表面活化劑的作用，少量的膠質瀝青質可以降低原油的凝點。

2）在同一剪切率下，隨著含水率的升高，原油黏度和屈服值降低。

3）摻水外輸時，對于凝點低于環境溫度的原油，起泵壓力為循環壓力2倍的情況下，轉折點為50%，對原油凝點高于環境溫度，轉折點為70%。