聚合物型降阻劑在原油輸送管道的試驗(yàn)應(yīng)用

雷鍇，張彥鑫，王克勇，馬亮，周久立

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300450）

隨著石油開(kāi)采技術(shù)的不斷進(jìn)步，油田的深入開(kāi)發(fā)得以開(kāi)展，伴隨開(kāi)采量的上升，各油田原油輸送管道的輸送量不斷增加，導(dǎo)致輸送管道高壓超能力運(yùn)行，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)隱患，短期內(nèi)無(wú)法完成新的輸送管道鋪設(shè)，同時(shí)鋪設(shè)新管道也需要考慮成本控制。降阻劑在石油行業(yè)的研究應(yīng)用在最近幾十年快速發(fā)展，尤其是在輸油管道的成功應(yīng)用，有效緩解了現(xiàn)有輸油管道的壓力，為油田的進(jìn)一步開(kāi)采提供了技術(shù)支持。

降阻劑是一種少量添加即能減少流體在輸送時(shí)所受阻力的試劑。目前，常用的降阻劑類(lèi)型有聚合物型與表面活性劑型。對(duì)不同類(lèi)型降阻劑作用機(jī)理的研究國(guó)內(nèi)外早已開(kāi)展，在各輸送管道也開(kāi)始了應(yīng)用。使用過(guò)程中，降阻劑的優(yōu)點(diǎn)逐漸體現(xiàn)出來(lái)，如投資少、加注簡(jiǎn)便、節(jié)能降耗，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 降阻劑的作用機(jī)理

流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，受各種阻力作用，能量損失逐漸增大，流動(dòng)動(dòng)力減弱[1]。原油降阻劑能降低原油管道輸送阻力，其作用在于能降低原油在紊流狀態(tài)下的內(nèi)部能量消耗[2-4]。原油的黏度越高，其流動(dòng)阻力越大，原油黏度主要受原油溫度及其中蠟含量、膠質(zhì)及瀝青質(zhì)含量影響，降阻劑的加入對(duì)原油的黏度改變影響很小，其作用機(jī)理并非靠改變?cè)偷酿ざ纫穑峭ㄟ^(guò)降低流體內(nèi)部或者在管壁處由湍流造成的阻力。

聚合物型減阻劑的有效成分為長(zhǎng)鏈超高相對(duì)分子質(zhì)量聚合物，線性高分子在管道內(nèi)隨流體流動(dòng)時(shí)，沿著流動(dòng)方向逐漸排列，形成無(wú)數(shù)與流體流向一致的線條，將流動(dòng)區(qū)域切割成無(wú)數(shù)小流動(dòng)空間，流體只能在線內(nèi)向前運(yùn)動(dòng)，從而抑制了紊流的發(fā)展，進(jìn)而大大降低流動(dòng)摩擦阻力。當(dāng)加入降阻劑后，使得緊貼管道內(nèi)壁的層流區(qū)和緩沖區(qū)增加，管道徑向截面上流體的紊流區(qū)減小，從而降低整個(gè)管線中流體的摩阻。管線中流體的流動(dòng)狀態(tài)對(duì)于減阻劑是否起作用很關(guān)鍵，經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究，流體流動(dòng)狀態(tài)為層流狀態(tài)時(shí)，添加降阻劑基本沒(méi)有作用，為過(guò)渡流時(shí)，降阻劑效果有限，紊流狀態(tài)時(shí)，降阻劑減阻效果良好[5]。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 應(yīng)用背景

某海上油田A原處理合格原油輸送到下游浮式儲(chǔ)卸油輪（FPSO），因浮式儲(chǔ)卸油輪檢修，計(jì)劃將油田A原油轉(zhuǎn)輸至油田B，再由油田B轉(zhuǎn)輸后最終輸送至陸地終端。油田A原油轉(zhuǎn)輸后因海管尺寸由原10"輸油管道變?yōu)?"輸油管道，將導(dǎo)致海管壓力升高，外輸泵出口背壓上升，可能出現(xiàn)油田外輸泵無(wú)法滿足輸送壓力的情況。因此計(jì)劃在油田A原油外輸海管入口加注降阻劑，降低原油輸送壓差，使外輸泵滿足轉(zhuǎn)輸需求，同時(shí)也為后續(xù)油田增產(chǎn)做好充分的準(zhǔn)備工作。

油田A油井產(chǎn)液經(jīng)油水分離后進(jìn)入原油緩沖罐，由外輸泵增壓后進(jìn)行外輸，日常使用中兩臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。輸往FPSO管線為10"管線，輸往油田B管線為6"管線，工藝流程簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 A油田原油外輸示意圖

外輸海管參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 海管參數(shù)

2.2 試驗(yàn)方案

A油田外輸原油性質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 油品性質(zhì)

此次試驗(yàn)所選降阻劑型號(hào)為HYJZ-03，為高分子聚合物型降阻劑。因外輸泵為多級(jí)離心泵，為避免泵葉輪對(duì)降阻劑進(jìn)行剪切造成高分子聚合物結(jié)構(gòu)破壞，削弱降阻劑的效果，降阻劑加注點(diǎn)選在外輸泵出口位置。

根據(jù)室內(nèi)評(píng)價(jià)，將初始加注質(zhì)量濃度設(shè)置為40 mg·L-1，觀察海管壓力變化趨勢(shì)，再逐步下調(diào)注入質(zhì)量濃度，觀察不同注入質(zhì)量濃度下海管壓力變化情況，最終評(píng)選出合適的加藥質(zhì)量濃度。

2.3 試驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)

試驗(yàn)過(guò)程中，每隔0.5 h對(duì)A油田至B油田原油海管入口和出口壓力進(jìn)行記錄。數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，分別采用海管入口壓力和海管兩端壓力差計(jì)算減阻率。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，做出壓力變化曲線，如圖2、圖3所示。

圖2 A油田至B油田海管入口壓力變化曲線

圖3 A油田至B油田海管進(jìn)出口壓差變化曲線

A油田至B油田海管入口加注降阻劑后，入口壓力、兩端壓差明顯降低。隨著加注質(zhì)量濃度的降低，海管入口壓力逐漸升高，但仍然保持較高的減阻率。采用兩種方法計(jì)算減阻率，減阻率1按照海管入口平均壓力計(jì)算，減阻率2按照海管兩端壓差計(jì)算，均按照加注降阻劑4 h穩(wěn)定后的平均值計(jì)算海管入口壓力平均值和壓差。

減阻率1計(jì)算公式為：

式中：DR—減阻率；

p0—未加減阻劑時(shí)海管入口壓力均值；

p1—添加減阻劑后海管入口壓力均值。

減阻率2計(jì)算公式為：

式中：DR—減阻率；

Δp0—未加降阻劑時(shí)海管進(jìn)入口壓差；

Δp—添加降阻劑后海管進(jìn)出口壓差。

從表3數(shù)據(jù)可以得出，按照海管入口壓力計(jì)算減阻率：加藥質(zhì)量濃度為40 mg·L-1時(shí)，減阻率為51.09%；加藥質(zhì)量濃度為30 mg·L-1時(shí)，減阻率為53.47%；當(dāng)加藥質(zhì)量濃度為20 mg·L-1時(shí)，減阻率為47.40%；當(dāng)加藥質(zhì)量濃度降低為10 mg·L-1時(shí)，減阻率為33.40%。

表3 A油田至B油田海管減阻率計(jì)算結(jié)果

按照海管兩端壓差計(jì)算減阻率：加藥質(zhì)量濃度為40 mg·L-1時(shí)，減阻率為56.74%；加藥質(zhì)量濃度為30 mg·L-1時(shí)，減阻率為59.19%；當(dāng)加藥質(zhì)量濃度為20 mg·L-1時(shí)，減阻率為52.20%；當(dāng)加藥質(zhì)量濃度降低為10 mg·L-1時(shí)，減阻率為36.26%。

隨加注質(zhì)量濃度的下調(diào)，減阻效果有所下降，減阻率降低。但降阻劑加注質(zhì)量濃度并不是越高越好，30 mg·L-1的加注質(zhì)量濃度減阻效果稍優(yōu)于40 mg·L-1的加注質(zhì)量濃度。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

從試驗(yàn)過(guò)程和數(shù)據(jù)來(lái)看，降阻劑開(kāi)始加注后，海管入口壓力及進(jìn)出口壓差有明顯的下降，且反應(yīng)較快，說(shuō)明該型號(hào)降阻劑起效快且作用明顯。隨著加注質(zhì)量濃度的下調(diào)，海管入口壓力和進(jìn)出口壓差有逐漸上漲的趨勢(shì)，但減阻效果還是比較明顯。試驗(yàn)表明，本次試驗(yàn)使用的減阻劑性能優(yōu)異，對(duì)于短距離輸送管道減阻效果依然明顯，在30 mg·L-1加注質(zhì)量濃度下就能夠大幅降低原油海管入口壓力，實(shí)現(xiàn)減阻增輸?shù)哪康摹？蓪⒋私底鑴┊a(chǎn)品應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，為各油田原油外輸系統(tǒng)和海管的安全運(yùn)行提供保障。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用降阻劑的主要成分為聚α烯烴，屬于高分子聚合物，所用溶劑為丁醇，具有良好的油溶性，常溫儲(chǔ)存時(shí)不存在結(jié)晶現(xiàn)象。加入原油中后，能快速溶于其中發(fā)揮作用，對(duì)短距離輸油管道也能達(dá)到良好的效果。

使用聚合物類(lèi)降阻劑具有許多優(yōu)勢(shì)，包括：加注質(zhì)量濃度低，減阻效果好；加注設(shè)備及流程簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)；運(yùn)輸及使用過(guò)程中無(wú)明顯變質(zhì)，有效期長(zhǎng)；對(duì)原油質(zhì)量和加工不造成有害影響。在現(xiàn)有管道運(yùn)營(yíng)中使用降阻劑能獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著我國(guó)海上油田的大規(guī)模持續(xù)開(kāi)發(fā)，降阻劑技術(shù)在海上油田的推廣應(yīng)用將越來(lái)越普遍。同時(shí)，在海上油田原油輸送管道使用降阻劑還存在以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）節(jié)省鋪設(shè)海底輸油管道的成本。

2）海上經(jīng)常有船舶拋錨，對(duì)海管的安全運(yùn)行存在隱患，降阻劑的應(yīng)用一定程度減少了鋪設(shè)管道的數(shù)量，降低了輸油的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3）加降阻劑降低了對(duì)輸送泵的揚(yáng)程要求，對(duì)長(zhǎng)輸管道系統(tǒng)有顯著的降本優(yōu)勢(shì)。

4）通過(guò)加注降阻劑，降低了海底輸送管道的壓力，提高了管道的安全性[6]。