高原原油集输管道结蜡规律及防护技术

2014-03-08中国石油青海油田管道输油处

油气田地面工程 2014年10期

中国石油青海油田管道输油处

高原原油集输管道结蜡规律及防护技术

于宏庆马云中国石油青海油田管道输油处

在分析集输管道结蜡机理和影响因素的基础上，考虑土壤环境温度、输送原油流量等情况，对集油温度、原油含水率对集输管道结蜡规律的影响进行实验分析。实验表明：原油含水率越高集输管道结蜡速率越慢，集油温度在30℃左右时管道结蜡速率最高，然后随集油温度升高而下降。根据实验结果，提出控制管道外壁温度、改变工艺提高集油温度、防蜡剂进行化学防蜡处理3个方面的原油集输管道防蜡技术措施。

高原油田；集输管道；结蜡；防护技术

1 结蜡机理基本理论

高原油田集输管道内壁出现结蜡主要是缓慢形成而逐渐沉积具有一定厚度的石蜡、凝析油、石砂、胶质和其他杂质的混合物。结蜡机理：当集输管道内壁处温度低于输送原油析蜡点，并且比油流温度低时，靠近管道内壁的原油中含有的蜡分子就容易随着管道内壁的结晶中心进行结晶而析出，同时影响到该处原油中含有的蜡分子浓度比油流中的浓度低，形成油流中的蜡分子根据浓度关系在集输管道内壁迁移，并进行沉积形成结蜡[1-3]。

在分析集输管道结蜡机理和影响因素的基础上，考虑土壤环境温度、输送原油流量等情况，对集油温度、原油含水率对集输管道结蜡规律的影响进行实验分析。

2 集输管道结蜡规律

2.1 实验过程

（1）调匀一定含水率的原油介质，取样进行测试得出低温流变特性后，模拟原油流速、管道稳定度、集输原油温度等环境，使试验管温维持在原油析蜡结晶点温度之上，然后分别控制原油含水率、油温等参数，记录相应实验数据。

（2）用流变性实验监测不同输送介质的黏度数据与流油剪切应力的变化关系，管道模拟实验分别监测与记录各种条件下对应实验温度、压力、温降及含水率的变化数据，由此得出相应的结蜡速率。

（3）根据差压法求解对应工况条件下的结蜡沉积速率，按照最小二乘法原理拟合得出相应所需参数，建立结蜡沉积模型。

2.2 实验结果分析

2.2.1 集输管道在不同含水率下的结蜡规律

（1）实验条件设置为土壤温度10℃，管道原油流速45m3/d和15m3/d，集输原油温度30℃和40℃，分析此时不同含水率的管道结蜡速率。对实验数据进行监测，按照结蜡速率模型进行分析计算，得出结蜡速率变化规律：集输管道原油流量较大时管道结蜡速率慢，流量大对结蜡晶体析出具有冲击作用和影响，阻碍了结蜡的进程；集油温度30℃时的管道结蜡速率远远高于集油温度40℃时的结蜡速率。集输管道结蜡速率最高值发生在原油含水率为60%左右时，然后结蜡速率随含水率的增加而逐步降低。

（2）实验条件设置为土壤温度-10℃，管道原油流速45m3/d和15m3/d，集输原油温度30℃和40℃，分析此时不同含水率的管道结蜡速率。对实验数据进行监测，按照结蜡速率模型进行分析计算，得出结蜡速率变化规律：在环境温度为-10℃时，集输管道原油流量较大时管道结蜡速率慢；集油温度30℃时的管道结蜡速率远远高于集油温度40℃时的结蜡速率。但是与环境温度为10℃时相比，管道结蜡速率整体大大加快，这说明低温下管道结蜡情况加剧。

2.2.2 集输管道在不同集油温度下的结蜡规律

（1）实验条件设置为土壤温度10℃，管道原油流速45m3/d和15m3/d，含水率为60%和90%，分析此时不同集油温度的管道结蜡速率。对实验数据进行监测，按照结蜡速率模型进行分析计算，得出结蜡速率变化规律：原油流速越低，管道结蜡速率越快；原油含水率越高，管道结蜡速率越低；集油温度在30℃左右时管道结蜡速率达到最高，随后出现较大幅度降低，原油温度达到45℃左右时管道结蜡速率降低到一个很小的数值。

（2）实验条件设置为土壤温度-10℃，管道原油流速45m3/d和15m3/d，含水率60%和90%，分析此时不同集油温度的管道结蜡速率。对实验数据进行监测，按照结蜡速率模型进行分析计算，得出结蜡速率变化规律：土壤温度为-10℃时集输管道结蜡速率远远高于土壤温度为10℃时的情况，说明集输管道外壁环境温度越低，越容易形成结蜡，对于高原油田集输管道而言，一般温度较低形成结蜡现象比较严重。

对实验结果进行对比分析，可以了解高原油田原油集输管道结蜡规律：一是外界土壤环境温度低，管道结蜡现象严重，结蜡速率加快；二是管道原油流量越低，结蜡速率越快；三是原油含水率越高，管道结蜡速率越慢，含水在60%左右时管道结蜡速率最快；四是集油温度在30℃左右时，管道结蜡速率达到最高，随后随集油温度的升高而下降。

3 集输管道防蜡技术

（1）采取措施控制管道外壁温度。由实验分析可知，土壤环境温度对集输管道结蜡影响较大，温度较低时容易出现结蜡。由于环境温度无法改变，而对于高原油田来说，环境温度又是影响管道结蜡的主要因素，因此就需要对集输管道管壁进行保温处理以阻止结蜡。对集输管道外壁套上保温棉等进行保温层处理，可以有效降低土壤环境温度对输送原油的影响；使用双层集输管材，管道外层起到隔绝作用，阻断外界低温对管道内壁和原油的影响，降低析晶结蜡产生。

（2）改变工艺提高集油温度。由实验结果分析可以看出，在其他条件不变的情况下，集油温度在30℃左右时管道结蜡速率高、结蜡程度严重，而当集油温度在40℃左右时，管道结蜡速率大幅度降低，特别是45℃时结蜡速度降至最低。因此，可以改变集输输送工艺流程，增加原油温控设备和环节，在集输原油输送过程中将集输原油温度控制在45℃左右，不但可以延缓结蜡速率，还可以减小管道结蜡程度。

（3）配备防蜡剂进行化学防蜡处理。通过化学防蜡剂配备和筛选研究可以选出科学有效的防蜡剂。将防蜡剂注入原油集输工艺流程中，可以改善原有的低温流变性，原有的析蜡点出现降低，说明相应地降低集输温度不会造成结蜡速率的升高。化学防蜡剂也是当前最主要的防蜡防护技术，其具有不用改变工艺流程、不用大幅增加设备设施和材料、降低结蜡防护成本的特点。