油田集输管道防蜡技术研究进展

何继伟，王一斌，陈 磊，李卫东

油田集输管道防蜡技术研究进展

何继伟1，王一斌2，陈 磊1，李卫东1

（1. 中国石油大学（北京） ，北京 102249； 2. 中国石油工程建设公司北京设计分公司， 北京 100101）

分析了含蜡原油地面集输系统的难点，综述了目前常用的防蜡技术方法，重点介绍了电磁感应伴热输送、集肤效应伴热输送、加剂输送及井口电磁防蜡技术，阐明了各自的原理、研究应用情况及存在的问题。通过几种方法的分析比较，确定了地面集输系统选择防蜡方法选择的基本原则。

防蜡；集输系统；电磁感应；集肤效应

国产原油大多为含蜡原油，含蜡原油在集输过程中，蜡沉积物会降低管道的有效管径，增加动力消耗，严重时甚至造成管道堵塞事故，不仅会影响油品的正常输送，还会造成巨大的经济损失和资源浪费。因此深入研究蜡沉积规律和清防蜡技术对提高集输效率、保障油田安全生产具有重要意义[1]。

集输系统涉及的范围中主要为井口-中心处理站间的矿场集输管路，通常为油气或油气水混输管路，管线输送距离较短，管径较小，因此采取的防蜡技术与外输系统有所不同。总的来说，目前油田集输系统防蜡技术可归结为加热为主、加药为辅的方式[2]。针对井口加热炉加热、掺水集输、蒸汽伴热集输等传统加热方式存在安全隐患、能耗高、维护运营费用大的问题，近年来电磁感应伴热、集肤效应伴热、加剂输送、井口电磁防蜡等一些新技术取得了一定的研究进展。

1 电磁感应伴热输送

1.1 原理

电磁感应伴热就是利用电磁感应原理及感应电流通过导体时产生的热效应，使输油管线感应发热，并将热量传递给管内介质，从而实现输送介质的保温和升温，避免原油中的蜡晶析出、沉积、堵塞管道。电磁感应伴热主要有中频伴热、工频伴热和高频伴热三种方式[3]。

1.2 研究与应用

李堡油田采用井口电加热中频伴热技术，代替了三管热水伴热流程，较三管流程相比，在保障集输系统流动安全的同时，管线部分投资降低约60.7%，管线保温年节约运行费用近40万元，获得了良好的节能效果和经济效益[4]。

电磁感应伴热系统架构简单，与井口加热炉加热、蒸汽伴热输送相比，工程投资大幅降低；较掺水输送而言，减少了热水输送与油水分离过程中的能量消耗。此外电磁感应伴热还具有效率高，加热速度快、使用寿命长的优点，安全可靠，便于自动控制与运行，对于没有供热系统依靠的断块油田，在供电有保障的条件下，该技术是较为理想的选择。

1.3 存在的问题

电磁感应伴热设备复杂, 成本较高,用电能耗较大。

2 集肤效应伴热输送

2.1 原理

当交流电流过碳钢导体时,电流集中在导体表面部分流过的现象叫做交流电的集肤效应[5]。集肤效应伴热法就是利用集肤效应原理使电流集中在小口径的碳素钢管的内表面，使其发热，并把热量传给管道[6]。

2.2 研究与应用

与其他伴热方法相比集肤效应伴热技术具有如下优点：①电器装置和设备自身形成的绝缘结构具有良好的防爆功能；②伴热管能够在工厂提前预制，工程量与工程周期得以缩减；③伴热温度高，有效维持温度可达 0～230 ℃；④伴热收尾端加热温度均匀，避免了出现局部过热的问题，⑤伴热距离长，一个电源点的伴热距离最长可达24 km[7]。

中石化江苏油田安徽油区在多井拉油点集输流程中采用单管井口电加热与集肤效应电加热流程。在正常集油加热过程时，集肤效应电加热无需启动，当停井时间较长时，集肤效应电加热启动。这一流程能够满足集输系统中的各项极限工况的要求，确保原油进罐温度高于凝固点 4～5 ℃。安徽油区通过采用这一流程，减少热损失约160×104kW•h/a，实际减少能耗13119×104kW•h/a，可节约燃油 133 t/a，获得了良好的经济效益[8]。

2.3 存在的问题

安装工艺相对复杂，工程安装费用高。

3 加剂输送

3.1 原理

在集输系统选择合适的位置通过加药装置向原油中加入化学药剂，可以 錯抑制原油中 晶析出、长大、聚集和在固体表面上沉积[9]。国内外对加剂输送的作用机理主要从以下两个方面解释：一是水膜理论[10]，该理论认为表面活性剂的水溶液可以在管道金属表面形成一层极性水膜,因此石蜡作为非极性烃不易在管线表面沉积；二是蜡晶改性理论[11]，该理论认为通过药剂分子与原油中有关组分的物理化学作用来改变原油中蜡晶的结构形态、晶/液界面性质、减弱蜡晶形成空间网络结构的能力，从而降低原油的凝点、低温粘度和屈服值等流变性质。

此外当油田进入高含水期时，一般当含水超过40%时，可通过加入原油流动改性剂的方法，使得产出液形成水包油型乳状液，使得内相的含蜡原油与管壁隔开，蜡无法接触管壁，粘度和流动阻力也大幅度降低，能够实现延长清蜡周期和集输系统在较低的温度下运行的效果。

3.2 研究与应用

大庆油田采用加剂输送工艺，通过地面掺水管线往油井油套环形空间注入流动改进剂后，措施井平均免清蜡周期达760 d，平均单井回油压力由试验前0.38 MPa下降到0.36 MPa，实现了高含蜡原油机采井免清蜡生产[12]。加剂输送不仅能够起到良好的清防蜡效果，还可以收到降凝,降粘和解堵的效果，实现低温集输生产，简化地面设施，节能降耗效果明显。

3.3 存在的问题

目前国内外对含蜡原油的蜡沉积机理与流动改性剂展开了广泛研究，研发出多种药剂产品，由于原油的组成、物性差异较大，这些药剂在不同程度上存在选择性强、性能单一、效率较低、储存不稳定等问题[9]。此外，由于药剂的作用需要一定的时间，对于较短的集输系统管路来说，加剂输送的效果不好。

4 井口电磁防蜡

4.1 原理

磁处理技术虽然在油田防蜡降粘方面已经开展了广泛的研究和应用，但其作用机理仍未获得一个明确、公认的结论。马秀波、王升等人[13,14]通过分析磁场作用下分子中电子的运动规律，认为磁处理防蜡降粘的根本原因在于磁场对蜡晶分子间的色散作用；磁场使胶质网络解体的理论[15]模型认为磁场对蜡晶分子的电矩作用使得原油中的胶质网络解体，受胶质网络束缚的烃分子可以自由地移动并在原油内部结晶，从而达到了防蜡、降粘的效果。张伟伟等人[16]以阻碍蜡晶聚集形成三维网状结构为出发点，认为原油中磁性核沿磁场运动且按能级规则取向排列是产生原油磁防蜡和降粘效果的根本原因，Igor N. Evdokimov等人[17]的研究也验证了这一观点。笔者认为以上各种观点并不是相互对立的，有可能是几种机理同时发挥作用。

4.2 研究与应用

长庆油田采油三厂在五里湾一区柳91-37井进行了电磁防蜡的现场试验，井口回压与同期相比下降0.2 MPa，油井热洗周期由90 d延长至210 d，达到了预期的防蜡效果；同时该系统设备能耗低，单井可节约各类费用5 227.2元/a[18]；与加剂输送相比，没有维护工作量，受恶劣自然环境影响小。

电磁防蜡技术在大庆外围油田也取得了良好的经济效益和环保效应，但同时发现电磁防蜡的效果随含水率的上升逐渐变差，含水低于40%的井电磁防蜡效果较好，含水高于70%的中高含水井的电磁防蜡效果一般[19]。

4.3 存在的问题

井口电磁防蜡技术只是延缓了原油的降温过程，延长了清蜡周期，通常要与其它清防蜡措施配合使用[19]。

5 结束语

（1）在含水率较低时，高含蜡原油集输采用加热方式是可靠、成熟的。当含水率超过40%以上时，采用流动改进剂法较为经济，能够实现降温或常温集输；

（2）对于较短的集输系统管路来说，加剂输送的效果不好；

（3）井口电磁防蜡技术只能够延迟清蜡周期。

［1］周红, 刘美玲. 油田集输管道防蜡技术研究[J]. 化工管理, 2014, 2: 080.

［2］周飞, 刘建仪, 张广东, 等. 防蜡技术研究现状及展望[J]. 精细石油化工进展, 2011 (12): 19-21.

［3］王卫强, 吴明, 张静. 电伴热技术在原油输送中的应用与展望[J].油气田地面工程, 2004, 23(8): 26-26.．

［4］吴明菊, 王春兰. 李堡油田地面工艺节能技术研究与应用[J]. 复杂油气藏, 2010 (4): 82-84.

［5］陈维刚, 逯怀斌. 集肤效应电伴热技术的应用[J]. 当代化工, 2005, 33(3): 179-182．

［6］陈青. 管道集肤效应电伴热 STS 技术在工程中的应用[J]. 化学工程与装备, 2010 (11): 86-93.

［7］万雷, 曾春雷. 集肤效应电伴热在石油工业中的应用[J]. 硅谷, 2010 (2): 117-118.．

［8］彭中. 零散区块集输工艺[J]. 油气田地面工程, 2009, 28(3): 36-37．

［9］李娜. 含蜡原油添加降凝剂输送研究[D]. 南充：西南石油学院, 2004．

［10］陈大均, 陈馥, 李建波. 油油气田应用化学[M]. 北京:石油工业出版社, 2006.

［11］Tinsley J, Prud'Homme R, Adamson D, et al. Effects of polymers on the structure and deposition behavior of waxy oils[C]//International Symposium on Oilfield Chemistry. Society of Petroleum Engineers, 2007．

［12］刘志庆. 利用地面掺水管线添加原油流动改进剂的可行性[J]. 油气田地面工程, 2009, 28(5): 22-23.

［13］马秀波, 郑海霞, 尹教建, 等. 磁处理原油防蜡降黏的机理[J]. 西安石油大学学报: 自然科学版, 2006, 20(4): 50-52.

［14］王升, 康云, 白永强. 高粘原油磁防蜡和降粘的量子解释[J]. 油气储运, 2012, 31(8): 629-632.

［15］陈昭威. 磁处理油的机理的探讨[J]. 磁能应用技术, 1990 (1): 15-18.

［16］张伟伟, 董惠娟, 李广鑫, 等. 基于磁场磁核分析的原油防蜡降粘机理[J]. 油气储运, 2010, 29(8): 630-633.

［17］Evdokimov I N, Kornishin K A. Apparent disaggregation of colloids in a magnetically treated crude oil[J]. Energy & Fuels, 2009, 23(8): 4016-4020.

［18］王伟华, 徐艳丽, 龙永福. 油田清防蜡技术研究与效果评价[J]. 石油化工应用, 2010, 29(7): 87-90．

［19］奚旺. 大庆外围油田的电磁防蜡[J]. 油气田地面工程, 2014, 33(4): 90-90．

Research Progress in Wax Inhibition Technologies for Gathering and Transportation Pipelines

HE Ji-wei1，WANG Yi-bin2，CHEN Lei1，LI Wei-dong1
（1. Beijing Key Laboratory of Urban Oil and Gas Distribution Technology, China University of Petroleum, Beijing 102249，China；2. China Petroleum Engineering & Construction Company Beijing Engineering Branch, Beijing 100101，China）

Technical difficulties in wax inhibition for gathering and transportation pipelines were analyzed, and common wax inhibition techniques were summarized. Electromagnetic induction tracing, skin electric current tracing, chemical and electro-magnetic method for wax inhibition were mainly introduced. Their mechanisms, application and choke points were discussed. Through a comprehensive comparation of several techniques for wax inhibiting and removing, the basic principles for choosing wax inhibition means were determined.

Wax inhibition; Gathering and transportation pipelines; Electromagnetic induction tracing; Skin electric current tracing

TE 832

： A

： 1671-0460（2015）05-1138-02

2014-12-08

何继伟（1992-），男，江苏徐州人，中国石油大学（北京）在读研究生，研究方向：油气集输及地面工程。E-mail：he_ji_wei@sina.com。