油田集输油管道安全运行技术研究

陈宇 范志勇 安万兰 韩志峰

摘要：集输系统原油含水率在转相点附近时，管内介质的粘度会急剧增大，从而带来井口回压急剧上升，会给油井及集油系统带来危害；部分输油管道投产以来出现了比较严重的结蜡现象，加之输量较低及运行输量波动较大的影响，使外输油干线实际运行时摩阻快速上升，直接影响到输油管线的安全运行。

关键词：油田集输；油管道；安全运行

1引言

能源是人类文明和社会发展的物质基础，直接关系到国家安全、经济发展及人们物质文化生活水平的提高。可以说，在不断推进的工业化和城市化进程中，能源问题愈来愈成为我国经济发展和社会进步的“瓶颈’。随着消费需求的急剧增长，我国对石油进口的依赖程度越来越高，2008年对外依存度已达到50%。石油工业在国民经济中的地位举足轻重，而在油气生产加工和储运中必不可少的输油管道，则发挥着越来越关键的作用，成为国家不可缺少的经济命脉之一。原油通过管道输送时，若管壁温度低于析蜡点，过饱和结晶析出的蜡会与原油中的其他组分一道沉积在管壁上，俗称“结蜡”。高含蜡原油凝点一般都比较高，常采用加热输送，即使采用降凝剂改性输送，也需要进行加热处理。在大多数情况下，管内油温都高于管壁温度，而管壁温度还会低于原油析蜡点。因此，高含蜡原油管道普遍存在蜡沉积问题。蜡沉积会使管道流通面积减小，摩阻增大，降低输量和增大压降。2009年，海拉尔油田实现原油管道外输，共建成外输油管道230km。投产以来，呼一联至德二联及德二联至中一加热站输油管道分别出现了比较严重的结蜡现象。另外，海拉尔油田开发区块多、层位多，且每年都有新增区块投入开发，各区块油品物性各异，加之输量较低且波动较大的影响，导致外输油干线实际运行摩阻快速上升，部分管段的压降高达0.25MPa/km，直接影响到输油管线的安全运行。

2含蜡原油安全输送技术研究现状

2.1降凝剂改性处理输送技术

含蜡原油输送时，常采用加降凝剂的方法。公认的降凝剂分类有三种：即表面活性剂型、聚合物型和复配型共聚物。表面活性剂型是通过吸附原理抑制蜡晶网状结构的形成。胡合贵等利用蜡晶的偏光显微镜照片证实，多支链、空间结构对称的降凝剂会促进蜡生成致密的蜡晶结构，抑制了晶间网状结构的产生。

2.2影响降凝剂改性效果的因素

（1）原油的组成及降凝剂与原油的适配性

影响降凝剂改性效果的内因是原油的组成和降凝剂的化学组成。有研究表明降凝剂存在一最佳分子量范围，当降凝剂分子量在此范围内时降凝效果最佳。

（2）降凝剂添加量

降凝剂有一最优添加量。加剂量小，改性效果不明显；加剂量超过一定数值后，改性效果又趋于饱和。合理的添加量为0.2%-0.6%。降凝剂添加量应考虑多种因素包括管输过程的热历史、剪切历史和运行参数等。

（3）改性处理温度

由降凝剂作用的机理可知，原油必须加热至蜡晶全部溶解的温度以便降凝剂分子在降温过程中与蜡分子“共晶”。若加热温度太低，原油中有部分蜡晶未溶解，则降凝剂的效果不能充分发挥。加热温度达到一定值后，改性效果增加缓慢，反而增加加热能耗。

（4）剪切作用

原油的流变性受管流剪切力和泵剪切力的影响。刘忠辉认为剪切作用不能破坏在较高温度下已析出的蜡晶结构，而只能破坏低温下蜡与降凝剂的相互作用，使加剂原油的流动陛恶化。

3输油管道安全运行技术的可行性分析

当热油管道接近或低于最小输量时，可采取的工艺措施有：改变管道条件，以降低管道的允许最小输量。如增加加热站、管道增加保温等；使原油的允许进站油温下降，采用其他输送工艺，如稀释输送、热处理输送、加降凝剂输送等方法；正、反输方法，以便使实际的输量大于允许最小输量。

3.1加降凝剂输送

以德二联外输油为介质，对近20种降凝剂样品进行了評价实验，筛选出了效果最好的降凝剂样品；并按照SY/T5767管输原油降凝剂技术条件及输送工艺规范，评价了该药剂在不同加药量下的降凝效果。

德二联外输油的凝点为25.5 ℃，经加热至70℃动态热处理后凝点可降至19 ℃；投加降凝剂100mg/L条件下动态热处理后凝点降至13 ℃：降凝剂对凝点降低的贡献为6℃，不是很显著。海拉尔原油的物性相对较好，其凝点在17℃与25.5℃之间，即使能够在短时间内筛选出有效、稳定的降凝剂，使得管线的允许进站温度有所降低，但急速下滑的输量加上降凝剂的作用，有可能会使结蜡现象更为严重，从而迫使管线仍需高温运行，这样便失去了降凝的意义。因此，目前要考虑的问题不只是“凝固’，，还有“结蜡”，目前对于海拉尔原油管道采用降凝剂改性处理输送的条件尚不成熟。

3.2热处理输送

对含蜡原油热处理输送工艺的适用性分析如下：

（1）我国的热处理输送，是在首站将原油加热到最优热处理温度后，经过冷、热油换热后，热油在一定温度下进入管道，在输送过程中自然降温，导致降温过程中的冷却速率、剪切速率等受管道输量及环境条件限制，可控度小，因此难以得到理想的改性效果。

（2）由于取得良好改性效果所需的热处理温度较降凝剂处理所需的温度高，其改性效果及其稳定性也不如添加降凝剂处理好，除非结合油田原油的加热脱水，或者通过小量调整加热输送的加热温度便可取得良好热处理效果时，这种工艺很少单独采用。

（3）海拉尔原油的实际蜡胶比一般大于热处理适宜蜡胶比的上限，意味着胶质沥青质相对较少，不能很好地起到对蜡晶的分隔作用。综上所述，目前对于海拉尔原油管道采用热处理输送的条件尚不成熟。

3.3其它输送工艺

（1）含水输送。当管道输量达到最小输量后，采取输含水油的方式，提高了混合物的平均热容和流速，不但可提高沿线油温，降低轴向温降，还可使得蜡沉积速率得以降低，形成水包油型乳状液后将是更大幅度的下降。该方法的缺点是增加了上游站库的加热量和下游站库的脱水负荷。

（2）增加中间加热站。在原来站间增加加热站，使得输送距离减小，在沿线温度和压力约束不变的情况下，降低了允许最小输量，能够保障管道低输量的安全运行。但这种措施需要很大的改造工作量及投资，运行能耗也高，不利于输油管道的经济运行。

结语：我国不仅有大量在线运行的埋地输油管线，还将规划建设一些长距离输油管线，保证输油管道的安全、经济、高效运行对于国计民生具有至关重要的现实意义。

参考文献：

[1]宋晓莉.我国能源消费特点及对策[J].科技创新导报，2009， 29：165.

[2]秦雁霞.我国能源消费分析[J].科技信息，2008， 3：190.

（作者单位：冀东油田南堡油田作业区）