尼日尔原油添加降凝剂对比实验

聂超飞，张建军，李大全，唐 恂，牛殿国，张 帆，赵佳丽

1.中国石油管道科技研究中心，河北廊坊 065000

2.中油国际（尼日尔） 公司，北京 100034

化学降凝剂改性是含蜡原油改善流动性（尤其是低温流动性） 的重要手段[1]，通过共晶、吸附等作用改变蜡晶分子间的相互作用，从而改善蜡晶形态和结构，使之不易形成三维网状结构，最终达到降凝降黏的目的[2]，进而保证含蜡原油管道安全高效运行。管道停输以后，管内原油油温会逐渐降低，降低至凝点附近及其以下时，就会形成具有黏弹、屈服、触变等复杂流变性质的胶凝结构，而胶凝原油的结构特性是管道停输再启动研究的关键问题之一[3-5]。本文针对尼日尔原油，分别从不同角度对比了三种降凝剂（以下简称为降凝剂A、降凝剂B、降凝剂C） 的适用性，并对凝点附近的屈服值进行了测试，提出了相应运行建议。

1 不同降凝剂适应性对比

为了分析尼日尔原油对三种降凝剂的适应性，分别从不同加剂量、不同热处理温度、不同二次回升温度、不同静置时间方面进行了对比实验。尼日尔原油空白油凝点为28 ℃，不同剪切速率下的黏温曲线见图1。

图1 尼日尔空白原油黏温曲线

从图1 可以看出，尼日尔空白原油在35 ℃以上时，其黏度只与温度有关，与剪切速率无关，在35 ℃以下时，相同温度下不同剪切速率对应的黏度也不相同，即反常点在35 ℃左右。

1.1 不同加剂量

根据现场工艺条件，初步采用70 ℃热处理温度进行不同加剂量的对比，不同加剂量下油品凝点和黏度（根据现场运行数据，本文对比35 ℃的黏度，下同） 见图2 和表1。

图2 三种降凝剂下不同剪切速率、不同加剂量的油品黏度

表1 不同加剂量下的油品凝点/℃

从表1 和图2 可知，70 ℃热处理工况下，添加100 ppm 降凝剂A、100 ppm 降凝剂B、40 ppm降凝剂C 比较合适，因此针对这三种加剂量开展其他因素对比实验。

1.2 不同热处理温度

每种降凝剂均存在一个最优热处理温度，因此针对三种加剂原油开展了不同热处理温度下（60、70、80 ℃） 的对比实验，凝点见表2，黏度见图3。

表2 不同热处理温度下加剂油品凝点

图3 不同热处理温度下加剂油品黏度

由表2 和图3 可知，采用70、80 ℃热处理效果均较好，凝点由28 ℃降低至18 ～20 ℃，黏度也有一定程度降低。

根据原油改性原理和经验，采用80 ℃加剂热处理的改性效果有可能是降凝剂引起的，也有可能是单纯热处理引起的。因此，测试尼日尔原油80 ℃热处理（不加剂） 的改性效果，实验结果见表3。

表3 尼日尔原油80 ℃热处理改性后油品物性

由表3 可知，如果仅仅80 ℃热处理改性，虽然黏度变化幅度和加剂改性相差不大，但是凝点降低较少，仅从28 ℃降低至25 ℃，加剂改性可将凝点由28 ℃降低至19 ～20 ℃。同时，根据原油改性经验，单纯热处理的稳定性往往不能满足生产要求。因此，对于尼日尔原油，采用70 ℃为加剂改性热处理温度。三种降凝剂70 ℃热处理的全黏温曲线见图4。

图4 尼日尔加剂原油黏温曲线

尼日尔加剂油和空白油的黏度对比（剪切速率 30 s-1） 见图5。

图5 尼日尔不同加剂种类原油黏度对比 （30 s-1）

由图5 可知，尼日尔原油加剂之后改性效果较好，尤其是低温区间（35 ℃以下）。

1.3 不同二次回升温度

根据原油改性原理，加剂改性原油存在一个重复升温（二次或以上） 恶化区间，即重复升温在该区间范围内，改性效果会出现恶化，在管道输送过程中中间加热站应该避开该加热温度区间。针对三种加剂原油分别开展50 ～60 ℃二次回升温度对比实验，实验结果见表4 和图6。

表4 不同二次回升温度加剂原油油品凝点

由表4 和图6 可知，对于两种降凝剂来讲，50 ～60 ℃的二次重复温升会使加剂效果减弱，凝点和黏度均有所回升，其中凝点从19 ℃左右回升至21 ℃左右。因此，在运行过程中中间站启炉应该尽量避开该加热温度区间。

1.4 不同静置时间

图6 不同二次回升温度下加剂原油油品黏度

根据经验，随着管道运行，加剂原油的改性效果可能会出现变化，因此需要对其稳定性进行验证。本节针对三种加剂原油，开展不同静置时间下的稳定性试验。实验结果见图7 和表5。

从图7 和表5 可知，对于三种降凝剂的改性效果来说，静置5 ～7 d 时，凝点和黏度有所上升，其中凝点由19 ℃左右回升至20 ～21 ℃，但总体上升幅度不大，稳定性较好。

图7 不同静置时间下加剂原油黏度

2 不同加剂原油凝点附近屈服值对比

油品的屈服值是油品产生流动所需的最小剪应力，其大小主要由原油体系所形成的空间网络结构的性质所决定。屈服值与输油管道停输后再启动的压力大小密切相关。因此，针对尼日尔空白原油和加剂原油进行凝点附近的屈服值测试，测试结果见图8。

表5 不同静置时间下加剂原油凝点/℃

图8 尼日尔空白和加剂油凝点附近温度的屈服值

从图8 可知，空白原油28 ℃时的屈服值为10.7 Pa 左右，加剂油（降凝剂A） 19 ℃的屈服值为14 Pa 左右，加剂油（降凝剂B） 19 ℃的屈服值为50 Pa 左右，加剂油（降凝剂C） 19 ℃的屈服值为21 Pa 左右。添加降凝剂B 的凝点附近屈服值升高幅度较大，再启动过程所需的压力较大。

3 结论和建议

综合添加降凝剂的一系列对比实验可知，对于尼日尔原油，添加100 ppm 降凝剂A、100 ppm降凝剂B、40 ppm 降凝剂C 的改性效果相差不大，同时静置稳定性良好。但从加剂之后凝点附近的屈服值来看，添加降凝剂B 的屈服值较大。综合考虑，降凝剂C 加剂量少，改性效果较好。因此，建议尼日尔原油添加40 ppm 降凝剂C，采用70 ℃热处理温度，且二次回升温度应在60 ℃以上。