聚合物型降阻剂在原油输送管道的试验应用

雷锴，张彦鑫，王克勇，马亮，周久立

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300450）

随着石油开采技术的不断进步，油田的深入开发得以开展，伴随开采量的上升，各油田原油输送管道的输送量不断增加，导致输送管道高压超能力运行，存在一定的安全风险隐患，短期内无法完成新的输送管道铺设，同时铺设新管道也需要考虑成本控制。降阻剂在石油行业的研究应用在最近几十年快速发展，尤其是在输油管道的成功应用，有效缓解了现有输油管道的压力，为油田的进一步开采提供了技术支持。

降阻剂是一种少量添加即能减少流体在输送时所受阻力的试剂。目前，常用的降阻剂类型有聚合物型与表面活性剂型。对不同类型降阻剂作用机理的研究国内外早已开展，在各输送管道也开始了应用。使用过程中，降阻剂的优点逐渐体现出来，如投资少、加注简便、节能降耗，有显著的经济效益和社会效益。

1 降阻剂的作用机理

流体在管道内流动时，受各种阻力作用，能量损失逐渐增大，流动动力减弱[1]。原油降阻剂能降低原油管道输送阻力，其作用在于能降低原油在紊流状态下的内部能量消耗[2-4]。原油的黏度越高，其流动阻力越大，原油黏度主要受原油温度及其中蜡含量、胶质及沥青质含量影响，降阻剂的加入对原油的黏度改变影响很小，其作用机理并非靠改变原油的黏度引起，而是通过降低流体内部或者在管壁处由湍流造成的阻力。

聚合物型减阻剂的有效成分为长链超高相对分子质量聚合物，线性高分子在管道内随流体流动时，沿着流动方向逐渐排列，形成无数与流体流向一致的线条，将流动区域切割成无数小流动空间，流体只能在线内向前运动，从而抑制了紊流的发展，进而大大降低流动摩擦阻力。当加入降阻剂后，使得紧贴管道内壁的层流区和缓冲区增加，管道径向截面上流体的紊流区减小，从而降低整个管线中流体的摩阻。管线中流体的流动状态对于减阻剂是否起作用很关键，经实验研究，流体流动状态为层流状态时，添加降阻剂基本没有作用，为过渡流时，降阻剂效果有限，紊流状态时，降阻剂减阻效果良好[5]。

2 现场应用

2.1 应用背景

某海上油田A原处理合格原油输送到下游浮式储卸油轮（FPSO），因浮式储卸油轮检修，计划将油田A原油转输至油田B，再由油田B转输后最终输送至陆地终端。油田A原油转输后因海管尺寸由原10"输油管道变为6"输油管道，将导致海管压力升高，外输泵出口背压上升，可能出现油田外输泵无法满足输送压力的情况。因此计划在油田A原油外输海管入口加注降阻剂，降低原油输送压差，使外输泵满足转输需求，同时也为后续油田增产做好充分的准备工作。

油田A油井产液经油水分离后进入原油缓冲罐，由外输泵增压后进行外输，日常使用中两台运行，一台备用。输往FPSO管线为10"管线，输往油田B管线为6"管线，工艺流程简图如图1所示。

图1 A油田原油外输示意图

外输海管参数见表1。

表1 海管参数

2.2 试验方案

A油田外输原油性质见表2。

表2 油品性质

此次试验所选降阻剂型号为HYJZ-03，为高分子聚合物型降阻剂。因外输泵为多级离心泵，为避免泵叶轮对降阻剂进行剪切造成高分子聚合物结构破坏，削弱降阻剂的效果，降阻剂加注点选在外输泵出口位置。

根据室内评价，将初始加注质量浓度设置为40 mg·L-1，观察海管压力变化趋势，再逐步下调注入质量浓度，观察不同注入质量浓度下海管压力变化情况，最终评选出合适的加药质量浓度。

2.3 试验过程及数据

试验过程中，每隔0.5 h对A油田至B油田原油海管入口和出口压力进行记录。数据分析过程中，分别采用海管入口压力和海管两端压力差计算减阻率。

根据试验结果数据，做出压力变化曲线，如图2、图3所示。

图2 A油田至B油田海管入口压力变化曲线

图3 A油田至B油田海管进出口压差变化曲线

A油田至B油田海管入口加注降阻剂后，入口压力、两端压差明显降低。随着加注质量浓度的降低，海管入口压力逐渐升高，但仍然保持较高的减阻率。采用两种方法计算减阻率，减阻率1按照海管入口平均压力计算，减阻率2按照海管两端压差计算，均按照加注降阻剂4 h稳定后的平均值计算海管入口压力平均值和压差。

减阻率1计算公式为：

式中：DR—减阻率；

p0—未加减阻剂时海管入口压力均值；

p1—添加减阻剂后海管入口压力均值。

减阻率2计算公式为：

式中：DR—减阻率；

Δp0—未加降阻剂时海管进入口压差；

Δp—添加降阻剂后海管进出口压差。

从表3数据可以得出，按照海管入口压力计算减阻率：加药质量浓度为40 mg·L-1时，减阻率为51.09%；加药质量浓度为30 mg·L-1时，减阻率为53.47%；当加药质量浓度为20 mg·L-1时，减阻率为47.40%；当加药质量浓度降低为10 mg·L-1时，减阻率为33.40%。

表3 A油田至B油田海管减阻率计算结果

按照海管两端压差计算减阻率：加药质量浓度为40 mg·L-1时，减阻率为56.74%；加药质量浓度为30 mg·L-1时，减阻率为59.19%；当加药质量浓度为20 mg·L-1时，减阻率为52.20%；当加药质量浓度降低为10 mg·L-1时，减阻率为36.26%。

随加注质量浓度的下调，减阻效果有所下降，减阻率降低。但降阻剂加注质量浓度并不是越高越好，30 mg·L-1的加注质量浓度减阻效果稍优于40 mg·L-1的加注质量浓度。

2.4 试验结果分析

从试验过程和数据来看，降阻剂开始加注后，海管入口压力及进出口压差有明显的下降，且反应较快，说明该型号降阻剂起效快且作用明显。随着加注质量浓度的下调，海管入口压力和进出口压差有逐渐上涨的趋势，但减阻效果还是比较明显。试验表明，本次试验使用的减阻剂性能优异，对于短距离输送管道减阻效果依然明显，在30 mg·L-1加注质量浓度下就能够大幅降低原油海管入口压力，实现减阻增输的目的。可将此降阻剂产品应用于现场，为各油田原油外输系统和海管的安全运行提供保障。

3 结 论

本实验应用降阻剂的主要成分为聚α烯烃，属于高分子聚合物，所用溶剂为丁醇，具有良好的油溶性，常温储存时不存在结晶现象。加入原油中后，能快速溶于其中发挥作用，对短距离输油管道也能达到良好的效果。

使用聚合物类降阻剂具有许多优势，包括：加注质量浓度低，减阻效果好；加注设备及流程简单，可操作性强；运输及使用过程中无明显变质，有效期长；对原油质量和加工不造成有害影响。在现有管道运营中使用降阻剂能获得可观的经济效益和社会效益。随着我国海上油田的大规模持续开发，降阻剂技术在海上油田的推广应用将越来越普遍。同时，在海上油田原油输送管道使用降阻剂还存在以下几个优点：

1）节省铺设海底输油管道的成本。

2）海上经常有船舶抛锚，对海管的安全运行存在隐患，降阻剂的应用一定程度减少了铺设管道的数量，降低了输油的安全风险。

3）加降阻剂降低了对输送泵的扬程要求，对长输管道系统有显著的降本优势。

4）通过加注降阻剂，降低了海底输送管道的压力，提高了管道的安全性[6]。