增压撬原油粘度及温度稳定性提高的研究

2022-03-04张文平李丙焱成清林郑庆军

科技创新与应用 2022年4期

张文平，李丙焱，成清林，郑庆军，王昊

（中海油能源发展采油服务公司，天津 300452）

1 现场情况简述

通常来讲，燃油增压撬装置的主要功能是借助循环泵和增压泵加压，热介质油加热燃料油，使其升温并且维持特定的粘度数值区间，进而将达标的燃油供给到主机进行燃烧。一般来讲，粘度与温度数值的变化规律表现为反比例规律，温度与粘度数值都有自身的报警区间，温度数值如果过大会导致燃油发生气化现象，导致主机带载运行不稳定或者出现甩负荷的现象；如果粘度数值过小，将会导致循环泵供给到主机的燃油压力出现波动，同样导致带载运行不稳定或者甩负荷的现象。

通常情况下，燃油增压撬处于正常工作条件下，为主机所提供的原油，其粘度最好控制在10～13 cst。

在燃油增压撬正常运行时观察其10 d时间的运行情况进行样本收集操作，可得出，在正常稳定运行时，粘度以及温度数值稍高于标准值，不过幅度在可控区间之内，温度与粘度数值并非完全地表现出反比例的关系，不过并不会对系统的正常使用造成明显的影响。

运行期间内的若干次非正常情况，原油温度数值达到140～145℃，此时粘度数值也持续上涨到15 cst（强制切换柴油的模式），粘度由正常数值上升达到高限时需要数个小时时间。

经过对现场情况和操作流程的初步评估，正常情况下运行状况相对稳定，发生异常情况下只有如下问题，即为检测仪表测量数值发生偏差以及仪表本身出现问题。

2 后续调整工作的设定目标

经过对相关设备和燃油工艺系统的改善操作，把燃油温度数值控制在115～130℃，粘度数值控制在10～12 cst，并且解决来料原油的质量问题，经过改善能使燃油粘度曲线稳定并长期运行，减少由于粘度问题造成的切柴油及甩负荷动作。

目标设定：由于粘度的原因切换柴油次数为0，粘度数值控制在10～12 cst。

目标的可行性分析：依据油矿油品情况的计算，温度数值与粘度数值存在着一定的对应关系，因此原油的粘度数值是可控的。

3 问题出现的原因分析

经过相关工程技术人员的讨论和研究，从2个症结分别研究得出如下方面的原因可能即为造成燃油增压撬处粘度控制效果不佳的主要因素。

（1）操作现场来油品质问题，确定4项末端的因素。

（2）检测仪表设备的测量结果出现偏差。

4 问题要因的进一步明确

4.1 要因一：主机原油罐底液的排放标准缺少明确的界定

确认的方法：采用现场抽样的操作，标准的要求为：底液含水率≤0.1%，对于底部含水情况进行抽样，明确排液标准；依据燃油增压撬供应厂家推荐，含水率需要在0.1%～0.15%以下。现场对原油日用罐底部取样口抽样化验。（由图1可得，如果长时间不排底液，罐内含水将会慢慢沉积导致下部油品含水率增大，杂质也比较多，一旦超出供油管线液位就会对燃油增压撬的粘度带来影响）。

图1 同温度条件下粘度对比

确认分析：在未进行定期排液的情况下，罐体下部含水率最大为0.3%，当到达该含水率数值时，温度和粘度数值偏高，粘度数值较同等温度下将会升高。

结果确认：含水率过大将影响粘度数值，针对此问题设定标准的排底液时间周期和标准。

4.2 要因二：自清滤器排渣时间设定不精确

现场初始设定的自清滤器冲洗间隔时间为120 min，冲洗时间为12 s，将冲洗间隔分别调整到60 min以及30 min后进行测试。确认内容：调整时间间隔之后经过观察，发现粘度值没有明显的差别，判定该要素非直接性的影响因素。确认结果：非主要原因，不会对温度和粘度造成明显的影响。

4.3 要因三：油水的界面不准确

通常在原油分油机稳定工作时，测量分油机出油情况均在正常范围内。确认结果：非主要原因，不会对温度和粘度造成明显影响。

4.4 要因四：化学药剂的影响

选取浓度不同的破乳剂处理以后的原油进入中油一油舱实施测试，发现高破乳剂处理的原油经原油分油机分油时报故障的机率比较高，表明分油机的分油效果并不理想。除此以外，在进行修井作业的操作过程中，因为作业中要添加不同的药剂，将会随原油进入生产流程中，产出油会出现粘度无法准确控制的情况，粘度数值超过最高限额数值。

4.5 要因五：温度、粘度传感器问题

现场流程中有2个温度传感器，首先是就地显示用于控制温控阀的动作，其次分别接入到两套ABB系统控制盘中。通过就地控制盘和ABB控制盘来显示温度数值的差异，温度数值的差异在1℃左右，鉴于两线制热电阻的实际参数，误差数值符合使用要求，确认温度传感器正常。

粘度仪进行拆解发现，音叉部件处发生镀层脱落，造成测量结果出现偏差。

通过查阅资料，目前使用的粘度仪正是使用PTFE镀膜工艺的设备，厂家针对不同涂层的摩擦系数测试，以DLC涂层效果最佳，PTFE和PFA镀膜摩擦系数要更好，容易挂料，并且镀膜容易脱落。

确认结果：主要原因是粘度仪传感器音叉部件处发生镀层脱落将会导致粘度值检偏差。

4.6 相关专业术语解释

PTFE：聚四氟乙烯，是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力。

PFA：四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物（PFA），PFA物理性能、电性能和化学性能与聚四氟乙烯类似，二者最主要的区别是PFA是可熔融加工的热塑性塑料。PFA管具有优异的耐应力开裂性和弯曲寿命，但是渗透性能不如PTFE。

DLC（Diamond Like Carbon）。DLC通常指的是一种由碳元素组成，在化学稳定性上与钻石非常接近，与此同时还由石墨原子构成的化学物质。其中类金刚石薄膜（DLC）指的是一种非晶态薄膜物质，因为该物质具备弹性模量及硬度都非常高、并且摩擦系数极低、耐磨损及良好的真空摩擦学化学性能，非常适合用作耐磨涂层表面。

5 增压撬原油粘度及温度稳定性提高的解决方案

5.1 具体实施措施及过程

（1）编写排放时间表格，每天早上8：00准时在启动原油分油机前排放底液操作。

（2）液位排放量≥21.5 cm。

（3）更换新类型粘度仪，该粘度仪的涂层换为DLC工艺。

5.2 实施效果的检查

针对原油罐含水率，定期排液能够保持原油含水率稳定在较低的数值，能够确保燃油增压撬供油品质。

（1）破乳剂加入量由71.55 ppm降至60.15 ppm。

（2）编写相关技术流程，在修井作业及药剂调试时使用。

5.3 检查效果相关试验

增压撬原油相关工程技术人员抽取最近一个月的破乳剂浓度进行测试，在59.15～61.55 ppm区间范围以内，满足要求。效果检查：升级后的粘度仪没有镀层，其DLC涂层不易被破坏，摩擦阻力非常小，完全符合使用要求。

6 相关试验效果的检查

由相关解决方案实施以后从现阶段进行检查，燃油增压撬工作各项参数比例控制合理。基于每周取平均数值进行观察，一共6周，如图2所示。

图2 燃油增压撬运行粘度与温度6周对比

由图3能够得出，增压撬原油相关工程技术人员经过技术改进以后5～7月份未再因为增压撬原油粘度异常造成切柴油及甩负荷的状况发生。切柴油次数是0次。现场专业技术人员对比了最近6周的增压撬原油粘度及温度平均数值，由图3能够得出，增压撬原油粘度与温度的比值是非常稳定的，并且相关数值长期稳定在10.75～12.88区间范围内。

图3 1～7月发生异常次数

7 增压撬原油粘度及温度稳定性提高所带来的实际经济效益

现阶段国际柴油的单价大约是5 000元/方，平台在进行正常生产的过程中，每天需要柴油消耗量大约5方，大约合计0.208 1方/h。

7.1 第一类获得的实际经济效益

按照每个季度使用柴油至少6次，每次使用4 h一共约24 h，现场技术人员在采取相关措施以后，至巩固期以前按照一个季度实施经济效益计算，国际柴油价格按照5 150元/方统计，计算得出节省柴油费用大约是：

7.2 第二类获得的实际经济效益

每次甩负荷导致油井停止开采，按照每天原油产量为500，每一次恢复时间为1 h，现场维修技术人员在采取相关措施以后至巩固期以前按照一个季度实施经济效益，原油为45.55美元/桶，美元兑换人民币汇率为6.75计算，预计活动期间损失费用大约：2×20×1×6.5×45.55×6.75=79 940.25元。