聚合物型降阻劑在原油輸送管道的試驗應用

雷鍇，張彥鑫，王克勇，馬亮，周久立

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450）

隨著石油開采技術的不斷進步，油田的深入開發(fā)得以開展，伴隨開采量的上升，各油田原油輸送管道的輸送量不斷增加，導致輸送管道高壓超能力運行，存在一定的安全風險隱患，短期內無法完成新的輸送管道鋪設，同時鋪設新管道也需要考慮成本控制。降阻劑在石油行業(yè)的研究應用在最近幾十年快速發(fā)展，尤其是在輸油管道的成功應用，有效緩解了現有輸油管道的壓力，為油田的進一步開采提供了技術支持。

降阻劑是一種少量添加即能減少流體在輸送時所受阻力的試劑。目前，常用的降阻劑類型有聚合物型與表面活性劑型。對不同類型降阻劑作用機理的研究國內外早已開展，在各輸送管道也開始了應用。使用過程中，降阻劑的優(yōu)點逐漸體現出來，如投資少、加注簡便、節(jié)能降耗，有顯著的經濟效益和社會效益。

1 降阻劑的作用機理

流體在管道內流動時，受各種阻力作用，能量損失逐漸增大，流動動力減弱[1]。原油降阻劑能降低原油管道輸送阻力，其作用在于能降低原油在紊流狀態(tài)下的內部能量消耗[2-4]。原油的黏度越高，其流動阻力越大，原油黏度主要受原油溫度及其中蠟含量、膠質及瀝青質含量影響，降阻劑的加入對原油的黏度改變影響很小，其作用機理并非靠改變原油的黏度引起，而是通過降低流體內部或者在管壁處由湍流造成的阻力。

聚合物型減阻劑的有效成分為長鏈超高相對分子質量聚合物，線性高分子在管道內隨流體流動時，沿著流動方向逐漸排列，形成無數與流體流向一致的線條，將流動區(qū)域切割成無數小流動空間，流體只能在線內向前運動，從而抑制了紊流的發(fā)展，進而大大降低流動摩擦阻力。當加入降阻劑后，使得緊貼管道內壁的層流區(qū)和緩沖區(qū)增加，管道徑向截面上流體的紊流區(qū)減小，從而降低整個管線中流體的摩阻。管線中流體的流動狀態(tài)對于減阻劑是否起作用很關鍵，經實驗研究，流體流動狀態(tài)為層流狀態(tài)時，添加降阻劑基本沒有作用，為過渡流時，降阻劑效果有限，紊流狀態(tài)時，降阻劑減阻效果良好[5]。

2 現場應用

2.1 應用背景

某海上油田A原處理合格原油輸送到下游浮式儲卸油輪（FPSO），因浮式儲卸油輪檢修，計劃將油田A原油轉輸至油田B，再由油田B轉輸后最終輸送至陸地終端。油田A原油轉輸后因海管尺寸由原10"輸油管道變?yōu)?"輸油管道，將導致海管壓力升高，外輸泵出口背壓上升，可能出現油田外輸泵無法滿足輸送壓力的情況。因此計劃在油田A原油外輸海管入口加注降阻劑，降低原油輸送壓差，使外輸泵滿足轉輸需求，同時也為后續(xù)油田增產做好充分的準備工作。

油田A油井產液經油水分離后進入原油緩沖罐，由外輸泵增壓后進行外輸，日常使用中兩臺運行，一臺備用。輸往FPSO管線為10"管線，輸往油田B管線為6"管線，工藝流程簡圖如圖1所示。

圖1 A油田原油外輸示意圖

外輸海管參數見表1。

表1 海管參數

2.2 試驗方案

A油田外輸原油性質見表2。

表2 油品性質

此次試驗所選降阻劑型號為HYJZ-03，為高分子聚合物型降阻劑。因外輸泵為多級離心泵，為避免泵葉輪對降阻劑進行剪切造成高分子聚合物結構破壞，削弱降阻劑的效果，降阻劑加注點選在外輸泵出口位置。

根據室內評價，將初始加注質量濃度設置為40 mg·L-1，觀察海管壓力變化趨勢，再逐步下調注入質量濃度，觀察不同注入質量濃度下海管壓力變化情況，最終評選出合適的加藥質量濃度。

2.3 試驗過程及數據

試驗過程中，每隔0.5 h對A油田至B油田原油海管入口和出口壓力進行記錄。數據分析過程中，分別采用海管入口壓力和海管兩端壓力差計算減阻率。

根據試驗結果數據，做出壓力變化曲線，如圖2、圖3所示。

圖2 A油田至B油田海管入口壓力變化曲線

圖3 A油田至B油田海管進出口壓差變化曲線

A油田至B油田海管入口加注降阻劑后，入口壓力、兩端壓差明顯降低。隨著加注質量濃度的降低，海管入口壓力逐漸升高，但仍然保持較高的減阻率。采用兩種方法計算減阻率，減阻率1按照海管入口平均壓力計算，減阻率2按照海管兩端壓差計算，均按照加注降阻劑4 h穩(wěn)定后的平均值計算海管入口壓力平均值和壓差。

減阻率1計算公式為：

式中：DR—減阻率；

p0—未加減阻劑時海管入口壓力均值；

p1—添加減阻劑后海管入口壓力均值。

減阻率2計算公式為：

式中：DR—減阻率；

Δp0—未加降阻劑時海管進入口壓差；

Δp—添加降阻劑后海管進出口壓差。

從表3數據可以得出，按照海管入口壓力計算減阻率：加藥質量濃度為40 mg·L-1時，減阻率為51.09%；加藥質量濃度為30 mg·L-1時，減阻率為53.47%；當加藥質量濃度為20 mg·L-1時，減阻率為47.40%；當加藥質量濃度降低為10 mg·L-1時，減阻率為33.40%。

表3 A油田至B油田海管減阻率計算結果

按照海管兩端壓差計算減阻率：加藥質量濃度為40 mg·L-1時，減阻率為56.74%；加藥質量濃度為30 mg·L-1時，減阻率為59.19%；當加藥質量濃度為20 mg·L-1時，減阻率為52.20%；當加藥質量濃度降低為10 mg·L-1時，減阻率為36.26%。

隨加注質量濃度的下調，減阻效果有所下降，減阻率降低。但降阻劑加注質量濃度并不是越高越好，30 mg·L-1的加注質量濃度減阻效果稍優(yōu)于40 mg·L-1的加注質量濃度。

2.4 試驗結果分析

從試驗過程和數據來看，降阻劑開始加注后，海管入口壓力及進出口壓差有明顯的下降，且反應較快，說明該型號降阻劑起效快且作用明顯。隨著加注質量濃度的下調，海管入口壓力和進出口壓差有逐漸上漲的趨勢，但減阻效果還是比較明顯。試驗表明，本次試驗使用的減阻劑性能優(yōu)異，對于短距離輸送管道減阻效果依然明顯，在30 mg·L-1加注質量濃度下就能夠大幅降低原油海管入口壓力，實現減阻增輸的目的?？蓪⒋私底鑴┊a品應用于現場，為各油田原油外輸系統(tǒng)和海管的安全運行提供保障。

3 結 論

本實驗應用降阻劑的主要成分為聚α烯烴，屬于高分子聚合物，所用溶劑為丁醇，具有良好的油溶性，常溫儲存時不存在結晶現象。加入原油中后，能快速溶于其中發(fā)揮作用，對短距離輸油管道也能達到良好的效果。

使用聚合物類降阻劑具有許多優(yōu)勢，包括：加注質量濃度低，減阻效果好；加注設備及流程簡單，可操作性強；運輸及使用過程中無明顯變質，有效期長；對原油質量和加工不造成有害影響。在現有管道運營中使用降阻劑能獲得可觀的經濟效益和社會效益。隨著我國海上油田的大規(guī)模持續(xù)開發(fā)，降阻劑技術在海上油田的推廣應用將越來越普遍。同時，在海上油田原油輸送管道使用降阻劑還存在以下幾個優(yōu)點：

1）節(jié)省鋪設海底輸油管道的成本。

2）海上經常有船舶拋錨，對海管的安全運行存在隱患，降阻劑的應用一定程度減少了鋪設管道的數量，降低了輸油的安全風險。

3）加降阻劑降低了對輸送泵的揚程要求，對長輸管道系統(tǒng)有顯著的降本優(yōu)勢。

4）通過加注降阻劑，降低了海底輸送管道的壓力，提高了管道的安全性[6]。