高含蠟原油的長(zhǎng)距離管道輸送

趙文德

摘要：文章主要探討了優(yōu)化高含蠟原油長(zhǎng)距離管道輸送的措施，以期在保證安全輸油的前提下盡量減少燃油和動(dòng)力消耗。具有很重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：高含蠟原油；長(zhǎng)距離管道輸送；油田；安全輸油

中圖分類號(hào)：TE832文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374(2009)13-0192-02

對(duì)于石油及天然氣而言，在五大運(yùn)輸行業(yè)中，管道運(yùn)輸是最佳的選擇。在國(guó)際上，原油、成品油、天然氣及各種具有常溫狀態(tài)下呈現(xiàn)流體性質(zhì)的各類化工產(chǎn)品的運(yùn)輸主要是依靠長(zhǎng)輸管道的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。而我國(guó)油田所產(chǎn)原油大多是高含蠟原油。為了保證管道安全經(jīng)濟(jì)地輸送這樣高含蠟原油，目前許多文獻(xiàn)對(duì)高含蠟原油在管道中結(jié)蠟規(guī)律，以及添加降凝劑對(duì)原油流動(dòng)性和結(jié)蠟規(guī)律的影響等進(jìn)行了廣泛的研究，這些研究成果對(duì)管道輸送工藝的運(yùn)用提供了科學(xué)的理論指導(dǎo)。

一、含蠟原油長(zhǎng)距離管道輸送結(jié)蠟形成的機(jī)理與規(guī)律

通常所謂的結(jié)蠟是指在管道內(nèi)壁上逐漸沉積了某一厚度的石蠟、膠質(zhì)、凝油、砂額其他機(jī)械雜質(zhì)的混合物，根據(jù)對(duì)油田含蠟原油管道的分析統(tǒng)計(jì)，沉積物中一般都含有40％～50％的石蠟、10％～20％的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)、30％～40％的原油及少量的砂和其他雜質(zhì)，在長(zhǎng)輸管道的沉積物中原油的含量要高些。我國(guó)長(zhǎng)輸管道易凝實(shí)踐表明，管壁上的凝結(jié)層往往不那么堅(jiān)實(shí)，主要原因是在凝結(jié)層上面有大量的凝油，這部分凝油的厚度要比真正的蠟層厚度要大的多，也是比較容易通過(guò)提高油流速度來(lái)沖刷清除的。

(一)結(jié)蠟形成的機(jī)理

研究表明長(zhǎng)距離管道結(jié)蠟的關(guān)鍵影響因素是溫度，溫度有兩方面的作用，一方面由于管壁處的油溫低于蠟的初始結(jié)晶溫度，使油中的蠟分子借助于管內(nèi)壁所提供的結(jié)晶中心，結(jié)晶析出，形成不流動(dòng)的結(jié)蠟層，并進(jìn)一步吸附液相中是蠟晶，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，把部分液態(tài)原油包圍其中；另一方面，由于熱油管道橫截面上臨近管壁處的溫度梯度，當(dāng)溫度最低的內(nèi)壁面處析出臨近后，該處溶液中溶解的蠟分子濃度就低于離內(nèi)壁面遠(yuǎn)處的溶液。由于溫度不同析出的臨近數(shù)量不同，因此，只要油流中存在溫度低于蠟的初始結(jié)晶溫度的區(qū)間，并且其中存在徑向溫度梯度，油流中就會(huì)出現(xiàn)蠟分子的徑向濃度梯度。內(nèi)壁面處的濃度最低，向著管道中心方向，濃度逐漸增高。由于濃度梯度的存在，就會(huì)引起蠟分子從管中心向管壁的徑向擴(kuò)散，為管壁繼續(xù)結(jié)蠟創(chuàng)造條件，石蠟晶體析出直接在管道內(nèi)壁上形成結(jié)蠟層。

(二)結(jié)蠟的分布規(guī)律

一般情況下，在管道的起始段，因熱油管道油溫高于析蠟點(diǎn)的區(qū)域，管壁無(wú)結(jié)蠟現(xiàn)象，稱為光管段；順著油流前進(jìn)，油溫下降，在析蠟點(diǎn)到析蠟高峰點(diǎn)之間，結(jié)蠟層逐漸增加，結(jié)蠟厚度逐漸增加形成喇叭口狀的結(jié)蠟區(qū)，在某一區(qū)域達(dá)到最大值，稱為喇叭口段；在析蠟高峰點(diǎn)之后，結(jié)蠟層又逐漸減薄，最后結(jié)蠟厚度逐漸趨于固定，稱為結(jié)蠟后裙段，這是因?yàn)樵椭写蟛糠值氖炓呀?jīng)在前面析出，另外，油流對(duì)結(jié)蠟層的沖刷作用，限制了結(jié)蠟層的繼續(xù)增長(zhǎng)，尤其是隨著結(jié)蠟層厚度的增加，過(guò)流截面積減小，流速加快，使結(jié)蠟層的增長(zhǎng)在一定程度上達(dá)到平衡。對(duì)于不同成分的原油和處在不同溫度段的管道，管壁結(jié)蠟的形狀會(huì)有差別，但都可以抽象成以上模型。不論輸油溫度如何變化和持續(xù)輸油時(shí)間如何不同，這種分布規(guī)律不會(huì)改變，但積蠟高峰區(qū)會(huì)有偏移，輸油溫度提高積蠟高峰區(qū)會(huì)向終點(diǎn)方向偏移，反之，則向起點(diǎn)方向偏移。原油加熱溫度的高低不會(huì)影響原油的析蠟量，只會(huì)影響到結(jié)蠟時(shí)間的早晚。

二、高含蠟原油長(zhǎng)距離管道優(yōu)化輸送的措施

由于管道輸運(yùn)中普遍存在結(jié)蠟現(xiàn)象，嚴(yán)重影響管道輸送能力和效率，因此，優(yōu)化輸送高含蠟原油的目的旨在解決原油輸送過(guò)程中存在諸如結(jié)蠟等問(wèn)題。

(一)熱處理輸送

20世紀(jì)60年代以來(lái)。國(guó)內(nèi)外研究開(kāi)發(fā)了原油熱處理輸送工藝。其中，印度的納霍卡蒂亞一高哈蒂一伯勞尼輸油管道(長(zhǎng)1150km，直徑400mm和356mm)采用一種完備熱處理輸送工藝，處理后的原油在地溫條件下等溫輸送；我國(guó)的克拉瑪依一獨(dú)山子、克拉瑪依－烏魯木齊、濮陽(yáng)－臨邑和馬嶺－惠安保－中寧等輸油管道，則采用一種簡(jiǎn)易熱處理輸送工藝。實(shí)現(xiàn)了特定溫度下的常溫輸送。目前，我國(guó)油田大部分原油集輸干線均仍在使用這種輸送工藝。雖然簡(jiǎn)易，但仍收到了相當(dāng)明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

(二)添加降凝劑輸送

該工藝是20世紀(jì)70年代末發(fā)展起來(lái)的一種化學(xué)處理工藝。不少國(guó)家已經(jīng)實(shí)施原油添加這些化學(xué)藥劑輸送。1979年美國(guó)縱貫阿拉斯加管道第一次大規(guī)模商業(yè)性使用減阻劑以來(lái)，世界上不少國(guó)家和地區(qū)的陸地和海底管道，先后都實(shí)現(xiàn)了添加減阻劑輸送。我國(guó)在20世紀(jì)90年代也開(kāi)展了原油降凝劑、減阻劑的合成、篩選與應(yīng)用研究，并且進(jìn)行了工業(yè)性應(yīng)用試驗(yàn)，取得很好的減阻和增輸?shù)男Ч，F(xiàn)在我國(guó)國(guó)內(nèi)的大部分原油長(zhǎng)輸管線均采用或部分線路采用這種化學(xué)工藝。但這些化學(xué)助劑價(jià)格較高，常年注入帶來(lái)了原油輸送成本的提高的結(jié)果。

(三)間歇輸送

間歇輸送主要是利用夏季地溫高的特點(diǎn)，采取夏季間歇輸送運(yùn)行方式，以達(dá)到進(jìn)一步降低輸量的目的。間歇輸送可以節(jié)約輸油成本、不需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造，還可以避免采取正反輸時(shí)流程切換作業(yè)。但是間歇輸送針對(duì)是那些所輸原油凝點(diǎn)比較低、含蠟量低，地形起伏較小的管道，而對(duì)于所輸原油凝點(diǎn)高，含蠟量高的管道，如果采用間歇輸送，會(huì)使管道再啟動(dòng)壓力上升，如果間歇時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能會(huì)發(fā)生凝管事故。

(四)壓力處理輸送

根據(jù)前蘇聯(lián)的研究報(bào)道，壓力處理(各向壓縮)有可能成為改善非牛頓流體流動(dòng)特性的一種方法。實(shí)驗(yàn)表明，壓力處理可使這種非牛頓流體的表觀粘度降低，并且所加壓力越大，其處理效果就越明顯。這亦引起了我國(guó)科研人員的關(guān)注。

(五)擴(kuò)徑輸送

對(duì)于低輸量管道，如果管道不具備清蠟的設(shè)施條件，為了緩解管道出現(xiàn)的惡劣工況，確保安全運(yùn)行，可采用注入熱流體或提高原油的出站溫度進(jìn)行融蠟擴(kuò)徑。采用注入熱流體或提高原油的出站溫度進(jìn)行融蠟擴(kuò)徑，雖然都改善了管道的動(dòng)力條件，但是采用注入熱流體擴(kuò)徑，因?qū)嵤r(shí)需要設(shè)備多，且需較多的熱水，耗費(fèi)大量的人力和物力，給正常管理帶來(lái)不便，對(duì)于長(zhǎng)輸管線來(lái)說(shuō)只是權(quán)宜之計(jì)，而采用提高出站溫度的方法，在目前的情況下顯然是不經(jīng)濟(jì)的。

總之，我國(guó)是世界上盛產(chǎn)含蠟粘性原油的大國(guó)，原油物性覆蓋面很廣。從流變力學(xué)的觀點(diǎn)分析，我國(guó)原油流型復(fù)雜，多數(shù)原油流動(dòng)性能較差。因此，針對(duì)我國(guó)原油物性和流變特性，采用不同的物理和化學(xué)方法對(duì)原油進(jìn)行改性，從而建立和發(fā)展具有我國(guó)特色的輸送工藝技術(shù)體系，便成為我們石油儲(chǔ)運(yùn)科技工作者的首要任務(wù)了。

參考文獻(xiàn)

[1]畢榮抽氣儲(chǔ)運(yùn)安全管理實(shí)用全書，安徽：安徽文化音像出版社，2003

[2]楊筱衡，張國(guó)忠，輸油管道設(shè)計(jì)與管理[M]，北京：石油大學(xué)出版社出版，2004

[3]黃啟玉，李立，剪切彌散對(duì)含蠟原油沉積的影響，油氣儲(chǔ)運(yùn)，2002，21(12)

[4]孟振虎，輸油管道運(yùn)行優(yōu)化理論與方法的分析，天然氣與石油，2004，22(1)