輸油管道清防蠟技術(shù)研究綜述

官琳悅，王衛(wèi)強(qiáng)

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

輸油管道清防蠟技術(shù)研究綜述

官琳悅，王衛(wèi)強(qiáng)

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

產(chǎn)自我國(guó)的原油大多屬于石蠟基原油，在輸送過(guò)程中，原油中的蠟不斷結(jié)晶析出，沉積在管道內(nèi)壁上，結(jié)蠟層厚度逐漸增加，導(dǎo)致管道內(nèi)的有效通流截面減小，使輸油過(guò)程變得困難，這不僅會(huì)降低輸量，而且嚴(yán)重時(shí)還會(huì)堵塞管道，存在一定的安全隱患。在本文中，根據(jù)影響蠟沉積的因素，并結(jié)合油田清防蠟措施，總結(jié)了幾種有關(guān)輸油管道的清、防蠟技術(shù)。

蠟沉積；輸油管道；清蠟；防蠟

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，石油管道工業(yè)也不斷進(jìn)步，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出了卓越的貢獻(xiàn)。近些年來(lái)，由于原油需求量的大量增加，管道工業(yè)迅速崛起，管道輸送在我國(guó)有著舉足輕重的地位。目前，在我國(guó)的原油管道運(yùn)輸中最常見的問題就是“結(jié)蠟”，也就是原油管道中的蠟沉積現(xiàn)象。而我國(guó)產(chǎn)出的原油，至少八成以上是含蠟易凝原油，原油在管道內(nèi)流動(dòng)的過(guò)程中，會(huì)析出一些石蠟、膠質(zhì)、砂等混合物，并在管壁處沉積。若不及時(shí)清除這些混合物，則會(huì)影響管道的運(yùn)輸能力，甚至堵塞管道，加大原油管道的輸送難度。在蠟的析出過(guò)程中，如果通過(guò)恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段介入，就會(huì)抑制結(jié)蠟，保證管道正常運(yùn)行。含蠟原油的運(yùn)輸需要更多的技術(shù)保障，為了降低運(yùn)輸過(guò)程中的能源消耗，保證運(yùn)輸?shù)捻槙嘲踩o我國(guó)的管道運(yùn)輸行業(yè)提出了更高的技術(shù)要求。如何安全、經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行管輸，是今后我國(guó)管輸行業(yè)的研究目標(biāo)。

1 管道蠟沉積的危害

原油長(zhǎng)輸管道的蠟沉積是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，在原油組分、管材性質(zhì)、雜質(zhì)、流速、溫度、壓力等多種影響因素的共同作用下，使輸送變得更加困難。

原油中的蠟在低溫狀態(tài)下會(huì)以片狀晶體析出，易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，硬度較大，使原油流速緩慢，降低原油的低溫流動(dòng)性[1]。隨著管道的運(yùn)行，結(jié)蠟層繼續(xù)變厚，當(dāng)達(dá)到一定的結(jié)蠟厚度時(shí)，管道的有效通流截面變窄，原油流動(dòng)變慢，進(jìn)而造成管線結(jié)蠟堵塞，抽油機(jī)負(fù)荷大，電流偏高，泵效降低，并容易發(fā)生卡脫事故。同時(shí)地面管線縮徑，回壓上升，管線經(jīng)常出現(xiàn)穿孔。為了避免此類安全事故的發(fā)生，并提高管輸效率，有必要對(duì)原油集輸管道采取清防蠟措施，采取清、防蠟措施可以[2]：

（1）減少或避免蠟卡、凝管、停流等事故，提高管道工作效率；

（2）減輕對(duì)設(shè)備的腐蝕和損害；

（3）節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)效益。

2 影響管道蠟沉積的主要因素

2.1 原油的組成和性質(zhì)

原油中所含的重質(zhì)組分對(duì)結(jié)蠟效果有直接的影響，重質(zhì)組分越多，原油中的蠟越不易溶解，蠟沉積傾向越嚴(yán)重。但原油中都含有一定的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，這些成分對(duì)管道的蠟沉積有著特殊的影響。膠質(zhì)是指原油中分子量較大的化合物，屬于一種表面活性物質(zhì)，在原油中呈半固態(tài)狀分散，能在蠟剛開始結(jié)晶時(shí)吸附在其表面，起到隔離作用，阻止蠟晶繼續(xù)長(zhǎng)大。瀝青質(zhì)屬于一種聚合物，以小顆粒的狀態(tài)分散在原油中，能起到分散蠟晶的作用。隨著膠質(zhì)含量的增加，蠟析出溫度降低，蠟晶分散均勻，且與膠質(zhì)緊密結(jié)合［3,4］。然而，在膠質(zhì)和瀝青質(zhì)存在的情況下，蠟沉積在管壁上更不容易隨油流沖走?？傊?，一定程度上來(lái)說(shuō)，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的存在既可以減輕蠟沉積，又增加了蠟的結(jié)合強(qiáng)度而促進(jìn)了蠟沉積。

2.2 原油中的機(jī)械雜質(zhì)和水

原油中的機(jī)械雜質(zhì)以及粗糙的表面有利于蠟分子的附著，促進(jìn)結(jié)晶生成。原油中所含的機(jī)械雜質(zhì)越多，管輸過(guò)程中越容易發(fā)生蠟沉積。

2.3 管壁粗糙度及表面材質(zhì)

管道結(jié)蠟會(huì)受到管道材質(zhì)的影響：管道內(nèi)壁越粗糙，輸送過(guò)程中原油越容易掛在管道內(nèi)壁，就越容易結(jié)蠟，相反，管壁越光滑，原油流動(dòng)越順暢，越不易結(jié)蠟。另外，對(duì)于管道內(nèi)壁的材質(zhì)，親油的比親水的材質(zhì)更易造成結(jié)蠟。

2.4 溫 度

結(jié)蠟受溫度影響較大，溫度較低時(shí)，高含蠟原油流動(dòng)性降低，蠟分子運(yùn)動(dòng)減慢，易結(jié)晶析出。因此在原油溫度較低，易結(jié)蠟。另外，受原油溫度和管壁溫度之間的溫差影響，蠟會(huì)在管壁表面結(jié)晶，這也是導(dǎo)致管道蠟沉積的主要因素。

2.5 流 速

管道內(nèi)油流速度越快，管壁的剪切應(yīng)力增大，油流對(duì)管壁的沖刷作用增強(qiáng)，結(jié)蠟速率越低，原油中的蠟越不易沉積，管壁的結(jié)蠟厚度變薄。

2.6 運(yùn)行時(shí)間

隨著管道運(yùn)行時(shí)間的增加，輸送距離增加，結(jié)蠟層厚度越來(lái)越厚，當(dāng)達(dá)到某一時(shí)間，增厚的程度逐漸減弱。這是由于結(jié)蠟層厚度增加，導(dǎo)致熱阻變大，油溫與管壁的傳熱系數(shù)減小，溫差減小，蠟沉積增量會(huì)逐漸減少。

2.7 壓 力

當(dāng)管道壓力低于原油飽和壓力時(shí),原油中的氣相物質(zhì)會(huì)從中游離出來(lái)，這不僅會(huì)降低原油中輕組分的含量,還會(huì)帶走原油中的部分熱量,雙重因素最終導(dǎo)致結(jié)蠟量增加。

3 管道清、防蠟技術(shù)

為了有效避免石蠟沉積引起的生產(chǎn)安全事故，必須對(duì)蠟的沉積引起足夠的重視。解決石蠟析出造成的油井和管線堵塞問題常用技術(shù)包括物理清防蠟和化學(xué)清防蠟兩類。其中，物理方法包括清蠟器刮蠟、磁防蠟、超聲波防蠟等[5]；化學(xué)方法主要是利用一些化學(xué)藥劑減緩石蠟在油井和管線壁上的沉積，然后根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行周期性地清蠟。而近幾年又有一種新型清防蠟技術(shù)逐漸在我國(guó)得到應(yīng)用，即微生物清防蠟技術(shù)。總的來(lái)說(shuō)，為了達(dá)到清蠟防蠟的目的，必須先做好防蠟措施，再配合清蠟技術(shù)，雙管齊下，保證管道的安全、正常運(yùn)行。

3.1 物理清防蠟

3.1.1 機(jī)械清蠟

機(jī)械清蠟就是利用刮蠟刀、鉆頭等清蠟工具將油管壁上沉積的蠟刮除，使石蠟從管壁上脫離下來(lái)并隨著油流流走。清蠟時(shí)，采用手搖或者電動(dòng)絞車的方式，將刮蠟刀下到管道結(jié)蠟處，將粘附在管壁的蠟刮掉。管道進(jìn)行清管時(shí)，一般選擇軟管清蠟和機(jī)械清管（攜帶跟蹤器），需先摸清管道內(nèi)情況，確保管線內(nèi)無(wú)異常，再進(jìn)行正常的清管作業(yè)。與其他的清蠟方式相比，機(jī)械清蠟方法操作簡(jiǎn)單、方便，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，成本低，是傳統(tǒng)的、最直接、最常用的物理清蠟方式。但是該法也有一定的局限性，對(duì)有些特殊部位的結(jié)蠟清除不到，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)清蠟量不夠的情況，并且對(duì)設(shè)備也有一定的損害。

3.1.2 熱力清防蠟

熱力清防蠟就是通過(guò)加熱、向管道內(nèi)注入熱油等方法，利用熱化學(xué)能提高油流和管壁蠟沉積物的溫度，使石蠟軟化熔化，隨著油流流走，也改善了原油流動(dòng)性，確保原油在管輸過(guò)程中不凝、低粘，達(dá)到清蠟、防蠟的目的。隨著管道的正常運(yùn)行，油流不斷地向外散熱，油溫下降。因此，為保證長(zhǎng)距離管道的正常輸送，還需要沿管道設(shè)置一些加熱站，用以補(bǔ)充油品輸送過(guò)程中損失的熱量，維持適當(dāng)?shù)妮斔蜏囟?。加熱輸送工藝是管輸?shù)某Ｓ梅椒?，該方法除蠟率較高，工藝簡(jiǎn)單，成本低。但是作用周期較短，熱洗時(shí)需要停輸，會(huì)影響輸量；油品不好會(huì)損害地層；而且加熱油品的過(guò)程中有輕質(zhì)餾分損失，存在一定的安全隱患。

3.1.3 改變油管表面性質(zhì)防蠟法

改變管材性質(zhì)防蠟法就是把管內(nèi)壁加工處理成不利于石蠟沉積的表面，增加管壁的光滑度，防止石蠟粘附在管壁上。具體方法比如在管道內(nèi)壁涂上一層不易與蠟晶結(jié)合的涂料，就相當(dāng)于涂上了一層極性膜，不利于石蠟等機(jī)械雜質(zhì)的附著和沉積。或者直接采用塑料、玻璃等管道，塑料管道表面光滑不粗糙，原油較易通過(guò)，使蠟晶不易在管內(nèi)壁聚集，但是易腐蝕；玻璃鋼管表面光滑，親水性好，原油流過(guò)時(shí)不易粘附在其表面，而且絕熱性能好，使用期限大概在十年左右，但是在搬運(yùn)過(guò)程中易損害。光靠改變管壁材質(zhì)的方式只能在一定程度上緩解蠟沉積，并不能完全解決清蠟問題。因此，在改變管材性質(zhì)的前提下，再使用其他清蠟方法，會(huì)達(dá)到更好的清蠟效果。

3.1.4 電磁清防蠟

電磁清防蠟技術(shù)就是對(duì)原油進(jìn)行磁處理，使石蠟在油品中呈懸浮狀態(tài)，阻礙原油中的蠟晶分子聚結(jié)，失去易附著在管道內(nèi)壁的能力，進(jìn)而達(dá)到防蠟的效果。磁防蠟器構(gòu)造簡(jiǎn)單，通電后自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)，防蠟效果明顯，基本不需要現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和維護(hù)保養(yǎng)；使用壽命長(zhǎng)，可達(dá)十年；節(jié)能、耗電低；可廣泛應(yīng)用于各種類型的含蠟原油，既可用于井下舉升管柱，也可用于地面輸油管線。由于磁防蠟器的結(jié)構(gòu)參數(shù)受到諸多因素的影響，例如原油組分、流動(dòng)方向、管道壓力、輸送方式等因素，所以在選擇上有一定的困難，直接影響防蠟效果[6]。

3.1.5 超聲波清防蠟

超聲波防蠟技術(shù)是利用原油的空化現(xiàn)象，使蠟在未凝結(jié)之前就被分散成細(xì)小的顆粒而懸浮在原油中，阻礙了蠟對(duì)管壁的沉積，無(wú)法形成固相的石蠟晶體，也在一定程度上降低了原油的表面張力，從而降低了原油流動(dòng)阻力。該技術(shù)見效快、效果明顯；工藝簡(jiǎn)單，無(wú)污染；節(jié)能、成本低；適用范圍較廣，也可以和其他清防蠟技術(shù)一并使用，達(dá)到更好的清防蠟效果。

3.2 化學(xué)清防蠟

化學(xué)清防蠟技術(shù)就是在管輸過(guò)程中通過(guò)在油品中加入化學(xué)藥劑,起到降低結(jié)蠟速率、改變?cè)土鲃?dòng)性的作用，進(jìn)而達(dá)到清蠟防蠟的目的?；瘜W(xué)藥劑加入到油品中，會(huì)改變蠟晶結(jié)構(gòu)，使原本致密的蠟晶結(jié)構(gòu)變的疏松，喪失了附著在管道內(nèi)壁的能力，易被油流攜帶，不會(huì)在管壁大量沉積。

化學(xué)清、防蠟劑種類繁多，主要分為油基、水基、乳液型以及固體清、防蠟劑，既可單獨(dú)使用，也可將幾種復(fù)配使用[7]。乳液型清防蠟劑的優(yōu)勢(shì)較突出，這種清蠟劑是油基、水基溶劑與具有綜合效能的多種表面活性劑復(fù)配，它功能作用多，既有一定的潤(rùn)滑作用又能滲透于油品中，既能分散蠟晶又能溶解石蠟，故既有良好的清蠟?zāi)芰Γ灿幸欢ǖ姆老炐Ч??；瘜W(xué)清防蠟方法經(jīng)濟(jì)有效，且易操作，還可以降粘、解堵，所以得到廣泛應(yīng)用。但由于技術(shù)的局限性，在某些方面也不能完全適應(yīng)當(dāng)前清蠟的需求。使用化學(xué)清防蠟劑時(shí)，要根據(jù)不同情況選擇不同的藥劑，通用性不高、復(fù)雜，而且使用過(guò)程中，會(huì)對(duì)地層造成損害，污染環(huán)境，因此若能克服這些阻力，生產(chǎn)出安全、綠色、環(huán)保、通用性高的水基乳液型清蠟劑將會(huì)給原油清防蠟領(lǐng)域帶來(lái)巨大貢獻(xiàn)。

3.3 生物清防蠟

微生物清防蠟技術(shù)是一種新興技術(shù)，起初在美國(guó)、加拿大等國(guó)家率先得到應(yīng)用，直到20世紀(jì)90年代初 ，國(guó)內(nèi)一些油田開始引進(jìn)并應(yīng)用。該技術(shù)是針對(duì)原油中含蠟的特點(diǎn)，培育并篩選出能降解石蠟或改變蠟晶結(jié)構(gòu)的菌種注入到井筒或管道內(nèi)，以達(dá)到防蠟、清蠟的目的[8]。該方法應(yīng)用于油田，會(huì)產(chǎn)生增油效果；應(yīng)用于輸油管道，會(huì)對(duì)管道有一定的維護(hù)作用。這是由于微生物本身可以改變蠟晶結(jié)構(gòu)，阻礙了蠟的進(jìn)一步沉積，并且能粘附在金屬管道表面繁殖生長(zhǎng)，形成一層親水疏油的微生物保護(hù)膜，在阻礙結(jié)蠟的同時(shí)也對(duì)管道起到了保護(hù)作用；另外，微生物在新陳代謝的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生表面活性劑等物質(zhì)，能乳化原油，對(duì)原油有降粘的作用，改善了原油流動(dòng)性。該方法操作簡(jiǎn)單，只需向油品或管道中加入微生物菌種或試劑，不需要額外投入設(shè)備，費(fèi)用較低。相比于常用的化學(xué)清蠟技術(shù)來(lái)說(shuō)，不會(huì)影響油品品質(zhì)，安全環(huán)保，對(duì)地層無(wú)損傷和污染。但是，由于前期在篩選和培育微生物菌種上的困難，加上微生物菌種會(huì)受到一定的溫度限制，不易存活，使得該技術(shù)的發(fā)展受到了制約，但可以通過(guò)一些現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段來(lái)克服這些問題。

4 結(jié) 論

（1）為了有效避免石蠟沉積引起的生產(chǎn)事故，必須對(duì)蠟沉積引起足夠的重視，以防為主，清防結(jié)合，防患于未然才是最佳措施。

（2）根據(jù)近幾年的趨勢(shì)來(lái)看，微生物清防蠟技術(shù)在油田的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐已經(jīng)發(fā)揮了優(yōu)勢(shì)，并取得了一定成效，值得廣泛推廣應(yīng)用，逐漸替代傳統(tǒng)的熱力清防蠟和化學(xué)清防蠟技術(shù)，應(yīng)加大研究力度，應(yīng)用于管道輸送中。

（3）清防蠟技術(shù)有很多種，既可單獨(dú)應(yīng)用，也可幾種方法結(jié)合應(yīng)用，不同的技術(shù)適用條件也不同，所以選擇清防蠟技術(shù)也要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，多方面考慮，選取高效、安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的方法，最終達(dá)到清蠟防蠟的目的。

［1］蒲歡，梁光川．集輸油管道中的結(jié)蠟與防蠟[J]. 石油化工腐蝕與防護(hù)，2008，6(6)：53-55．

［2］賈紅霞．緩慢釋放型長(zhǎng)效防蠟技術(shù)研究[D].青島：中國(guó)石油大學(xué)(華東)，2007．

［3］劉偉．油井清防蠟探討[J]. 化工管理，2008，24(8)：17．

［4］谷艷嬌.水基清防蠟劑的研制與應(yīng)用[D]. 石家莊：河北科技大學(xué)，2011．

［5］張剛.臨盤油田盤40新區(qū)的清防蠟技術(shù)研究與應(yīng)用[D].青島：中國(guó)石油大學(xué)(華東)，2011．

［6］王伯君.井下固體防蠟防垢技術(shù)的研究[D].大慶：東北石油大學(xué)，2006．

［7］金偉，楊斌．熱油管道的結(jié)蠟與清蠟[J]. 廣西輕工業(yè)，2009，12(7)：23-24．

［8］張鷹．油井清、防蠟技術(shù)現(xiàn)狀研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013，24(13)：67．

Research on Paraffin Removal and Control Techniques for Oil Pipelines

GUAN Lin-yue，WANG Wei-qiang
（Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China）

Most of the crude oil produced in China is paraffin-based oil. In its transportation process, wax in the crude oil crystallizes and separates out from the crude oil continuously, and deposits on the pipe wall, the wax layer thickness is increasing gradually, which reduce the pipe effective flowing cross-section, so that the oil transportation process becomes difficult, which will not only reduce the transportation quantity, but also stop up the pipe when it’s serious, so there are some security risks. In this paper, based on the factors affecting the wax deposition, combined with measures of paraffin removal and control in the oil field, several techniques of paraffin removal and control for the crude oil pipeline were summed up.

Wax deposition; Oil pipeline; Paraffin removal; Paraffin control

TE 832

A

1671-0460（2014）12-2693-03

2014-11-09

官琳悅（1990-），女，遼寧盤錦人，碩士，就讀于遼寧石油化工大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)，研究方向：長(zhǎng)距離管道輸送。E-mail：guanlinyue90@163.com。