姬惠原油管道添加減阻劑的現(xiàn)場試驗研究

劉 亮，王立濤，常元昊，吳世宏

（1.中國石油長慶油田分公司第三輸油處，寧夏銀川 750006；2.西南石油大學石油工程學院，四川成都 610500；3.中國石油長慶油田公司安全環(huán)保監(jiān)督部，陜西西安 710018）

近年來，隨著長慶姬塬油田的快速上產(chǎn)，原油產(chǎn)量逐年攀升，姬惠輸油管道產(chǎn)輸矛盾逐年加劇，管道的設計能力已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)實際的需要，將面臨超負荷運行風險。因此，在不增加其他設備和動力的前提下，應用減阻劑是唯一經(jīng)濟可行的方法[1]。通過進行不同加劑濃度下的減阻試驗，驗證了FLO-MAX 減阻劑對姬惠原油管道減阻、增輸?shù)挠行?，分析了減阻劑注入濃度與減阻劑、增輸率的關系，為姬惠原油管道增輸提供了可靠的依據(jù)和技術(shù)支持。

1 試驗管道概況

姬惠管道于2009 年11 月建成投產(chǎn)，始于陜西定邊縣馮地坑鄉(xiāng)姬塬外輸總站，終止于寧夏鹽池縣惠安堡鎮(zhèn)寧夏石油儲備庫，中間有兩座閥室。全長72 km，設計壓力6.3 MPa，原油密度0.841 6 g/cm3，原油粘度10.7 mPa·s，原油設計輸油量450 萬噸/年。

2 減阻劑減阻機理

流體的摩擦阻力限制了流體在管道中的流動，造成管道輸量降低和能量消耗增加。減阻劑是一種長鏈、超高分子聚合物，當烴類液體流動為紊流時，減阻劑內(nèi)的長鏈、高分子量聚合物一旦溶于烴類流層內(nèi)，立即分散于近壁渦流層內(nèi)，從而減少紊流摩擦力[2]。減阻劑廣泛應用于原油和成品油管道輸送，它是在特定地段提高管道流通能力和降低能耗的重要手段。

減阻劑的減阻作用是-種特殊的湍流現(xiàn)象，減阻效應是減阻影響湍流場的宏觀表現(xiàn)，它是一個純物理作用。減阻劑分子與油品的分子不發(fā)生作用，也不影響油品的化學性質(zhì)，而只與其流動特性密切相關。減阻劑加入到管道以后，靠本身的粘彈性，分子長鏈順流向自然拉伸，其微元直接影響流體微元的運動。來自流體微元的徑向作用力作用在減阻劑微元上，使其發(fā)生扭曲，旋轉(zhuǎn)變形。減阻劑分子間引力抵抗上述作用力反作用于流體微元，改變了流體微元作用力的大小和方向，使一部分徑向力轉(zhuǎn)變?yōu)轫樍飨虻妮S向力，從而減少無用功的消耗，宏觀上起到了減少摩阻損失的作用[3]（見圖1）。

圖1 減阻劑注入流程示意圖

3 實驗數(shù)據(jù)的收集與計算

3.1 數(shù)據(jù)記錄

實驗過程分三個階段，第一階段為加劑量在5 mg/L情況下，每4 h 錄取一次數(shù)據(jù)，根據(jù)測試，不加減阻劑的原油從首站輸送到末站的時間大約為12 h，故以12 h加劑測試時間和12 h 的濃度穩(wěn)定時間作為一個實驗周期，同時記錄每4 h 減阻劑注入量、出站壓力、流量及末站壓力、流量變化情況。三個階段試驗數(shù)據(jù)詳細記錄（見表1）。

表1 試驗數(shù)據(jù)記錄表

3.2 相關公式[4]

3.2.1 減阻率 減阻率計算公式如下：

ΔPuntreated是流體沒有添加減阻劑時的基本摩阻壓降；ΔPtreated是添加減阻劑后的摩阻壓降。

在計算減阻劑時，加劑和未加劑時管道的壓降必須是同一流量下的，如果流量不同，加劑時的壓降必須用以下的公式換算為基礎流量下的壓降，得到換算后的壓降：

式中：ΔPcorrected-換算后的壓降，Qbase-不加減阻劑時的基礎流量，Qtreated-加劑時的流量，n-流動修正系數(shù)，一般為1.8。修正后的減阻率計算公式為：

3.2.2 增輸率 實際增輸率計算公式如下：

但加入減阻劑后，流量增大，出站壓力降低，因此上式不能直接使用，需要通過減阻率與增輸率之間的關系式求得。

修正后的增速率公式如下：

這里，%DR 是公式（3）中定義的減阻百分比。公式（5）認為：當保持出口壓力不變，不管是基礎輸量還是加劑后的輸量，不管輸送介質(zhì)是經(jīng)過處理的原油還是未經(jīng)處理的原油，管道減阻百分比和流量增加百分比的1.8 次方成比例關系。

3.2.3 數(shù)據(jù)計算 以10 mg/L 注入濃度為試驗數(shù)據(jù)計算為例，計算出減阻劑的注入濃度、增輸率、減阻率。

由于在試驗過程中減阻劑注放濃度的波動，因此取管線內(nèi)減阻劑注入濃度的穩(wěn)定時值作為標準值。已知基礎流量Qbase=580 m3/h，Qtreated=670 m3/h，ΔPtreated=2.59 MPa，由公式（2）可得ΔPcorrected=1.57 MPa，代入公式（3）中得%DR=39.2 %。各注入濃度計算過程同上，計算出的結(jié)果（見表2）。

根據(jù)表2 中的試驗結(jié)果數(shù)據(jù)進行計算分析，可以得到一個減阻劑注入濃度與減阻劑、增輸率的關系曲線圖（見圖2）。

在圖2 中，通過對曲線的擬合得到三個曲線回歸方程：

減阻率-注入濃度回歸方程：

增輸率-注入濃度回歸方程：

修正后增輸率-注入濃度回歸方程：

三個回歸方程對減阻劑在今后的生產(chǎn)中的使用有著重要的指導意義：通過回歸方程可以計算出任一注入濃度的增輸率，由此可以根據(jù)生產(chǎn)任務的要求確定不同的注入濃度。通過對回歸方程求導可以得到減阻劑注入濃度與減阻劑、增輸率的增加率的關系，從而確定合理的減阻劑注入濃度范圍。

圖2 減阻劑注入濃度與減阻率、增輸率的關系曲線圖

由圖2 可以較直觀的看出：減阻率和增輸率隨著減阻劑注入濃度的增大而增大，在0～10 mg/L 的濃度范圍內(nèi)，注入量與減阻率、增輸率的增加幾乎成直線關系。隨著注入濃度的進一步增大，減阻率、增輸率的增加率逐漸減小，直至到某個數(shù)值后不再增加，利用公式（6）求導后令導數(shù)為零，可得在注入濃度達到28.6 mg/L后，減阻率達到最大值。

4 結(jié)論

（1）由FLO-MAX 減阻劑的現(xiàn)場試驗可以看出，隨著減阻劑的注入，首站出站壓力逐漸下降，全線摩阻損耗減小，添加減阻劑對姬惠原油管道提高輸量，解決外輸瓶頸，減少運行風險，節(jié)約投資成本具有重要的意義。

（2）從圖2 中的曲線走勢看，當注入濃度不大于15 mg/L 時，增輸效果隨著注入量的增加而提高的幅度是比較明顯，如果是單純從注濃度與增輸效果的角度分析，注入濃度不宜大于15 mg/L。

（3）實際生產(chǎn)中，由于綜合考慮到生產(chǎn)急需、輸油成本、減阻劑成本等各方面因素，減阻劑的注入濃度須根據(jù)不同情況而確定，通過回歸方程我們可以比較直觀的計算出經(jīng)濟合理的注入濃度。

［1］ 李寶榮，賈軍寧.減阻劑在靖惠輸油管道中的試驗及應用［J］.油氣儲運，2008，27（3）：38-41.

［2］ 臧國軍，屈建宏.長輸管道原油減阻節(jié)能試驗［J］.油氣儲運，2005，24（12）：29-32.

［3］ 翟銀平，王軍，程世保.洪荊原油管道添加減阻劑增輸試驗［J］.管道技術(shù)與設備，2013，（3）：14-16.

［4］ 孫云峰，殷炳綱，王忠良.阿獨原油管道添加康菲減阻劑現(xiàn)場試驗研究［J］. 長江大學學報（自然科學版），2013，10（10）：153-156.