蘇嵯輸油管道混合原油凝點(diǎn)計(jì)算方法

王倩楠，張海濤，司馬英杰， 王佳楠，董良辰，周 剛

（1. 東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318；　2. 大慶油田有限責(zé)任公司儲(chǔ)運(yùn)銷售分公司，黑龍江 大慶 163318；3. 大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司， 黑龍江 大慶 163318）

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蘇嵯輸油管道混合原油凝點(diǎn)計(jì)算方法

王倩楠1，張海濤2，司馬英杰3， 王佳楠1，董良辰1，周 剛1

（1. 東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318；2. 大慶油田有限責(zé)任公司儲(chǔ)運(yùn)銷售分公司，黑龍江 大慶 163318；3. 大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司， 黑龍江 大慶 163318）

對(duì)呼倫貝爾與塔木察格原油不同混合比例下進(jìn)行凝點(diǎn)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)已有的混合原油凝點(diǎn)模型進(jìn)行計(jì)算，優(yōu)選了凝點(diǎn)計(jì)算模型。通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用曲線擬合和最小二乘法進(jìn)行模型修正兩種方法得出蘇嵯輸油管道混合原油凝點(diǎn)計(jì)算公式，并對(duì)修正后模型和擬合出的曲線進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明修正后的模型較曲線擬合公式對(duì)于計(jì)算混合原油凝點(diǎn)結(jié)果更精準(zhǔn)，可使原油的凝點(diǎn)較已有模型計(jì)算值的最小平均絕對(duì)偏差減小75%，較最大平均絕對(duì)偏差減小99%，較最小標(biāo)準(zhǔn)偏差減小45.77%，較最大標(biāo)準(zhǔn)偏差減小75.26%。

蘇嵯；混合原油；凝點(diǎn)計(jì)算；數(shù)學(xué)模型

蘇嵯輸油管道主要承擔(dān)著輸送呼倫貝爾油田原油的任務(wù)，管道的設(shè)計(jì)輸量為50～85萬(wàn)t/a，由于呼倫貝爾油田的開采量逐年降低，蘇嵯管道的輸油量達(dá)不到設(shè)計(jì)輸量，同時(shí)，因?yàn)樗静旄裼吞镌屯膺\(yùn)僅有一條南線，年通關(guān)能力25余萬(wàn)t，難以滿足油田生產(chǎn)需要，因此，將塔木察格原油運(yùn)送至海拉爾油田蘇嵯管道蘇一聯(lián)合站卸油點(diǎn)，由此蘇嵯管道承擔(dān)著輸送塔木察格原油和呼倫貝爾原油的重大任務(wù)。由于塔木察格原油凝點(diǎn)高，流動(dòng)性差，兩種原油混合后的凝點(diǎn)難以確定，給原油的管輸及儲(chǔ)存作業(yè)造成了許多困難。因此，對(duì)兩種原油混合后的凝點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到關(guān)于蘇嵯輸油管道混合原油凝點(diǎn)的計(jì)算公式，更方便現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用。

1　實(shí)驗(yàn)條件

本實(shí)驗(yàn)的凝點(diǎn)測(cè)試是按照我國(guó)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T0541《原油凝點(diǎn)測(cè)定法》進(jìn)行的，測(cè)試的油樣均通過物理加熱脫水處理，不含水，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確。本實(shí)驗(yàn)采取的實(shí)驗(yàn)方法是將原油經(jīng)過恒溫水浴預(yù)熱至（50±1）℃，裝入試管中，以0.5～1 ℃/min的冷卻速度將油樣冷卻至高于預(yù)期凝點(diǎn)8 ℃時(shí)，每降1～2 ℃觀測(cè)一次油樣的流動(dòng)性，直至將試管水平放置油樣不流動(dòng)時(shí)的最高溫度即為所測(cè)凝點(diǎn)。

2　混合原油的凝點(diǎn)模型

通過查閱大量的文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)關(guān)于混合原油凝點(diǎn)的計(jì)算模型較多，共有線性模型、李闖文模型［1，2］、陳俊經(jīng)驗(yàn)公式［3-5］、劉天佑I模型［6］、劉天佑II模型［7，8］，將已有的幾種關(guān)于混合原油凝點(diǎn)預(yù)測(cè)模型的計(jì)算值與混合原油凝點(diǎn)的實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比（見表1表2），綜合考慮平均偏差、平均絕對(duì)偏差、標(biāo)準(zhǔn)偏差和最大偏差，優(yōu)選出針對(duì)蘇嵯輸油管道混合原油凝點(diǎn)計(jì)算模型（見表3）。由計(jì)算結(jié)果可以看出，對(duì)于蘇嵯輸油管道混合原油的凝點(diǎn)計(jì)算，李闖文模型和劉天佑II模型偏差都較小。

表1　呼倫貝爾原油和塔木察格原油按不同比例混合后凝點(diǎn)的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值（一）Table 1 The calculated values and measured values of Hulun Buir and Tamtsag mixed crude oil in different proportions（1）

表2　呼倫貝爾原油和塔木察格原油按不同比例混合后凝點(diǎn)的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值（二）Table 2 The calculated values and measured values of Hulun Buir and Tamtsag mixed crude oil in different proportions（2）

續(xù)表

表3　凝點(diǎn)計(jì)算模型誤差Table 3 Pour point computational model error

3　蘇嵯管道混油凝點(diǎn)曲線擬合及模型修正

3.1曲線擬合

根據(jù)已有的凝點(diǎn)計(jì)算模型和修正模型，發(fā)現(xiàn)李闖文和劉天佑模型都必須需要兩種組分原油1：1混合后的凝點(diǎn)值，計(jì)算起來(lái)有一定的局限性，而線性模型和陳俊的經(jīng)驗(yàn)公式的誤差相對(duì)于其他的模型會(huì)偏大。因此，考慮擬合出一個(gè)回歸式只需要兩種原油的混合比例便可以計(jì)算混合原油的凝點(diǎn)，而不需要兩種組分原油1：1混合后的凝點(diǎn)值。由此，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)混合原油凝點(diǎn)的實(shí)測(cè)值和高凝點(diǎn)原油摻入的比例有良好的相關(guān)性，由此進(jìn)行擬合，得到的回歸式為：y=-4.0676x2+13.486x+21.98，其中，y代表混合原油的凝點(diǎn)，x代表高凝點(diǎn)原油的摻混比例，見圖1。

圖1　塔木察格原油摻入比例與混油凝點(diǎn)的關(guān)系曲線Fig.1 The relation curve of Tamtsag oil mixing proportion and crude oil pour point

3.2模型修正

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析出李闖文模型和劉天佑II模型計(jì)算結(jié)果較準(zhǔn)確，由此為提高混合原油凝點(diǎn)的計(jì)算精確度，得到蘇嵯輸油管道混合原油凝點(diǎn)的計(jì)算公式，對(duì)計(jì)算結(jié)果較好的模型進(jìn)行修正。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作散點(diǎn)圖可以看出，混合原油比例和混合原油凝點(diǎn)的關(guān)系是非線性回歸模型。非線性回歸模型一般記為

其中，yi為因變量；非隨機(jī)向量xi=(xi1，xi2，……xik)是自變量；θ=(θ0，θ1，……，θp)為未知參數(shù)向量；εi為隨機(jī)誤差項(xiàng)并且滿足獨(dú)立同分布假定。

對(duì)于非線性回歸模型，使用最小二乘法估計(jì)參數(shù)θ，求使得

利用如上的非線性回歸求解方法，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)混合原油凝點(diǎn)模型進(jìn)行回歸和參數(shù)求解，并通過整合修正已有的幾種模型，得到蘇嵯輸油管道不同比例混輸原油的凝點(diǎn)計(jì)算模型。

式中，T為混合原油凝點(diǎn)，xi，xk分別為第i，k兩種組分原油中低凝點(diǎn)、高凝點(diǎn)組分原油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Ti，Tk分別為低凝點(diǎn)原油和高凝點(diǎn)原油的凝點(diǎn)。

曲線擬合和模型修正二種方法的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的誤差見表4。

表4　呼倫貝爾原油和塔木察格原油混合后凝點(diǎn)的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值對(duì)比Table 4 Comparison of calculated and measured values of pour point of Hulun Buir and Tamtsag mixed oil

運(yùn)用同樣的偏差計(jì)算方法來(lái)計(jì)算針對(duì)于蘇嵯輸油管道混合原油凝點(diǎn)模型的偏差。經(jīng)過分析，曲線擬合的最大偏差為 0.310，平均偏差為 0.025，平均絕對(duì)偏差為 0.132，標(biāo)準(zhǔn)偏差為 0.160，模型修正的最大偏差為0.450，平均偏差為0.005 ，平均絕對(duì)偏差為 0.176，標(biāo)準(zhǔn)偏差為 0.141。由數(shù)據(jù)可以看出，兩種計(jì)算方法對(duì)蘇嵯輸油管道混合原油凝點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果較已有的模型更加準(zhǔn)確，與已有計(jì)算模型相比，曲線擬合較最大平均偏差減小96.32%，較最小平均絕對(duì)偏差減小 42.61%，較最大平均絕對(duì)偏差減小 80.87%，較最小標(biāo)準(zhǔn)偏差減小38.46%，較最大標(biāo)準(zhǔn)偏差減小71.92%。模型修正較最小平均偏差減小 75%，較最大平均偏差減小99%，較最小平均絕對(duì)偏差減小 23.47%，較最大平均絕對(duì)偏差減小 74.49%，較最小標(biāo)準(zhǔn)偏差減小45.77%，較最大標(biāo)準(zhǔn)偏差減小75.26%。為使所得的經(jīng)驗(yàn)公式具有普適性，排除實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的偶然性，因此對(duì)兩種公式進(jìn)行驗(yàn)證。

4　驗(yàn) 證

為了使回歸的經(jīng)驗(yàn)公式更加準(zhǔn)確的用于計(jì)算蘇嵯輸油管道不同混合比例原油的凝點(diǎn)，排除由于實(shí)驗(yàn)比例相近而擬合出的曲線的片面性，在相同的實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)方法下，測(cè)量呼倫貝爾原油和塔木察格原油按照10：1，9：1，……，2：1等9組混合比例下的混合原油凝點(diǎn)，驗(yàn)證兩種方法的準(zhǔn)確性，使經(jīng)驗(yàn)公式更方便的應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)。兩種模型計(jì)算結(jié)果如表5，見圖2。

表5　驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性計(jì)算結(jié)果Table 5 Verifying the accuracy of the model calculation results

圖2　驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性計(jì)算結(jié)果Fig.2 Verifying the accuracy of the model calculation results

（1）通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)已有的凝點(diǎn)計(jì)算模型進(jìn)行分析、優(yōu)選，得出李闖文模型和劉天佑II模型對(duì)于蘇嵯輸油管道混合原油凝點(diǎn)的計(jì)算偏差較小。

（2）對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出兩種針對(duì)蘇嵯輸油管道混合原油凝點(diǎn)計(jì)算公式，用9組數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明模型修正的誤差更小，計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確。

（3）新方法對(duì)混合原油凝點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果較現(xiàn)有模型的計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性高，平均偏差減小99%，平均絕對(duì)偏差減小 74.49%，最大標(biāo)準(zhǔn)偏差減小75.26%。

［1］ 李闖文.混合原油流變學(xué)及其配伍規(guī)律的研究［D］. 北京：石油大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院，1992.

［2］ 賀常兵，張敬業(yè)，周靖林.現(xiàn)場(chǎng)混輸原油凝點(diǎn)估算新方法［J］. 技術(shù)與應(yīng)用，2011（09）：45-48.

［3］ 陳俊，張勁軍，張帆.計(jì)算混合原油凝點(diǎn)的一種新方法［J］. 石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003（05）：76-80.

［4］ 蔣文學(xué).新疆混合原油凝點(diǎn)、粘度計(jì)算模型研究及其應(yīng)用［D］. 北京：中國(guó)石油大學(xué)（北京），2005.

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The Calculation Method of Pour Point of Mixed Crude Oil of Suecuo Oil Pipeline

WANG Qian-nan1, ZHANG Hai-tao2, SIMA Ying-jie3, WANG Jia-nan1, DONG liang-chen1, ZHOU gang1
（1. College of Petroleum Engineering, Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China；2. Storage and Transportation Sales Branch of Daqing Oil Field, Heilongjiang Daqing 163318，China; 3. Natural Gas Branch of Daqing Oil Field, Heilongjiang Daqing 163318，China )

The pour point of mixed oil of Hulun Buir oil and Tamtsag oil under different mixing ratio was tested, and the pour point was calculated by different mixed oil pour point models, suitable calculation model of mixed oil pour point was determined. Through analysis of the experimental data, model updating by curve fitting and least square method, calculation formula of Suecuo oil pipeline mixed crude oil pour point was obtained, and the revised models and fitted curve were verified. The experimental data show that the modified model is more accurate than curve fitting formula for calculating pour point of mixed crude oil. The minimum average absolute deviation of the crude oil pour point reduces 75 percent ,the maximum average absolute deviation of the crude oil pour point reduces 99 percent, the minimum standard deviation reduces 45.77 percent, the maximum average standard deviation reduces 75.26 percent than the existing models.

Suecuo; mixed crude oil; pour point calculation; mathematical model

5　結(jié) 論

TE 832

A

1671-0460（2016）05-1065-04

嚴(yán)寒地區(qū)高含蠟原油儲(chǔ)存工藝方案優(yōu)化技術(shù)研究，項(xiàng)目號(hào)：2014D-5006-0607

2016-01-12

王倩楠（1992-），女，遼寧錦州人，2010年畢業(yè)于東北石油大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)，研究方向：原油流變。E-mail：471470840@qq.com。