尼日爾原油添加降凝劑對(duì)比實(shí)驗(yàn)

聶超飛，張建軍，李大全，唐 恂，牛殿國，張 帆，趙佳麗

1.中國石油管道科技研究中心，河北廊坊 065000

2.中油國際（尼日爾） 公司，北京 100034

化學(xué)降凝劑改性是含蠟原油改善流動(dòng)性（尤其是低溫流動(dòng)性） 的重要手段[1]，通過共晶、吸附等作用改變蠟晶分子間的相互作用，從而改善蠟晶形態(tài)和結(jié)構(gòu)，使之不易形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，最終達(dá)到降凝降黏的目的[2]，進(jìn)而保證含蠟原油管道安全高效運(yùn)行。管道停輸以后，管內(nèi)原油油溫會(huì)逐漸降低，降低至凝點(diǎn)附近及其以下時(shí)，就會(huì)形成具有黏彈、屈服、觸變等復(fù)雜流變性質(zhì)的膠凝結(jié)構(gòu)，而膠凝原油的結(jié)構(gòu)特性是管道停輸再啟動(dòng)研究的關(guān)鍵問題之一[3-5]。本文針對(duì)尼日爾原油，分別從不同角度對(duì)比了三種降凝劑（以下簡稱為降凝劑A、降凝劑B、降凝劑C） 的適用性，并對(duì)凝點(diǎn)附近的屈服值進(jìn)行了測試，提出了相應(yīng)運(yùn)行建議。

1 不同降凝劑適應(yīng)性對(duì)比

為了分析尼日爾原油對(duì)三種降凝劑的適應(yīng)性，分別從不同加劑量、不同熱處理溫度、不同二次回升溫度、不同靜置時(shí)間方面進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。尼日爾原油空白油凝點(diǎn)為28 ℃，不同剪切速率下的黏溫曲線見圖1。

圖1 尼日爾空白原油黏溫曲線

從圖1 可以看出，尼日爾空白原油在35 ℃以上時(shí)，其黏度只與溫度有關(guān)，與剪切速率無關(guān)，在35 ℃以下時(shí)，相同溫度下不同剪切速率對(duì)應(yīng)的黏度也不相同，即反常點(diǎn)在35 ℃左右。

1.1 不同加劑量

根據(jù)現(xiàn)場工藝條件，初步采用70 ℃熱處理溫度進(jìn)行不同加劑量的對(duì)比，不同加劑量下油品凝點(diǎn)和黏度（根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)，本文對(duì)比35 ℃的黏度，下同） 見圖2 和表1。

圖2 三種降凝劑下不同剪切速率、不同加劑量的油品黏度

表1 不同加劑量下的油品凝點(diǎn)/℃

從表1 和圖2 可知，70 ℃熱處理工況下，添加100 ppm 降凝劑A、100 ppm 降凝劑B、40 ppm降凝劑C 比較合適，因此針對(duì)這三種加劑量開展其他因素對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

1.2 不同熱處理溫度

每種降凝劑均存在一個(gè)最優(yōu)熱處理溫度，因此針對(duì)三種加劑原油開展了不同熱處理溫度下（60、70、80 ℃） 的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，凝點(diǎn)見表2，黏度見圖3。

表2 不同熱處理溫度下加劑油品凝點(diǎn)

圖3 不同熱處理溫度下加劑油品黏度

由表2 和圖3 可知，采用70、80 ℃熱處理效果均較好，凝點(diǎn)由28 ℃降低至18 ～20 ℃，黏度也有一定程度降低。

根據(jù)原油改性原理和經(jīng)驗(yàn)，采用80 ℃加劑熱處理的改性效果有可能是降凝劑引起的，也有可能是單純熱處理引起的。因此，測試尼日爾原油80 ℃熱處理（不加劑） 的改性效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 尼日爾原油80 ℃熱處理改性后油品物性

由表3 可知，如果僅僅80 ℃熱處理改性，雖然黏度變化幅度和加劑改性相差不大，但是凝點(diǎn)降低較少，僅從28 ℃降低至25 ℃，加劑改性可將凝點(diǎn)由28 ℃降低至19 ～20 ℃。同時(shí)，根據(jù)原油改性經(jīng)驗(yàn)，單純熱處理的穩(wěn)定性往往不能滿足生產(chǎn)要求。因此，對(duì)于尼日爾原油，采用70 ℃為加劑改性熱處理溫度。三種降凝劑70 ℃熱處理的全黏溫曲線見圖4。

圖4 尼日爾加劑原油黏溫曲線

尼日爾加劑油和空白油的黏度對(duì)比（剪切速率 30 s-1） 見圖5。

圖5 尼日爾不同加劑種類原油黏度對(duì)比 （30 s-1）

由圖5 可知，尼日爾原油加劑之后改性效果較好，尤其是低溫區(qū)間（35 ℃以下）。

1.3 不同二次回升溫度

根據(jù)原油改性原理，加劑改性原油存在一個(gè)重復(fù)升溫（二次或以上） 惡化區(qū)間，即重復(fù)升溫在該區(qū)間范圍內(nèi)，改性效果會(huì)出現(xiàn)惡化，在管道輸送過程中中間加熱站應(yīng)該避開該加熱溫度區(qū)間。針對(duì)三種加劑原油分別開展50 ～60 ℃二次回升溫度對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4 和圖6。

表4 不同二次回升溫度加劑原油油品凝點(diǎn)

由表4 和圖6 可知，對(duì)于兩種降凝劑來講，50 ～60 ℃的二次重復(fù)溫升會(huì)使加劑效果減弱，凝點(diǎn)和黏度均有所回升，其中凝點(diǎn)從19 ℃左右回升至21 ℃左右。因此，在運(yùn)行過程中中間站啟爐應(yīng)該盡量避開該加熱溫度區(qū)間。

1.4 不同靜置時(shí)間

圖6 不同二次回升溫度下加劑原油油品黏度

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，隨著管道運(yùn)行，加劑原油的改性效果可能會(huì)出現(xiàn)變化，因此需要對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證。本節(jié)針對(duì)三種加劑原油，開展不同靜置時(shí)間下的穩(wěn)定性試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖7 和表5。

從圖7 和表5 可知，對(duì)于三種降凝劑的改性效果來說，靜置5 ～7 d 時(shí)，凝點(diǎn)和黏度有所上升，其中凝點(diǎn)由19 ℃左右回升至20 ～21 ℃，但總體上升幅度不大，穩(wěn)定性較好。

圖7 不同靜置時(shí)間下加劑原油黏度

2 不同加劑原油凝點(diǎn)附近屈服值對(duì)比

油品的屈服值是油品產(chǎn)生流動(dòng)所需的最小剪應(yīng)力，其大小主要由原油體系所形成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)所決定。屈服值與輸油管道停輸后再啟動(dòng)的壓力大小密切相關(guān)。因此，針對(duì)尼日爾空白原油和加劑原油進(jìn)行凝點(diǎn)附近的屈服值測試，測試結(jié)果見圖8。

表5 不同靜置時(shí)間下加劑原油凝點(diǎn)/℃

圖8 尼日爾空白和加劑油凝點(diǎn)附近溫度的屈服值

從圖8 可知，空白原油28 ℃時(shí)的屈服值為10.7 Pa 左右，加劑油（降凝劑A） 19 ℃的屈服值為14 Pa 左右，加劑油（降凝劑B） 19 ℃的屈服值為50 Pa 左右，加劑油（降凝劑C） 19 ℃的屈服值為21 Pa 左右。添加降凝劑B 的凝點(diǎn)附近屈服值升高幅度較大，再啟動(dòng)過程所需的壓力較大。

3 結(jié)論和建議

綜合添加降凝劑的一系列對(duì)比實(shí)驗(yàn)可知，對(duì)于尼日爾原油，添加100 ppm 降凝劑A、100 ppm降凝劑B、40 ppm 降凝劑C 的改性效果相差不大，同時(shí)靜置穩(wěn)定性良好。但從加劑之后凝點(diǎn)附近的屈服值來看，添加降凝劑B 的屈服值較大。綜合考慮，降凝劑C 加劑量少，改性效果較好。因此，建議尼日爾原油添加40 ppm 降凝劑C，采用70 ℃熱處理溫度，且二次回升溫度應(yīng)在60 ℃以上。