聚α 烯烴型原油集輸用減阻劑在輸油管道的試驗應用

魏亞軍，黃 晨，連宇博，韓創(chuàng)輝，蔣 偉

（西安長慶化工集團有限公司，陜西西安 710018）

近年來，隨著長慶油田X 區(qū)塊的原油產量逐年提高及輸油管道系統(tǒng)特性發(fā)生變化，導致輸油管道承擔的輸油任務及運行壓力不斷增加，同時增加了管道運行風險。在油田公司狠抓輸油管道安全運行和大力實施降本增效的形勢下，由于投加減阻劑不需要增加大型設備和動力，具有較好的經濟性，因此減阻劑在原油管道輸送過程中被廣泛應用。為了確保輸油管線運行安全及原油外輸平穩(wěn)，在投加減阻劑之前，必須對減阻劑進行試驗，在試驗成功后才能應用。通過采用階段性加注方式在X 區(qū)塊A 聯合站與B 聯合站之間的輸油管道進行減阻劑試驗，得到了減阻劑注入濃度、注入時間與管線壓力及排量之間的關系，為X 區(qū)塊生產現場確定經濟合理的減阻劑注入方案提供了可靠的理論依據和技術支持。

1 原油集輸用減阻劑的減阻機理

流體在管道中流動沿徑向分為三部分[1]。管道的中心為湍流核心，管道中的絕大部分流體，其液體質點做雜亂無章的運動，在向前運動中還不停地相互碰撞。在管壁附近的是層流的最底層，液體質點分層向前運動，可以把湍流漩渦和層流底層部分作為流體流動的緩沖區(qū)，它是流體從湍流到層流的過渡狀態(tài)。過渡區(qū)是層流到湍流最先變化的區(qū)域，層流下層靠近過渡區(qū)的那部分區(qū)域成為“薄間層”。過渡區(qū)偶爾會混進來薄間層中的液體分子，然后伴隨著振動形成渦流，與此同時流體流動速度變快，不斷向湍流中心移動，最后進入湍流中心區(qū)域?！氨￠g層”的流體分子從過渡區(qū)進入湍流中心區(qū)域，而且瞬間會消耗巨大的能量。

聚α 烯烴型原油集輸用減阻劑是油溶性聚合物，它在原油中以蜷曲的狀態(tài)存在，這種狀態(tài)存在的聚合物分子是具有彈性的。由于減阻劑的存在，湍流中心區(qū)域的原油中各級渦流把能量傳遞給減阻劑分子，使其發(fā)生彈性變形，將能量儲存起來。這些能量可在減阻劑應力松弛時釋放出來，還給相應的旋渦，維持原油的湍流狀態(tài)，從而減少外界為保持這一狀態(tài)所必須提供的能量，達到減阻的目的。因此只有當原油處于湍流狀態(tài)時，減阻劑才起減阻作用。

2 管輸原油及工況

2.1 管輸原油基本性質

管輸原油為脫水處理后的凈化油，其基本性質（見表1）。

表1 管輸原油基本性質

2.2 輸油管線基本情況

減阻劑試驗管線為A 聯合站與B 聯合站之間的輸油管線，管線總長度為35.6 km，內徑150 mm，輸油量80～90 m3/h，原油從A 聯合站到B 聯合站用時7～8 h，設計壓力6.0 MPa。

2.3 減阻劑注入工藝

由于外輸泵葉輪對聚α 烯烴型原油集輸用減阻劑的剪切會導致減阻劑分子鏈斷裂，最終導致減阻劑作用效果降低[2]，因此將減阻劑加注裝置安裝在A 聯合站外輸泵之后。減阻劑通過泵從噸包裝桶中注入加藥罐，加藥罐安裝有攪拌裝置和液位計，然后由柱塞計量泵注入輸油管線中。輸油管線減阻劑注入量通過加藥泵開度控制，通過減阻劑液位下降高度來計算加藥量和加藥濃度。

3 試驗過程及結果分析

3.1 現場試驗步驟

（1）確認輸油管線無滲漏、加藥泵等設備能正常工作后，開始將減阻劑注入管線中進行試驗。

（2）根據現場要求，采用階段性加藥方式加注聚α烯烴型原油集輸減阻劑。減阻劑初始注入濃度35 mg/L，當管線壓降低于3.4 MPa 時，停止加注減阻劑。當管線壓降高于4.4 MPa 時開啟減阻劑加藥泵加注減阻劑。每小時記錄一次A 站的出站壓力、出站流量及B 站的進站壓力、進站流量，并記錄減阻劑液位高度。如果試驗期間管線壓力無下降趨勢，根據現場情況可臨時提高減阻劑加注濃度。

（3）減阻劑以初始注入濃度35 mg/L 注入后，如果A 聯合站出站壓力能夠降低至3.4 MPa 以下時，第二次注入時濃度降低為30 mg/L。

（4）在試驗期間，保持過程中外輸泵的頻率、原油溫度等穩(wěn)定不變，盡可能避免原油排量波動較大。如果A 聯合站出站壓力升高至5.0 MPa 時，立即停止試驗，保證原油外輸安全。

3.2 現場結果及分析

試驗過程中相關數據（見表2），原油排量及管線壓降隨時間變化（見圖1）。

由表2 及圖1 分析可得，在原油排量保持在82～87 m3/h，當聚α 烯烴型原油集輸減阻劑以30～35 mg/L的濃度注入管線6 h 后，管線壓降可以從4.4 MPa 左右降低至3.3 MPa 左右，減阻率為25%左右。

表2 減阻劑試驗結果數據匯總

圖1 原油排量及管線壓降隨時間變化圖

停注減阻劑后，2 h 內管線壓降能夠保持基本不變，8 h 內管線壓降從3.3 MPa 左右升高至4.4 MPa 左右，減阻劑降壓效果迅速且良好。24 h 內加注減阻劑為12 h 左右，平均加注濃度約為19 mg/L，達到現場使用方要求。

4 結論

（1）減阻劑以30～35 mg/L 的濃度注入管線6 h后，管線壓降可以從4.4 MPa 左右降低至3.3 MPa 左右，8 h 后管線壓降又升高至4.4 MPa 左右。

（2）24 h 內減阻劑加注12 h 左右，平均加注濃度約為19 mg/L，可以將管線壓降控制在3.3～4.4 MPa，該減阻劑具有良好的減阻效果。

（3）停注聚α 烯烴型原油集輸用減阻劑后，管線壓降不會迅速增高，2 h 左右內能夠保持基本不變。

（4）聚α 烯烴型原油集輸用減阻劑為白色乳狀液體，長時間靜置后底部可能會變黏稠，因此需要對其進行攪拌，但攪拌時間不宜過長，防止因攪拌造成的剪切最終降低減阻效果。