減阻劑在渤海南部A油田的應用研究及效果分析

王 睿，代齊加，方 剛

（中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300459）

0 引 言

渤海南部A油田處于區(qū)域樞紐位置，該區(qū)域所有油田和渤海西部部分油田的原油均通過海底管道輸送至A油田進行外輸。隨著不斷上漲的外輸需求，對該油田外輸?shù)姆€(wěn)定性提出了更高的要求。當前工況下A油田的外輸量已達瓶頸，而外輸需求仍在不斷上漲。若A油田無法有效將原油平穩(wěn)外輸，則需對上游部分油田降產(chǎn)緩解外輸壓力，以防止原油緩沖罐液位過高。若采取上述措施仍無法解決問題，液位持續(xù)上漲則會引發(fā)A油田生產(chǎn)關(guān)斷，進而引發(fā)該區(qū)域所有油田生產(chǎn)關(guān)斷，甚至可能造成環(huán)境污染的嚴重后果。在這種情況下，A油田迫切需要找到一種切實可靠的措施來保障持續(xù)平穩(wěn)外輸。

1 現(xiàn)場簡況及問題分析

A油田處理多個平臺的混輸物流，將處理后的合格原油與上游油田合格原油及渤海西部部分油田的合格原油匯集，利用外輸泵加壓，通過外輸海管輸送至陸地終端（圖1）。A油田配備6臺原油外輸泵（表1），用于將原油緩沖罐的原油加壓泵入原油外輸海管（表2）。在外輸過程中，若原油緩沖罐液位升高（上游原油來量增大），外輸海管調(diào)節(jié)閥將會相應開大。此時原油外輸泵出口壓力降低，外輸海管壓力將會隨之升高，當外輸海管調(diào)節(jié)閥開到一定程度后，外輸泵出口壓力與原油外輸海管外輸壓力接近，外輸量達到最大，若原油緩沖罐液位仍持續(xù)上漲，則需該區(qū)域上游部分油田降產(chǎn)以緩解外輸壓力。因此，該工況將嚴重制約該區(qū)域的原油產(chǎn)量。

圖1 原油外輸流程圖Fig.1 Flow chart of crude oil transportation

表1 原油外輸泵參數(shù)Tab.1 Parameters of crude oil export pump

表2 外輸海管參數(shù)Tab.2 Parameters of sea transportation pipeline

A油田原油外輸面臨的問題是海管和外輸泵輸送液量能力不足，易造成原油緩沖罐高液位。要解決這個問題，就必須提升外輸泵和外輸海管的輸送能力。制約外輸泵和外輸海管輸送能力的因素主要有泵效、管線尺寸、沿程阻力、液體黏度等。經(jīng)過分析，我們將在降低沿程阻力這方面著手進行改進。

2 減阻劑的應用

經(jīng)校核，該外輸海管滿足當前工況下的輸送量，且外輸量仍有一定的上浮空間。為了更好地在安全可靠的外輸壓力下盡可能多地外輸原油，經(jīng)研究認為，原油長輸過程處于紊流狀態(tài)，管道內(nèi)有眾多漩渦，并逐級變小，為減少能量消耗，向原油外輸海管加注減阻劑可以有效降低液體流動過程中的能量損失和減少沿程阻力［1］。減阻劑是一種廣泛應用于原油管道輸送的化學添加劑，其通過抑制油品在流動中的湍流程度減少流動阻力，此方法能有效降低原油及成品油管外輸時產(chǎn)生的摩阻，減少動力消耗，在不增加設備的情況下可以有效提高管道輸送量、降低管道壓力、節(jié)約能源、提高管道運行的安全性等［2］。

2.1 減阻劑簡介

A油田使用的減阻劑型號為HYJZ-07（表3），是一種高分子碳氧化合物聚合物，呈黏稠狀，屬于非牛頓流體，主要用于油田或煉廠高凝原油的減阻輸送。流體在管道中流動沿徑向分為3部分［3］：管道的中心為紊流核心，紊流核心的流體質(zhì)點朝各個方向雜亂無章地運動，在前進的過程中不斷碰撞；在管壁附近的流動狀態(tài)為層流，在這里流體質(zhì)點平穩(wěn)前進；在紊流核心與層流之間的是緩沖區(qū)，緩沖區(qū)是層流到湍流最先變化的區(qū)域。紊流核心的流體質(zhì)點相互碰撞的過程和流體質(zhì)點從緩沖區(qū)進入紊流核心的過程都會消耗大量能量。減阻劑注入油品后，高分子鏈沿管道方向伸展開來，能限制油品分子徑向運動、有效減小油品紊流區(qū)域面積和控制紊流程度（圖2），從而減少能量消耗。根據(jù)流體力學原理，層流趨勢越高，摩阻系數(shù)越小，減阻劑便是通過這種方式實現(xiàn)減阻、增輸?shù)哪康模?］。

圖2 減阻劑機理示意圖Fig.2 Schematic diagram of drag reducer mechanism

表3 減阻劑成分Tab.3 Drag reducer composition

減阻劑在原油海管中的減阻作用是一種物理作用。減阻劑的注入不會對原油品質(zhì)產(chǎn)生影響，減阻劑僅僅改變了原油流動狀態(tài)，并未與原油產(chǎn)生化學反應［5］。林景麗［6］對減阻劑進行了試驗模擬，發(fā)現(xiàn)減阻劑加注量過大且沒有被流體剪切的情況下才會影響油品質(zhì)量，正常使用減阻劑時將不影響油品質(zhì)量。戴福俊等［7］指出，由于原油成分非常復雜，不僅含有各類烴，還有膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等，注入少量減阻劑對原油質(zhì)量不會產(chǎn)生影響。

A油田使用的減阻劑在常溫儲存條件下化學性質(zhì)穩(wěn)定，但該減阻劑被加熱時會喪失流動性。因此，應防止其接觸碳氫化合物（該減阻劑接觸碳氫化合物會形成難以清除的膠狀物），在運輸、存儲和使用過程中應注意溫度變化，避免高溫。

2.2 減阻劑試驗情況

為充分驗證減阻劑的使用效果，直接在現(xiàn)場進行試驗以評估該藥劑的使用效果，并根據(jù)試驗結(jié)果指導生產(chǎn)［8］。因此，A油田于2019年10月21日至25日進行了減阻劑加注試驗（表4）。

表4 減阻劑試驗數(shù)據(jù)Tab.4 Test data of drag reducer

通過對以上數(shù)據(jù)分析，可以看出外輸量隨原油外輸海管入口壓力上漲而增加，但當注入減阻劑后，外輸海管壓力明顯下降，同時外輸量得到提升（圖2）。因此，減阻劑明顯提升了外輸效率。

圖3 外輸流量與海管壓力關(guān)系曲線Fig.3 Relation curve between transportation flow and submarine pipeline pressure

2.3 減阻劑使用情況

經(jīng)過多次試驗，確定減阻劑能有效降低外輸壓力，在同等海管壓力情況下能增加外輸量。A油田確定將減阻劑加注至原油外輸海管，由于減阻劑HYJZ-07為高分子聚合物，具有長鏈結(jié)構(gòu)，應避免劇烈攪動，不能將該藥劑加注至原油外輸泵入口（離心泵葉輪攪動會導致高分子聚合物分子鏈斷裂，從而導致減阻劑失效），經(jīng)過研究確定將減阻劑加注至原油外輸泵出口至發(fā)球筒之間的管線。2022年1月，由于上游新油田投產(chǎn)和部分油田的增產(chǎn)措施，區(qū)域原油產(chǎn)量明顯提升，A油田的原油外輸量已接近極限，故必須使用減阻劑來減阻增輸。A油田通過加注減阻劑，并對相應參數(shù)進行記錄分析，獲得了寶貴經(jīng)驗。啟動5臺外輸泵時，在不同減阻劑注入濃度下，當外輸閥開度30%時，外輸參數(shù)顯示變化（表5）。

表5 不同減阻劑注入濃度下的外輸參數(shù)Tab.5 Transportation parameters under different drag reducer injection concentrations

由此可見，減阻劑的加注有非常明顯的減阻增輸效果。目前A油田單日外輸原油約23 000 m3，平均958 m3/h，減阻劑注入濃度6 mg/L即可滿足需求，但上游來液波動較大，減阻劑注入濃度為6 mg/L會偶爾出現(xiàn)高液位情況。為保持流程平穩(wěn)運行，同時節(jié)約藥劑，經(jīng)過反復試驗，A油田將減阻劑加注濃度調(diào)整為10 mg/L左右，取得了良好效果。

減阻劑雖然能有效減阻增輸，但在使用過程中也存在一系列問題。

①藥劑泵及濾網(wǎng)易堵：減阻劑 HYJZ-07 較為黏稠且存在較多晶狀物，在加注過程中經(jīng)常出現(xiàn)藥劑泵或泵入口濾網(wǎng)堵塞的情況，嚴重影響藥劑的正常注入。該問題的主要原因是減阻劑易析出晶體而堵塞濾網(wǎng)，晶體堆積在柱塞泵單流閥處也會導致單流閥坐封不嚴或堵塞。針對這個問題，A油田創(chuàng)新性地在藥劑罐底部管線中增加一處濾網(wǎng)，每日進行預防性清理。清理時僅僅需要將管線絲堵擰開，取出濾網(wǎng)，敲擊幾次，去除附著在濾網(wǎng)上的顆粒物，再將濾網(wǎng)回裝，擰上絲堵即可，操作簡便，有效縮短了清洗濾器時長。經(jīng)過2處濾器的過濾，減阻劑中的晶體被悉數(shù)濾除，從而保障了減阻劑的連續(xù)穩(wěn)定注入。

②藥劑易析出晶體：該減阻劑長期靜置會產(chǎn)生分層現(xiàn)象，并析出顆粒狀晶體，故在使用之前應進行充分攪拌。A油田根據(jù)現(xiàn)場藥劑使用情況自制一套手動攪拌器置于臨時藥劑罐頂，操作人員每2 h對藥劑進行充分攪拌，但攪拌時間不宜過長，以避免因攪拌造成的剪切導致減阻效果降低［9］。此舉有效解決了藥劑分層現(xiàn)象，保障了藥劑使用效果的可持續(xù)性。

③清洗濾網(wǎng)及管線的問題：由于減阻劑HYJZ-07為油基添加劑，清洗濾網(wǎng)和沖洗管線時嚴禁使用水作為介質(zhì)。在現(xiàn)場作業(yè)中，工作人員發(fā)現(xiàn)，即使使用柴油沖洗管線及濾網(wǎng)也會對藥劑加注產(chǎn)生不利影響。故在沖洗管線時可考慮使用公用氣進行吹掃，而清洗濾網(wǎng)時只需對濾網(wǎng)進行敲擊，以去除濾網(wǎng)上的顆粒物，若存在難以清除的雜質(zhì)，使用抹布等將濾網(wǎng)擦拭干凈即可。

④藥劑存儲中的問題：該減阻劑在被加熱時會喪失流動性，故A油田應將減阻劑存放于陰涼處，避免陽光直射，且對藥劑罐溫度嚴格控制，避免熱油加熱藥劑時溫度過高。

該減阻劑接觸碳氫化合物會形成難以清除的膠狀物，故將該藥劑存放于通風良好的區(qū)域，避免其接觸碳氫化合物。

3 結(jié) 論

減阻劑能有效降低原油流動過程中的能量損失，顯著提高同等海管壓力下的外輸量，有效減輕了樞紐油田的外輸壓力［10］。合理使用減阻劑可以有力保障樞紐油田乃至整個區(qū)域的正常石油生產(chǎn)，在原油外輸工作中具有推廣意義。