高含蠟原油的長距離管道輸送

趙文德

摘要：文章主要探討了優化高含蠟原油長距離管道輸送的措施，以期在保證安全輸油的前提下盡量減少燃油和動力消耗。具有很重要的經濟價值與社會價值。

關鍵詞：高含蠟原油；長距離管道輸送；油田；安全輸油

中圖分類號：TE832文獻標識碼：A文章編號：1009-2374(2009)13-0192-02

對于石油及天然氣而言，在五大運輸行業中，管道運輸是最佳的選擇。在國際上，原油、成品油、天然氣及各種具有常溫狀態下呈現流體性質的各類化工產品的運輸主要是依靠長輸管道的方式來實現。而我國油田所產原油大多是高含蠟原油。為了保證管道安全經濟地輸送這樣高含蠟原油，目前許多文獻對高含蠟原油在管道中結蠟規律，以及添加降凝劑對原油流動性和結蠟規律的影響等進行了廣泛的研究，這些研究成果對管道輸送工藝的運用提供了科學的理論指導。

一、含蠟原油長距離管道輸送結蠟形成的機理與規律

通常所謂的結蠟是指在管道內壁上逐漸沉積了某一厚度的石蠟、膠質、凝油、砂額其他機械雜質的混合物，根據對油田含蠟原油管道的分析統計，沉積物中一般都含有40％～50％的石蠟、10％～20％的膠質和瀝青質、30％～40％的原油及少量的砂和其他雜質，在長輸管道的沉積物中原油的含量要高些。我國長輸管道易凝實踐表明，管壁上的凝結層往往不那么堅實，主要原因是在凝結層上面有大量的凝油，這部分凝油的厚度要比真正的蠟層厚度要大的多，也是比較容易通過提高油流速度來沖刷清除的。

(一)結蠟形成的機理

研究表明長距離管道結蠟的關鍵影響因素是溫度，溫度有兩方面的作用，一方面由于管壁處的油溫低于蠟的初始結晶溫度，使油中的蠟分子借助于管內壁所提供的結晶中心，結晶析出，形成不流動的結蠟層，并進一步吸附液相中是蠟晶，形成網絡結構，把部分液態原油包圍其中；另一方面，由于熱油管道橫截面上臨近管壁處的溫度梯度，當溫度最低的內壁面處析出臨近后，該處溶液中溶解的蠟分子濃度就低于離內壁面遠處的溶液。由于溫度不同析出的臨近數量不同，因此，只要油流中存在溫度低于蠟的初始結晶溫度的區間，并且其中存在徑向溫度梯度，油流中就會出現蠟分子的徑向濃度梯度。內壁面處的濃度最低，向著管道中心方向，濃度逐漸增高。由于濃度梯度的存在，就會引起蠟分子從管中心向管壁的徑向擴散，為管壁繼續結蠟創造條件，石蠟晶體析出直接在管道內壁上形成結蠟層。

(二)結蠟的分布規律

一般情況下，在管道的起始段，因熱油管道油溫高于析蠟點的區域，管壁無結蠟現象，稱為光管段；順著油流前進，油溫下降，在析蠟點到析蠟高峰點之間，結蠟層逐漸增加，結蠟厚度逐漸增加形成喇叭口狀的結蠟區，在某一區域達到最大值，稱為喇叭口段；在析蠟高峰點之后，結蠟層又逐漸減薄，最后結蠟厚度逐漸趨于固定，稱為結蠟后裙段，這是因為原油中大部分的石蠟已經在前面析出，另外，油流對結蠟層的沖刷作用，限制了結蠟層的繼續增長，尤其是隨著結蠟層厚度的增加，過流截面積減小，流速加快，使結蠟層的增長在一定程度上達到平衡。對于不同成分的原油和處在不同溫度段的管道，管壁結蠟的形狀會有差別，但都可以抽象成以上模型。不論輸油溫度如何變化和持續輸油時間如何不同，這種分布規律不會改變，但積蠟高峰區會有偏移，輸油溫度提高積蠟高峰區會向終點方向偏移，反之，則向起點方向偏移。原油加熱溫度的高低不會影響原油的析蠟量，只會影響到結蠟時間的早晚。

二、高含蠟原油長距離管道優化輸送的措施

由于管道輸運中普遍存在結蠟現象，嚴重影響管道輸送能力和效率，因此，優化輸送高含蠟原油的目的旨在解決原油輸送過程中存在諸如結蠟等問題。

(一)熱處理輸送

20世紀60年代以來。國內外研究開發了原油熱處理輸送工藝。其中，印度的納霍卡蒂亞一高哈蒂一伯勞尼輸油管道(長1150km，直徑400mm和356mm)采用一種完備熱處理輸送工藝，處理后的原油在地溫條件下等溫輸送；我國的克拉瑪依一獨山子、克拉瑪依－烏魯木齊、濮陽－臨邑和馬嶺－惠安保－中寧等輸油管道，則采用一種簡易熱處理輸送工藝。實現了特定溫度下的常溫輸送。目前，我國油田大部分原油集輸干線均仍在使用這種輸送工藝。雖然簡易，但仍收到了相當明顯的經濟效益。

(二)添加降凝劑輸送

該工藝是20世紀70年代末發展起來的一種化學處理工藝。不少國家已經實施原油添加這些化學藥劑輸送。1979年美國縱貫阿拉斯加管道第一次大規模商業性使用減阻劑以來，世界上不少國家和地區的陸地和海底管道，先后都實現了添加減阻劑輸送。我國在20世紀90年代也開展了原油降凝劑、減阻劑的合成、篩選與應用研究，并且進行了工業性應用試驗，取得很好的減阻和增輸的效果。現在我國國內的大部分原油長輸管線均采用或部分線路采用這種化學工藝。但這些化學助劑價格較高，常年注入帶來了原油輸送成本的提高的結果。

(三)間歇輸送

間歇輸送主要是利用夏季地溫高的特點，采取夏季間歇輸送運行方式，以達到進一步降低輸量的目的。間歇輸送可以節約輸油成本、不需要對設備進行改造，還可以避免采取正反輸時流程切換作業。但是間歇輸送針對是那些所輸原油凝點比較低、含蠟量低，地形起伏較小的管道，而對于所輸原油凝點高，含蠟量高的管道，如果采用間歇輸送，會使管道再啟動壓力上升，如果間歇時間過長可能會發生凝管事故。

(四)壓力處理輸送

根據前蘇聯的研究報道，壓力處理(各向壓縮)有可能成為改善非牛頓流體流動特性的一種方法。實驗表明，壓力處理可使這種非牛頓流體的表觀粘度降低，并且所加壓力越大，其處理效果就越明顯。這亦引起了我國科研人員的關注。

(五)擴徑輸送

對于低輸量管道，如果管道不具備清蠟的設施條件，為了緩解管道出現的惡劣工況，確保安全運行，可采用注入熱流體或提高原油的出站溫度進行融蠟擴徑。采用注入熱流體或提高原油的出站溫度進行融蠟擴徑，雖然都改善了管道的動力條件，但是采用注入熱流體擴徑，因實施時需要設備多，且需較多的熱水，耗費大量的人力和物力，給正常管理帶來不便，對于長輸管線來說只是權宜之計，而采用提高出站溫度的方法，在目前的情況下顯然是不經濟的。

總之，我國是世界上盛產含蠟粘性原油的大國，原油物性覆蓋面很廣。從流變力學的觀點分析，我國原油流型復雜，多數原油流動性能較差。因此，針對我國原油物性和流變特性，采用不同的物理和化學方法對原油進行改性，從而建立和發展具有我國特色的輸送工藝技術體系，便成為我們石油儲運科技工作者的首要任務了。

參考文獻

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