降凝劑在原油管輸中的應用

惠艷丹 拓榮慶

摘要 陜北原油多屬三高原油，在管道運輸過程中受到了很大的限制，對三高原油的管道運輸優化方案的研究實際指導意義明顯。本文主要通過研究原油的凝結機理，以及在其輸送過程中通過添加降凝劑對其流通物性的改變，從而達到低溫安全輸送，以期對降凝劑在原油管輸應用中有一定的指導意義。

關鍵詞 原油管輸；降凝劑；降凝機理；低溫輸送

中圖分類號U17 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）67-0137-02

陜北原油具有石蠟含量高、黏度高、凝點高等特點，現管道運輸是其主要的運輸方式，針對陜北三高原油主要通過逐站加熱的輸送方法，因為在部分出油少的油區不能滿管輸送，小管線輸送過程中溫降大等實際情況，高凝點原油的輸送不但制約了停輸時間，還帶來了很大的凝管危險性，另外也增大了能源浪費和設備投資率。對此，延長石油管道運輸公司已開始探索應用降凝劑，并取得了不錯的成效，減阻劑可以有效降低原油凝點，而實現較低溫安全輸送。

降凝劑的主要成分是一些高分子聚合物，當它加注于原油時，可以有效改變原油中的蠟的結晶習性、蠟晶體的結構形態以及晶體之間相互作用的性質，使原油凝固點下降、也降低在低溫時的粘度等物性，從而改善了三高原油的低溫流通性。添加降凝劑是實現低溫輸送的有效途徑，但降凝劑種類繁多，化學反應機理各不相同，加上不同地區產出原油物性也有很大的不同，所以在降凝劑的應用中，必須有針對性的選擇，合理配對才能提高成效。

1 原油凝結的主要原理

原油是一種多組分的半流動的復雜有機化合物，不同組成，決定了其不同的粘稠度和流動性，一般具有一定的刺鼻臭味。他的流動性主要取決于其中蠟含量的多少，含蠟越高凝固點越高。當原油的溫度降到一定值時，蠟狀晶體顆粒在范德華力、共價鍵和氫鍵等力的作用下，碰撞頻率大大增加，非常容易相互結合，形成特點的網絡結構，使原油凝結而失去了原來的流動性，從而形成不同形態的蠟晶附著在管路內壁致使原油的流動性受到了阻礙難以輸送。

2 降凝劑對含蠟原油的改性原理

2.1降凝劑的作用機理

含蠟原油凝結的主要機理是原油在溫度較低時使原油中高凝固點、高粘性有機成分易形成蠟狀晶體，這些蠟狀晶體以不同的形態相互結合在一起并且形成了三維的網絡結構，將低凝點的油分、膠質、瀝青質、污泥、水等等一些組分吸附并包在里面，形成蠟膏狀的物質，而使原油失去其流動性。添加降凝劑可以有效影響和改變原油中高凝成分蠟晶的發育歷程，并改變蠟晶的形態結構，阻礙和阻止高凝成分形成空間網絡結構從而改善原油的低溫的流通性。但是，降凝劑并不能抑制蠟晶的析出，只能通過改變蠟晶的結構形態，從而抑制三維空間蠟晶形成網絡結構，達到使三高原油改性。降凝劑的降凝機理一般有共晶作用、吸附作用、晶核作用。

2.1.1共晶作用

原油在與其匹配的降凝劑的作用下，通過有效促使烷基鏈與蠟分子產生作用形成結晶體繼而共同從原油中結晶出來，過程中不但改變了蠟質的結晶行為，也使蠟晶繼續發育的趨向受到了干擾。降凝劑的作用和效果與降凝劑分子中的有效烷基鏈的碳數密切相關，當降凝劑分子中的有效烷基碳鏈與原油中蠟質碳鏈越接近，降凝劑的作用和效果越好。但降凝劑分子中不是所有的側鏈碳原子都會受到結晶作用，其受到降凝劑分子的結構特征及空間效應影響很大。一般而言，降凝劑分子中的烷基鏈長度大于蠟質碳鏈長度時降凝劑的降凝效果較佳。

2.1.2吸附作用

吸附作用就是指當原油中加入降凝劑時，降凝劑會通過化學或物理作用吸附在原油中的一些組分中，形成的蠟狀晶體上或是晶核活動的中心上，從而改變了蠟狀晶體的三維空間結構，致使不同蠟晶體之間的內摩擦力也就是粘度大大的降低，繼而起到了降凝的效果。

2.1.3晶核作用

當原油中加入降凝劑時降凝劑就會起到晶核作用，也就是說蠟以降凝劑為中心聚攏結晶，從而改變了蠟狀晶體的空間結構，降低了蠟晶的凝固點繼而起到了良好的降凝效果。

2.2添加降凝劑后非牛頓含蠟原油的膠體的結構特征

降凝劑可以改善含蠟原油的非牛頓流變性，其本質原因就是其改善了非牛頓原油的膠體結構。當原油中加入降凝劑后含蠟原油的內部結構在許多方面得到了改善：

1）降凝劑可使蠟晶的析出濃度有一定的降低，但程度有限；

2）降凝劑可使吸附在絮凝體中，使其中的液態油減少；

3）降凝劑使蠟晶絮凝體中的蠟晶絮凝稠密化，并使蠟晶絮凝體的形狀更規則，形成粗大松散的樹枝狀結構，或準球形結構，比表面積更小，且蠟晶絮凝體的個數減少。

上述這三點因素造成非牛頓原油的有效內相體積分數以及有效水力體積分數降低，流動阻力減小。有利于原油的管道運輸。

3 降凝劑在原油輸送過程中的應用現狀

我國現有高凝高粘原油的運輸一般都采用用傳統的逐級加熱補溫的輸送方法，增加了操作難度，也降低了管輸原油的經濟型，添加降凝劑是通過向原油中加入一種化學試劑來降低原油在常溫下的粘度，凝固點來提高原油的低溫流變性的一種經濟高效的方法，在國外一些公司早已經開始研究并取得很大經濟效益。近些年來，我國的一些石油管輸企業也開始重視降凝劑的研究和應用，一些化工院校通過對降凝劑的加注機理和效果的研究取得了一些成果，通過努力，相繼研制出了適應于不同原油性質的降凝劑，而且能夠適用于各種高含蠟原油和各種不同成品油，并在室內對我國不同油田采出的不同原油進行了降凝實驗，降凝效果明顯，為其實際應用起到了關鍵作用。另外，化學降凝法不僅具有操作簡單、設備投資少等優點，而且不需要后處理，便于對輸油過程進行自動化管理。

根據不同降凝劑對不同組分原油的降凝效果，我國很多石油管輸企業已經在大力使用，添加降凝劑為原油管道運輸帶來的經濟性非常明顯，在在很大程度上防止了輸油過程中意外事故的發生。降凝劑已在我國不少管線得到很好的應用，但是，由于降凝劑對原油的選擇性很強，所以我們尚須許多工作要做，必須進一步加強對降凝劑的降凝機理及與原油配對使用的研究。

隨著降凝劑在石油輸送過程的大量有效的使用以及國內和國外對降凝劑作用機理的大力的研究，原油降凝劑在原油輸送過程中的發展及應用必將達到一個新的水平。延長石油也在長距離管輸過程中用到了降凝劑而且取得了不錯的業績，認為在降凝劑的研究和使用過程中需要對降凝劑作用機理加強研究，要從熱力學和動力學的角度入手，對過程機理進行深度分析；同時對原油流變性質和影響機理要更深層次的進行探索與研究，找到影響改變油品凝結的關鍵因素，以期獲得更大的經濟效益。

參考文獻

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