高蠟原油管輸用高效降凝劑的篩選及降凝降黏性能評價

廖 輝，唐善法，雷小洋，王曉杰，田 磊，劉傳宗

(長江大學石油工程學院，湖北武漢 430100)

我國中部某油田原油膠質瀝青質含量約為21.55%，含蠟量約31.60%，平均凝點 37 ℃，屬于典型的高含蠟、高凝點、高黏度的原油，其物性和流變性均較差。目前對此含蠟原油的管道輸送，油田普遍采用加熱法和添加化學降凝劑法［1］。添加化學降凝劑能有效避免加熱法中停輸后再啟動［2］及管道加熱能耗大［3－4］等問題，并有效地阻止石蠟結晶，改善原油的流動性，是實現含蠟原油常溫輸送［5－6］，降低管輸能耗，解決高蠟原油開采與輸送的有效途徑［7］。然而，原油降凝劑對原油性質具有較強的選擇性［8］，且該油田管輸原油對市售降凝劑感受性較差，管輸能耗大，重復加熱后黏溫性能變差。因此，需選擇一種或兩種對該原油具有較好降凝降黏性能的降凝劑。對系列原油降凝劑進行篩選，確定了適應于該原油性質的降凝劑，并評價了其降凝降黏性能;同時也考察了熱處理溫度、降凝劑濃度及重復加熱對其降凝降黏性能的影響。

1 實驗

1.1 原料與儀器

煤油;降凝劑 YG －1，YG －2，YG －3，YG －4，YG－5，YG－6，為側鏈含較多酯基的聚合物，長江大學提供;降凝劑BEM，乙烯醋酸乙烯酯，改性乙烯醋酸乙烯酯，工業品;降凝劑 EVA2503，EVA28/150，EVA2803等，工業品;降凝劑母液濃度為1 g/L，溶劑為煤油。

油樣:國內中部某油田原油，物理性質見表1。

FDT－0318石油產品凝點測定儀;MCR301型ANTON PAAR流變儀，奧地利;HH－4型數顯恒溫水浴鍋。

表1 原油組分及物理性質

1.2 實驗方法

1.2.1 油樣凝點的測定

根據 GB/T510—1983《石油產品凝點測定法》，對實驗原油和加降凝劑原油進行凝點測定。將原油加熱至65℃，降凝劑濃度50 mg/L，恒溫0.5 h后裝樣至儀器中，以0.5℃/min速率降溫，直至將試管水平放置5 s而液面無流動跡象時，對應的最高溫度即為油樣凝點。

1.2.2 油樣黏度的測定

將實驗原油與加降凝劑原油在恒溫水浴(水浴溫度為65℃)中恒溫至油溫均勻后，裝樣至MCR301型 Anton Paar流變儀中，以 0.5～1.0℃/min的速率降溫，在不同剪切速率下測定其黏度和黏溫曲線，評價原油的流動性能。

2 結果與討論

2.1 降凝劑的篩選

將10種降凝劑分別加入20 mL原油中，降凝劑濃度均為50 mg/L，熱處理溫度為65℃，考察不同降凝劑對原油的降凝降黏效果，結果見表2。

表2 不同類型降凝劑對原油的降凝降黏效果

從表2可知，上述10種降凝劑均具有一定的降凝降黏效果，且YG系列降凝劑降凝降黏效果均優于其他4種市售降凝劑。因為原油中石蠟分子與YG系列降凝劑中烷基鏈均較長，匹配性較好。50 mg/L下，YG－1降凝幅度達15.0℃，降黏效果較顯著，30℃時黏度為608.2 mPa·s，YG－5降黏效果稍優于YG－1，但綜合考慮，選擇YG－1為管輸原油降凝劑。

2.2 降凝劑濃度的篩選

2.2.1 降凝劑濃度對降凝效果的影響

固定其他條件，考察YG－1濃度對降凝效果的影響，結果見圖1。

圖1 降凝劑YG－1濃度對原油凝點的影響

從圖1看出，隨著降凝劑濃度增加，原油的降凝效果提高。當濃度達50 mg/L后，降凝效果趨于平緩。這是因為當原油中降凝劑濃度達一定值時，降凝劑的降凝降黏效果接近極限。濃度小于該值，降凝劑分子難以滿足與蠟共晶或吸附的要求，濃度大于該值后，過量的降凝劑分子不再參與共晶或吸附作用，降凝效果不明顯，使成本增加。因此，降凝劑濃度以50 mg/L為宜。

2.2.2 降凝劑濃度對原油黏度的影響

剪切速率為50 s－1，不同溫度下，考察加降凝劑原油與原油在不同降黏劑濃度下的黏溫曲線，結果如圖2。

圖2 加降凝劑原油與原油在不同降黏劑濃度下的黏溫曲線

從圖2看出，在一定降凝劑濃度范圍內，增加其濃度，降黏效果大大提高，但進一步增加濃度并不能明顯降低原油在固定溫度下的輸送黏度。30℃時50 mg/L YG－1降凝劑的降黏率為65.64%，75 mg/L降凝劑的降黏率為67.04%，100 mg/L降凝劑的降黏率為68.30%。說明降凝劑濃度只要足以隔開蠟晶，使其不能形成網狀結構即可;濃度過高，降凝效果并不明顯，經濟可行性上也存在一定問題。因此，綜合考慮，確定50 mg/L為該原油管輸最佳降凝劑濃度。

2.3 熱處理溫度對降凝降黏效果的影響

加降凝劑原油經熱處理才具有較好的降凝降黏效果。降凝劑濃度為50 mg/L，并恒溫處理30 min，測定其凝點和 30 ℃、50 s－1下的黏度，結果見表3。

表3 熱處理溫度對凝點和黏度的影響

由表3看出，隨著熱處理溫度升高，原油凝點和黏度均呈下降趨勢，表明熱處理溫度升高對加降凝劑原油的降凝降黏效果具有增強作用。但當溫度升至70℃時，原油凝點趨于穩定，黏度下降幅度不大。因為僅在適宜的熱處理溫度下，尤其在原油析蠟點以上，原油中蠟、膠質、瀝青質才充分地溶解和分散;處理溫度過高或過低，均達不到預期效果［9－11］。熱處理后，降凝劑隨著原油冷卻與石蠟共晶－吸附［12］而改變蠟晶聚集狀態，起到較好的降凝降黏作用。因此，從管輸熱損耗方面考慮，在該原油管輸時熱處理溫度以65℃為宜。

2.4 重復加熱對加降凝劑原油降凝降黏的影響

在隨管輸原油輸送過程中經中途各加熱站重復加熱后，多數市售降凝劑會使原油在高溫下失去流動性，造成凝點回升。固定其他條件，熱處理溫度65℃，將加降凝劑原油重復加熱6次，測定其凝點和30℃、50 s－1下黏度，結果見表4。

表4 重復加熱對加降凝劑原油凝點和黏度的影響

從表4看出，加降凝劑原油在65℃重復加熱，對原油凝點和黏度基本無影響，降凝劑狀態較穩定。說明YG－1降凝劑抗重復加熱性較好。

2.5 加降凝劑原油的黏溫曲線

固定其他條件，剪切速率50 s－1，采用流變儀分別測定加降凝劑YG－1前后原油的黏溫曲線，結果見圖3。

圖3 原油與加降凝劑YG－1原油的黏溫曲線

從圖3看出，溫度較高時，加降凝劑和未加降凝劑原油黏度變化不大，但隨著溫度降低，加降凝劑原油黏度比原油有所減小。當溫度為40℃時，原油黏度開始增大;當溫度為28℃時，未加降凝劑和加降凝劑原油黏度存在顯著差異。由此可見降凝劑YG－1的加入，對原油低溫黏度影響明顯。說明降凝劑YG－1對原油低溫流動性也有明顯的改善作用。

3 結論

1)YG系列降凝劑中YG－1降凝降黏效果顯著，明顯優于其他4種市售降凝劑。

2)確定了該管輸原油最佳熱處理溫度為65℃，降凝劑最佳濃度為50 mg/L。在此條件下，原油凝點由36℃降至21℃，30℃時黏度由1 770.0 mPa·s降至 608.2 mPa·s，降低管輸成本及能耗。

3)重復加熱對YG－1降凝降黏性能影響甚小，YG－1對該原油具有較好的適應性，對其低溫流動特性有明顯的改善作用。

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