錦州高含蠟原油降凝劑的篩選及現場應用

孟 迪，賀 三，袁宗明，陳云霞，蓋 蕓，梁 穎

（西南石油大學，四川成都 610500）

錦州油田生產原油含蠟量高達到16 %左右，凝點普遍在20 ℃以上。由于冬季渤海灣海水溫度很低（-5 ℃），單層保溫海管出口介質溫度在17 ℃以下，最低達到4 ℃，遠遠低于高含蠟原油的凝點，對海管的安全輸送造成了巨大的威脅。冬季出口溫度較低時，目前采取的措施是停產高含蠟油生產井，這不僅使得油田產量降低，還造成了管道輸送能力的浪費。目前，管輸含蠟原油安全輸送技術包括單純的加熱、熱處理輸送、加化學劑輸送以及加劑綜合處理輸送。加劑輸送趨具有操作簡單、設備投資少、無需后處理、便于對輸油過程進行自動化管理等優點[1]，因此，從降低能耗和生產成本、提高管道運行的安全性[2]角度來看，采用化學降凝法是實現原油常溫乃至低溫輸送的最簡便、最有效的方法[3]。

針對錦州油品特性對本實驗室研制的聚丙烯酸酯類G5 系列降凝劑進行了篩選并對影響降凝效果的因素進行了實驗分析及現場試驗，為油田安全生產和原油的安全輸送提供技術支持和幫助。

1 原油的基本物性特征

錦州原油的組分及基本物性特征的相關數據（見表1）。

表1 原油的基本物性特征

由表1 可知，此原油含蠟量達16.54 %。且通過原油氣相色譜分析表明，此原油中的蠟碳數主要集中于19～29，說明該原油對降凝劑感受性一般，因此該原油對降凝劑的要求較高。

2 實驗部分

2.1 實驗儀器及材料

2.1.1 實驗儀器 DC-2006 低溫恒溫槽、NDJ-79 型旋轉粘度計、電熱恒溫水浴鍋、鐵架臺、FA2004N 電子天平（精度為0.001 g）、真空干燥箱、浮子式石油密度計、試管、聚塞量筒等。

2.1.2 實驗材料 試驗油樣：錦州原油油樣；二甲苯（分析純）；G5 系列降凝劑、甲醇（分析純）等。

2.2 實驗內容及方法

2.2.1 降凝劑的篩選及最佳加劑條件的確定 以降粘和降凝幅度較大、加劑量較低、熱處理溫度低為最佳加劑條件。

按照SY/T 0541-2009《原油凝點測定法》測定原油及加劑原油的凝點。

原油和加劑原油粘溫曲線的測定：在60 ℃加熱條件下，加入降凝劑，按照SY/T 0520-2008《原油粘度測定-旋轉粘度計平衡法》測定空白油樣及加劑原油的粘溫曲線。

2.2.2 加劑原油的靜態穩定性 將油樣加熱至60 ℃，添加200 mg/L 降凝劑后靜態降溫至終冷溫度（18 ℃），每隔一段時間取樣測定其凝點及粘度。

2.2.3 降凝劑的流動性及配伍性 現場使甲醇作為水合物抑制劑。為了防止降凝劑與甲醇相互作用而對降凝效果產生影響，因此從甲醇與降凝劑混合后的性狀及其降凝效果兩方面考察兩者的配伍性。

現場冬季環境溫度低于0 ℃時，易造成降凝劑流動性差，影響降凝效果。因此有必要對降凝劑的低溫流動性進行實驗探討。

3 實驗結果與討論

3.1 降凝劑初步篩選

對G5 系列降凝劑進行的篩選實驗結果（見表2）。

表2 降凝劑的篩選結果

由表2 可以看出，實驗室內研制的系列降凝劑對錦州原油均有不同程度的降凝效果。但在相同添加濃度下，降凝劑G51 可以將原油凝點由22 ℃降至13 ℃，降凝幅度（9 ℃）最大。因此選取降凝劑G51 為最佳降凝劑。

3.2 最優加劑條件確定

3.2.1 加劑濃度確定

（1）加劑濃度對凝點影響：降凝劑G51 加劑濃度對油樣凝點影響的實驗結果（見表3）。

表3 加劑濃度對油樣的凝點的影響

實驗結果表明，隨加劑濃度的增加，原油的凝點不斷下降；添加濃度達到1 000 mg/L 時，凝點由22 ℃降至7 ℃。當降凝劑的濃度大于400 mg/L 時，降凝幅度變小。分析其原因，對于某種降凝劑，在一定處理條件下，蠟晶的可改性是有限的。當原油中的降凝劑達到某一定量時，降凝劑對原油的改性作用接近極限。小于該量時，降凝劑分子難以滿足與蠟共晶、吸附的要求，原油流變性還有改進的余地。大于該量時，過量的降凝劑分子不能再參與共晶、吸附作用，此時，原油流變性變化將非常平緩[4]。

（2）加劑濃度對原油粘度的影響：測定不同加劑濃度下降凝劑對原油降粘作用的影響。空白油樣和不同加劑量油樣對比粘溫曲線（見圖1），降凝劑G51 不同加劑量在12～20 ℃溫度段內的降粘率（見圖2）。

圖1 加劑油樣的粘溫曲線

圖2 添加濃度對降粘效果的影響

由圖1、圖2 可知，空白油樣的反常點為29 ℃，當溫度高于反常點的溫度時原油的粘度隨溫度的降低而降低的幅度很小，當溫度低于反常點后隨溫度的降低，原油的表觀粘度急劇上升，表明原油進入析蠟高峰區；添加降凝劑G51 后，原油的反常點降至18 ℃；降凝劑對綜合油樣的降粘效果明顯，對原油的低溫流動性有明顯改善，牛頓流體溫度范圍向低溫方向拓寬，并使非牛頓流體溫度范圍變窄，表觀粘度下降。18 ℃時，加劑200 mg/L 的降粘率為71.23 %，加劑400 mg/L 的降粘率為76.16 %。

綜合降凝劑的降凝、降粘效果以及現場經濟等方面綜合考慮，選定降凝劑G51 的合理添加濃度400 mg/L。

3.2.2 加劑溫度 不同加劑溫度對降凝劑降凝效果的影響結果（見表4）。

表4 加劑溫度對降凝效果的影響

由表4 可知，隨加劑溫度的升高，加劑后原油的凝點相應地降低。當加劑溫度為60 ℃時凝點趨于穩定。因此加劑溫度以60 ℃以上為合理加劑溫度。原因是加劑溫度較低時，原油中存在的蠟晶、膠質、瀝青質以及降凝劑活性較小，加劑原油各組分的形態數量及結構等發生了較大變化不易形成有利于原油低溫流動性改善的蠟晶結構[5～6]。在溫度達到60 ℃時，原油中的蠟質基本完全溶解，隨著加劑溫度的升高，降凝劑中的有效成分與原油中的蠟相互作用的更加充分，于是當原油溫度降低時，降凝劑與蠟共晶或吸附于蠟晶表面，抑制蠟晶形成三維網狀結構，使原油低溫流動性得以改善。

3.3 靜態穩定性

降凝劑對原油的改性效果會隨著加劑時間的延長，改性效果逐漸消失[6]。因此當原油管道遇到突發狀況意外停輸、搶修時，加劑原油的靜態穩定性成為重要的安全技術參數。

加劑量為200 mg/L 的加劑原油樣靜置24 h、48 h、64 h 后凝點及終冷溫度（18 ℃）下粘度測試結果（見表5）。

表5 靜態穩定性實驗結果

由表5 可知油樣在靜置24 h、48 h、72 h 后的凝點基本無變化，粘度回升幅度也較小。說明降凝劑G51對油田生產的原油具有很好的靜態穩定性，當原油管道計劃停輸或突發狀況停輸時具有很好的安全性。

3.4 降凝劑的配伍性及流動特性

降凝劑G51 溶液與甲醇混合后仍保持澄清透明狀態，并未出現任何沉淀和絮狀物。當相同濃度添加濃度相同，混有甲醇的降凝劑與未混有甲醇的降凝劑原油凝點與之前所測凝點一致。以上兩點說明降凝劑G51 與甲醇的配伍性好，且仍具有良好的降凝效果，能保證現場管輸原油的安全運行。

濃度為10 %的降凝劑G51 的自身凝點為3 ℃。常溫（15～30 ℃）下具有良好的流動性。冬季現場環境溫度低，降凝劑流動性差，因此加藥前需對藥劑進行加熱。根據測算，降凝劑G51 與現場現使用的降凝劑相比，在平臺上保溫房內的加熱時間較短，約為12 h（約為現使用降凝劑的1/4），大大縮短了加熱的時間，大大降低了能量的消耗。

4 現場運行試驗

為了檢驗室內實驗所得新型降凝劑G51 在現場實際生產條件下的降凝效果，實施現場試驗。加劑運行試驗后，海管出口油樣的凝點一般保持在13～15 ℃，與空白油樣凝點（28 ℃）相比，降低了13 ～15 ℃，降凝效果明顯。添加降凝劑G51 后，海管進出口壓力基本無變化。除清管階段外，管道壓差基本維持在0.382～0.421 MPa，一般穩定在0.4 MPa 左右。比試驗前在0.391～0.455 MPa，一般在0.42 MPa 左右，比試驗前壓降略低。

5 結論

（1）室內實驗表明，降凝劑G51 對高含蠟的錦州原油有較好的降凝效果，可使原油凝點降低7～15 ℃。合理添加濃度為400 mg/L，最佳處理溫度為60 ℃。

（2）降凝劑G51 對油樣有很好的靜態穩定性，當原油管道計劃停輸或突發狀況停輸時具有很好的安全性。

（3）降凝劑與水合物抑制劑甲醇的配伍性好，并未出現大量沉淀和絮狀物，仍具有良好的降凝效果，能保證現場安全運行。濃度為10 %的降凝劑G51 的自身凝點為3 ℃，在常溫（15～30 ℃）下流動性能好。在冬季環境溫度低時，加熱條件下能很快的恢復流動性，大大降低了能源消耗。

（4）在現場試驗中，添加降凝劑G51 后，與空白油樣凝點（28 ℃）相比，則降低了13～15 ℃，并保持相對穩定的狀態。海管進出口壓力基本無變化，運行壓差和試驗前相比略低。

［1］ 陳剛，張潔.原油流動性改進劑研究進展［J］.天然氣與石油，2013，31（2）：1-5.

［2］ 張付生，王彪，謝慧專，等.原油的族組成對原油加降凝劑處理效果的影響［J］.油田化學，1999，16（2）：171-174.

［3］ 關中原，伍麗娟，郭淑鳳.大慶原油降凝劑復配試驗研究［J］.油氣儲運，2008，27（9）：37-41.

［4］ 張國欣，郭海軍，郭曉男，等.錦州原油降凝劑的研究［J］.石油與天然氣化工，2011，40（6）：585-586.

［5］ 敬加強. 高凝高粘原油流變性及其降凝降粘機理研究［D］.南充：西南石油大學，1999.

［6］ 羅旗榮，張帆，肖博元，等.減阻劑減阻效果的評價與分析［J］.天然氣與石油，2010，28（2）：8-11.

［7］ 宋昭崢，孫潔，李傳憲，等.降凝劑對高含蠟原油流變性的改性效果分析［J］.石油大學學報，2002，26（1）：52-55.