尼日爾原油添加降凝劑對比實驗

聶超飛，張建軍，李大全，唐 恂，牛殿國，張 帆，趙佳麗

1.中國石油管道科技研究中心，河北廊坊 065000

2.中油國際（尼日爾） 公司，北京 100034

化學降凝劑改性是含蠟原油改善流動性（尤其是低溫流動性） 的重要手段[1]，通過共晶、吸附等作用改變蠟晶分子間的相互作用，從而改善蠟晶形態和結構，使之不易形成三維網狀結構，最終達到降凝降黏的目的[2]，進而保證含蠟原油管道安全高效運行。管道停輸以后，管內原油油溫會逐漸降低，降低至凝點附近及其以下時，就會形成具有黏彈、屈服、觸變等復雜流變性質的膠凝結構，而膠凝原油的結構特性是管道停輸再啟動研究的關鍵問題之一[3-5]。本文針對尼日爾原油，分別從不同角度對比了三種降凝劑（以下簡稱為降凝劑A、降凝劑B、降凝劑C） 的適用性，并對凝點附近的屈服值進行了測試，提出了相應運行建議。

1 不同降凝劑適應性對比

為了分析尼日爾原油對三種降凝劑的適應性，分別從不同加劑量、不同熱處理溫度、不同二次回升溫度、不同靜置時間方面進行了對比實驗。尼日爾原油空白油凝點為28 ℃，不同剪切速率下的黏溫曲線見圖1。

圖1 尼日爾空白原油黏溫曲線

從圖1 可以看出，尼日爾空白原油在35 ℃以上時，其黏度只與溫度有關，與剪切速率無關，在35 ℃以下時，相同溫度下不同剪切速率對應的黏度也不相同，即反常點在35 ℃左右。

1.1 不同加劑量

根據現場工藝條件，初步采用70 ℃熱處理溫度進行不同加劑量的對比，不同加劑量下油品凝點和黏度（根據現場運行數據，本文對比35 ℃的黏度，下同） 見圖2 和表1。

圖2 三種降凝劑下不同剪切速率、不同加劑量的油品黏度

表1 不同加劑量下的油品凝點/℃

從表1 和圖2 可知，70 ℃熱處理工況下，添加100 ppm 降凝劑A、100 ppm 降凝劑B、40 ppm降凝劑C 比較合適，因此針對這三種加劑量開展其他因素對比實驗。

1.2 不同熱處理溫度

每種降凝劑均存在一個最優熱處理溫度，因此針對三種加劑原油開展了不同熱處理溫度下（60、70、80 ℃） 的對比實驗，凝點見表2，黏度見圖3。

表2 不同熱處理溫度下加劑油品凝點

圖3 不同熱處理溫度下加劑油品黏度

由表2 和圖3 可知，采用70、80 ℃熱處理效果均較好，凝點由28 ℃降低至18 ～20 ℃，黏度也有一定程度降低。

根據原油改性原理和經驗，采用80 ℃加劑熱處理的改性效果有可能是降凝劑引起的，也有可能是單純熱處理引起的。因此，測試尼日爾原油80 ℃熱處理（不加劑） 的改性效果，實驗結果見表3。

表3 尼日爾原油80 ℃熱處理改性后油品物性

由表3 可知，如果僅僅80 ℃熱處理改性，雖然黏度變化幅度和加劑改性相差不大，但是凝點降低較少，僅從28 ℃降低至25 ℃，加劑改性可將凝點由28 ℃降低至19 ～20 ℃。同時，根據原油改性經驗，單純熱處理的穩定性往往不能滿足生產要求。因此，對于尼日爾原油，采用70 ℃為加劑改性熱處理溫度。三種降凝劑70 ℃熱處理的全黏溫曲線見圖4。

圖4 尼日爾加劑原油黏溫曲線

尼日爾加劑油和空白油的黏度對比（剪切速率 30 s-1） 見圖5。

圖5 尼日爾不同加劑種類原油黏度對比 （30 s-1）

由圖5 可知，尼日爾原油加劑之后改性效果較好，尤其是低溫區間（35 ℃以下）。

1.3 不同二次回升溫度

根據原油改性原理，加劑改性原油存在一個重復升溫（二次或以上） 惡化區間，即重復升溫在該區間范圍內，改性效果會出現惡化，在管道輸送過程中中間加熱站應該避開該加熱溫度區間。針對三種加劑原油分別開展50 ～60 ℃二次回升溫度對比實驗，實驗結果見表4 和圖6。

表4 不同二次回升溫度加劑原油油品凝點

由表4 和圖6 可知，對于兩種降凝劑來講，50 ～60 ℃的二次重復溫升會使加劑效果減弱，凝點和黏度均有所回升，其中凝點從19 ℃左右回升至21 ℃左右。因此，在運行過程中中間站啟爐應該盡量避開該加熱溫度區間。

1.4 不同靜置時間

圖6 不同二次回升溫度下加劑原油油品黏度

根據經驗，隨著管道運行，加劑原油的改性效果可能會出現變化，因此需要對其穩定性進行驗證。本節針對三種加劑原油，開展不同靜置時間下的穩定性試驗。實驗結果見圖7 和表5。

從圖7 和表5 可知，對于三種降凝劑的改性效果來說，靜置5 ～7 d 時，凝點和黏度有所上升，其中凝點由19 ℃左右回升至20 ～21 ℃，但總體上升幅度不大，穩定性較好。

圖7 不同靜置時間下加劑原油黏度

2 不同加劑原油凝點附近屈服值對比

油品的屈服值是油品產生流動所需的最小剪應力，其大小主要由原油體系所形成的空間網絡結構的性質所決定。屈服值與輸油管道停輸后再啟動的壓力大小密切相關。因此，針對尼日爾空白原油和加劑原油進行凝點附近的屈服值測試，測試結果見圖8。

表5 不同靜置時間下加劑原油凝點/℃

圖8 尼日爾空白和加劑油凝點附近溫度的屈服值

從圖8 可知，空白原油28 ℃時的屈服值為10.7 Pa 左右，加劑油（降凝劑A） 19 ℃的屈服值為14 Pa 左右，加劑油（降凝劑B） 19 ℃的屈服值為50 Pa 左右，加劑油（降凝劑C） 19 ℃的屈服值為21 Pa 左右。添加降凝劑B 的凝點附近屈服值升高幅度較大，再啟動過程所需的壓力較大。

3 結論和建議

綜合添加降凝劑的一系列對比實驗可知，對于尼日爾原油，添加100 ppm 降凝劑A、100 ppm降凝劑B、40 ppm 降凝劑C 的改性效果相差不大，同時靜置穩定性良好。但從加劑之后凝點附近的屈服值來看，添加降凝劑B 的屈服值較大。綜合考慮，降凝劑C 加劑量少，改性效果較好。因此，建議尼日爾原油添加40 ppm 降凝劑C，采用70 ℃熱處理溫度，且二次回升溫度應在60 ℃以上。