劉 亮，王立濤，常元昊，吳世宏

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三輸油處，寧夏銀川 750006；2.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院，四川成都 610500；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司安全環(huán)保監(jiān)督部，陜西西安 710018）

近年來(lái)，隨著長(zhǎng)慶姬塬油田的快速上產(chǎn)，原油產(chǎn)量逐年攀升，姬惠輸油管道產(chǎn)輸矛盾逐年加劇，管道的設(shè)計(jì)能力已經(jīng)無(wú)法滿足生產(chǎn)實(shí)際的需要，將面臨超負(fù)荷運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。因此，在不增加其他設(shè)備和動(dòng)力的前提下，應(yīng)用減阻劑是唯一經(jīng)濟(jì)可行的方法[1]。通過(guò)進(jìn)行不同加劑濃度下的減阻試驗(yàn)，驗(yàn)證了FLO-MAX 減阻劑對(duì)姬惠原油管道減阻、增輸?shù)挠行?，分析了減阻劑注入濃度與減阻劑、增輸率的關(guān)系，為姬惠原油管道增輸提供了可靠的依據(jù)和技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)管道概況

姬惠管道于2009 年11 月建成投產(chǎn)，始于陜西定邊縣馮地坑鄉(xiāng)姬塬外輸總站，終止于寧夏鹽池縣惠安堡鎮(zhèn)寧夏石油儲(chǔ)備庫(kù)，中間有兩座閥室。全長(zhǎng)72 km，設(shè)計(jì)壓力6.3 MPa，原油密度0.841 6 g/cm3，原油粘度10.7 mPa·s，原油設(shè)計(jì)輸油量450 萬(wàn)噸/年。

2 減阻劑減阻機(jī)理

流體的摩擦阻力限制了流體在管道中的流動(dòng)，造成管道輸量降低和能量消耗增加。減阻劑是一種長(zhǎng)鏈、超高分子聚合物，當(dāng)烴類液體流動(dòng)為紊流時(shí)，減阻劑內(nèi)的長(zhǎng)鏈、高分子量聚合物一旦溶于烴類流層內(nèi)，立即分散于近壁渦流層內(nèi)，從而減少紊流摩擦力[2]。減阻劑廣泛應(yīng)用于原油和成品油管道輸送，它是在特定地段提高管道流通能力和降低能耗的重要手段。

減阻劑的減阻作用是-種特殊的湍流現(xiàn)象，減阻效應(yīng)是減阻影響湍流場(chǎng)的宏觀表現(xiàn)，它是一個(gè)純物理作用。減阻劑分子與油品的分子不發(fā)生作用，也不影響油品的化學(xué)性質(zhì)，而只與其流動(dòng)特性密切相關(guān)。減阻劑加入到管道以后，靠本身的粘彈性，分子長(zhǎng)鏈順流向自然拉伸，其微元直接影響流體微元的運(yùn)動(dòng)。來(lái)自流體微元的徑向作用力作用在減阻劑微元上，使其發(fā)生扭曲，旋轉(zhuǎn)變形。減阻劑分子間引力抵抗上述作用力反作用于流體微元，改變了流體微元作用力的大小和方向，使一部分徑向力轉(zhuǎn)變?yōu)轫樍飨虻妮S向力，從而減少無(wú)用功的消耗，宏觀上起到了減少摩阻損失的作用[3]（見(jiàn)圖1）。

圖1 減阻劑注入流程示意圖

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集與計(jì)算

3.1 數(shù)據(jù)記錄

實(shí)驗(yàn)過(guò)程分三個(gè)階段，第一階段為加劑量在5 mg/L情況下，每4 h 錄取一次數(shù)據(jù)，根據(jù)測(cè)試，不加減阻劑的原油從首站輸送到末站的時(shí)間大約為12 h，故以12 h加劑測(cè)試時(shí)間和12 h 的濃度穩(wěn)定時(shí)間作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)周期，同時(shí)記錄每4 h 減阻劑注入量、出站壓力、流量及末站壓力、流量變化情況。三個(gè)階段試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄（見(jiàn)表1）。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表

3.2 相關(guān)公式[4]

3.2.1 減阻率 減阻率計(jì)算公式如下：

ΔPuntreated是流體沒(méi)有添加減阻劑時(shí)的基本摩阻壓降；ΔPtreated是添加減阻劑后的摩阻壓降。

在計(jì)算減阻劑時(shí)，加劑和未加劑時(shí)管道的壓降必須是同一流量下的，如果流量不同，加劑時(shí)的壓降必須用以下的公式換算為基礎(chǔ)流量下的壓降，得到換算后的壓降：

式中：ΔPcorrected-換算后的壓降，Qbase-不加減阻劑時(shí)的基礎(chǔ)流量，Qtreated-加劑時(shí)的流量，n-流動(dòng)修正系數(shù)，一般為1.8。修正后的減阻率計(jì)算公式為：

3.2.2 增輸率 實(shí)際增輸率計(jì)算公式如下：

但加入減阻劑后，流量增大，出站壓力降低，因此上式不能直接使用，需要通過(guò)減阻率與增輸率之間的關(guān)系式求得。

修正后的增速率公式如下：

這里，%DR 是公式（3）中定義的減阻百分比。公式（5）認(rèn)為：當(dāng)保持出口壓力不變，不管是基礎(chǔ)輸量還是加劑后的輸量，不管輸送介質(zhì)是經(jīng)過(guò)處理的原油還是未經(jīng)處理的原油，管道減阻百分比和流量增加百分比的1.8 次方成比例關(guān)系。

3.2.3 數(shù)據(jù)計(jì)算 以10 mg/L 注入濃度為試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算為例，計(jì)算出減阻劑的注入濃度、增輸率、減阻率。

由于在試驗(yàn)過(guò)程中減阻劑注放濃度的波動(dòng)，因此取管線內(nèi)減阻劑注入濃度的穩(wěn)定時(shí)值作為標(biāo)準(zhǔn)值。已知基礎(chǔ)流量Qbase=580 m3/h，Qtreated=670 m3/h，ΔPtreated=2.59 MPa，由公式（2）可得ΔPcorrected=1.57 MPa，代入公式（3）中得%DR=39.2 %。各注入濃度計(jì)算過(guò)程同上，計(jì)算出的結(jié)果（見(jiàn)表2）。

根據(jù)表2 中的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，可以得到一個(gè)減阻劑注入濃度與減阻劑、增輸率的關(guān)系曲線圖（見(jiàn)圖2）。

在圖2 中，通過(guò)對(duì)曲線的擬合得到三個(gè)曲線回歸方程：

減阻率-注入濃度回歸方程：

增輸率-注入濃度回歸方程：

修正后增輸率-注入濃度回歸方程：

三個(gè)回歸方程對(duì)減阻劑在今后的生產(chǎn)中的使用有著重要的指導(dǎo)意義：通過(guò)回歸方程可以計(jì)算出任一注入濃度的增輸率，由此可以根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的要求確定不同的注入濃度。通過(guò)對(duì)回歸方程求導(dǎo)可以得到減阻劑注入濃度與減阻劑、增輸率的增加率的關(guān)系，從而確定合理的減阻劑注入濃度范圍。

圖2 減阻劑注入濃度與減阻率、增輸率的關(guān)系曲線圖

由圖2 可以較直觀的看出：減阻率和增輸率隨著減阻劑注入濃度的增大而增大，在0～10 mg/L 的濃度范圍內(nèi)，注入量與減阻率、增輸率的增加幾乎成直線關(guān)系。隨著注入濃度的進(jìn)一步增大，減阻率、增輸率的增加率逐漸減小，直至到某個(gè)數(shù)值后不再增加，利用公式（6）求導(dǎo)后令導(dǎo)數(shù)為零，可得在注入濃度達(dá)到28.6 mg/L后，減阻率達(dá)到最大值。

4 結(jié)論

（1）由FLO-MAX 減阻劑的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可以看出，隨著減阻劑的注入，首站出站壓力逐漸下降，全線摩阻損耗減小，添加減阻劑對(duì)姬惠原油管道提高輸量，解決外輸瓶頸，減少運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約投資成本具有重要的意義。

（2）從圖2 中的曲線走勢(shì)看，當(dāng)注入濃度不大于15 mg/L 時(shí)，增輸效果隨著注入量的增加而提高的幅度是比較明顯，如果是單純從注濃度與增輸效果的角度分析，注入濃度不宜大于15 mg/L。

（3）實(shí)際生產(chǎn)中，由于綜合考慮到生產(chǎn)急需、輸油成本、減阻劑成本等各方面因素，減阻劑的注入濃度須根據(jù)不同情況而確定，通過(guò)回歸方程我們可以比較直觀的計(jì)算出經(jīng)濟(jì)合理的注入濃度。

［1］ 李寶榮，賈軍寧.減阻劑在靖惠輸油管道中的試驗(yàn)及應(yīng)用［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2008，27（3）：38-41.

［2］ 臧國(guó)軍，屈建宏.長(zhǎng)輸管道原油減阻節(jié)能試驗(yàn)［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2005，24（12）：29-32.

［3］ 翟銀平，王軍，程世保.洪荊原油管道添加減阻劑增輸試驗(yàn)［J］.管道技術(shù)與設(shè)備，2013，（3）：14-16.

［4］ 孫云峰，殷炳綱，王忠良.阿獨(dú)原油管道添加康菲減阻劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究［J］. 長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，10（10）：153-156.