李欣洋，魏立新，張威(東北石油大學石油工程學院，黑龍江大慶163316)

井口到計量間集油管道熱洗清淤研究

李欣洋，魏立新，張威
(東北石油大學石油工程學院，黑龍江大慶163316)

隨著三次采油技術的實施，聚合物驅油技術在提高采收率的同時也給地面原油處理、加工及集輸帶來了新的挑戰(zhàn)。針對聚合物驅管道結蠟淤積導致集油管線高回壓問題，停輸后對井口到計量間的聚合物驅集油管道進行熱洗清淤研究。探究在不同集油半徑條件下，熱洗水量、熱洗水溫及不同含聚質量濃度的淤積物對清淤時間的影響。通過理論公式計算清淤時間及實驗結果發(fā)現(xiàn)，熱洗水溫在65～70℃增加熱洗清淤效率最明顯。對于不同含聚質量濃度的淤積管線進行清洗時，在低熱洗水量的條件下，高含聚采出液的淤積物清洗時間相對更長。隨著熱洗水量的增加，不同含聚質量濃度淤積物的清洗時間幾乎相等，沒有明顯變化。

聚合物驅;管道淤積物;熱洗清淤;熱洗參數(shù)

石油作為一種非再生的化石能源，是目前所使用的最主要的一種能源，并且消耗量在總能源中所占比例逐年增加［1］。隨著聚合物驅采油技術的廣泛應用，緩解了各大油田的產(chǎn)量遞減速度。然而在聚合物驅技術提高采收率的同時，集油管道結蠟淤積問題凸顯，造成壓降增大，導致井口回壓過高，影響了集輸系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。聚合物驅采出液中蠟質含量高、乳化嚴重、黏度大、機械雜質及黏土顆粒含量較多，而在集輸管道輸送過程中，隨著溫度降低，這些物質的析出給地面集輸管道帶來嚴重的淤積問題，部分地區(qū)的集輸管道淤積物中水、蠟、膠質和瀝青質質量分數(shù)接近70%，其中蠟質量分數(shù)高達41．67%［2］。集輸管道中的大量淤積物不僅會增加管道運行的能耗，影響管道的安全運行，而且還可能造成凝管事故，給管道的輸送帶來很大的安全隱患［3］。

目前，主要的清淤技術有以下幾種:機械清管技術，將清管設備投放到管道中，刮除管壁上的淤積物，通過液流將蠟攜帶出管道［4-6］;熱力清管技術，向清洗管道中注入熱水或蒸汽，通過提高管壁溫度達到淤積物的熔點進行清淤［7］;化學藥劑清管技術，在管道中加入的化學藥劑與管道內淤積物發(fā)生化學反應，達到清淤效果［8-10］。微生物清防蠟技術，選取適宜的微生物使其在管道中繁殖，通過裂解淤積物中的膠質、瀝青質和石蠟等物質，改變管道內壁的潤濕性，抑制管道內淤積物的形成達到清防淤的效果［11-13］。本文利用熱力清管技術對集油管道進行熱洗清淤試驗，研究不同熱洗工況下對清淤時間的影響，確定適宜的熱洗參數(shù)對確保管線安全輸送具有重要的實際意義。

1 熱洗清淤的理論基礎

依據(jù)能量守恒與轉換定律建立熱平衡方程。將管線沿程能量損失分為兩部分，一部分是向周圍環(huán)境擴散的熱量;另一部分是用于熔解管道淤積物的熱量。其中混輸介質向外界散熱損失的熱量(考慮結蠟層厚度)為Φs。

式中，Φs為混輸介質向外界散熱損失的熱量，kJ;T2為管段內的溫度，℃;T1為管道周圍介質溫度，℃; λ1為管內壁蠟的導熱系數(shù)，W/(m·K);λ2為鋼管導熱系數(shù)，W/(m·K);λ3為保溫層導熱系數(shù)，W/ (m·K);d1為管內有效流通直徑，m;d2為鋼管內徑，m;d3為鋼管外徑，m;d4為保溫層外徑，m;h1為管外壁至大氣的放熱系數(shù)，W/(m2·K)。

管內對流換熱用牛頓冷卻公式為:

式中，Φ為管段內介質對流換熱的熱量，kJ;h為管段內介質對流傳熱系數(shù)，W/(m2·K);A為對流傳熱面積，m2;tf為介質的平均溫度，℃;tm為管段內淤積物的熔點峰溫，℃。

2 熱洗清除管線淤積物的研究

2．1最小有效流通管徑下對應淤積物厚度

依據(jù)油氣集輸系統(tǒng)設計規(guī)范，取1．5 MPa作為井口回壓上限，0．3 MPa作為進站壓力下限。首先，假設此時管內流動介質的流動狀態(tài)，根據(jù)列賓宗公式計算此極限條件下運行時的最小有效流通管徑，從而確定此時管線的淤積物厚度［14］。

式中，D1為最小有效流通內徑，m;Δp為壓降差，Pa; ρ為介質密度，kg/m3;ρ0為原油密度，kg/m3;ρw為水的密度，kg/m3;fw為體積含水率;ν為管流條件下介質的運動黏度，m2/s;Q為管段的體積流量，m3/s; L為集油管段長度，m;m、β為系數(shù)。

2．2熱洗水量適應的臨界集油半徑

根據(jù)管道輸送介質向外界散熱損失、管內介質對流傳熱量及在極限條件下運行時的最小有效流通管徑，得出管內對流傳熱量與熔解淤積物所需熱量的關系:

式中，T為對流換熱時間，s;tw為管壁溫度，℃;tm為管道內淤積物的熔點峰溫，℃;H為淤積物的熱焓值，kJ/kg;m1為管段內淤積物的質量，kg。

利用DSC熱分析法測得聚驅管線淤積物熔化特征參數(shù)見表1，淤積物樣品的熔蠟峰溫的平均值為65．71℃，以此為約束，確定熱洗最低水溫為65℃。

表1 聚驅管線淤積物熔化特征參數(shù)Table 1 Characteristics ofmelting parameters of polymer flooding pipeline

考慮到油井正常產(chǎn)液量集中分布在70 t/d，適合的熱洗水量應在此液量(3 m3/h)之上。在滿足熔化高峰溫度區(qū)間的條件下(取中間溫度值63℃)，建立熱洗水溫65℃時，利用溫降公式計算得到熱洗水溫變化與熱洗水量和集油半徑的關系，如圖1所示。

圖1 不同熱洗水量與臨界集油半徑的關系Fig．1 The relationship between different hot water washing and critical oil gathering radius

由圖1可知，熱洗最低水溫為65℃時，在年季節(jié)最高土壤溫度下，3 m3/h的熱洗水量適合的臨界集油半徑為500 m，5 m3/h的熱洗水量適合于普遍范圍的集油半徑。在年季節(jié)最低土壤溫度下，3 m3/ h的熱洗水量適合的臨界集油半徑為300 m，5 m3/h的熱洗水量適合的臨界集油半徑為600 m，8 m3/h的熱洗水量適合于普遍范圍的集油半徑?？偨Y熱洗水量與臨界集油半徑的關系見表2。

表2 熱洗水量與臨界集油半徑關系Table 2 Relationship between heat washing water quantity and critical oil gathering radius

綜上所述，由于土壤溫度影響，將其分為年季節(jié)最高地溫和年季節(jié)最低地溫兩種條件。土壤溫度低時，熱洗管線沿程溫降較大，通過降低集油半徑達到管線清淤效果。對于距離較遠的集油半徑管線通過增加熱洗水量達到管線清淤效果。

2．3熱洗水溫及熱洗水量對清淤時間的影響

在年季節(jié)最高地溫時，根據(jù)熱洗水量與臨界集油半徑的關系，分別研究集油半徑100～500、500～800 m兩種情況下不同熱洗水溫、熱洗水量與清淤時間的關系，結果如圖2所示。

圖2 不同熱洗參數(shù)對清淤時間的影響(年季節(jié)最高地溫)Fig．2 Effects of different parameters on the thermalwashing time of dredging(Seasonalmaximum tem perature)

由圖2可知，集油半徑在100～500m，最低熱洗水溫65℃時，可以通過增加熱洗水流量縮短清淤時間，而水溫的進一步提高，尤其在65～70℃，熱洗效率將明顯提高。相比之下，在70～75℃，熱洗效率提高不明顯。同樣，當集油半徑在500～800 m時可以通過提升熱洗水流量和水溫來提高熱洗清淤效率，不過，水流量超過10 m3/h、水溫超過70℃后清淤時間縮短不再顯著。

在年季節(jié)最低地溫時，根據(jù)熱洗水量與臨界集油半徑的關系，分別研究集油半徑100～300 m、300～600 m、600～800 m三種情況下不同熱洗水溫、熱洗水量與清淤時間的關系，結果如圖3所示。

圖3 不同熱洗參數(shù)對清淤時間的影響(年季節(jié)最低地溫)Fig．3 Effects of different parameters on the thermalwashing time of dredging(Seasonalm inimum tem perature)

顯然，在年季節(jié)最低地溫下，熱洗水量在5～10 m3/h和熱洗水溫在65～70℃內相比其他工況下熱洗清淤會有效縮短清淤時間，提高管道的熱洗清淤效率。當臨界水溫為70℃，集油半徑在100～300、300～600、600～800 m時，熱洗清淤效率不再顯著提高，相應的熱洗水量分別為8、12、15 m3/h。

2．4含聚質量濃度與熱洗清淤參數(shù)的關系

集輸管道結蠟淤積速度隨地溫、含聚質量濃度的增大而增大。說明不同的含聚質量濃度影響管道清洗周期，而不同含聚質量濃度形成淤積物的熔化熱焓也不同，導致清淤時間差異。所以研究低含聚質量濃度(200～500 mg/L)、中含聚質量濃度(500～800 mg/L)、高含聚質量濃度(800～1 200 mg/L)所產(chǎn)生的淤積物對熱洗清淤參數(shù)的影響。

在年季節(jié)最高地溫時，由式(1)、(2)、(3)、(5)建立熱洗水溫為65℃，不同集油半徑單井采出液含聚質量濃度與管道熱洗清淤參數(shù)的關系，如圖4所示。

圖4 含聚質量濃度與熱洗清淤參數(shù)的關系Fig．4 The relationship between polymer concentration and thermalwashing dredging parameters

在年季節(jié)最低地溫時，建立熱洗水溫為65℃，不同集油半徑單井采出液含聚質量濃度與管道熱洗清淤參數(shù)的關系，如圖5所示。

圖5 含聚質量濃度與熱洗清淤參數(shù)的關系Fig．5 The relationship between polymer concentration and therm alwashing dredging parameters

綜上所述，不同季節(jié)地溫條件下含聚質量濃度與熱洗清淤參數(shù)的關系可以發(fā)現(xiàn)，在熱洗水量較低時，高含聚采出液淤積物的清淤時間相比更長。隨著熱洗水量的增加，當熱洗水量大于10 m3/h時，可以看出不同含聚質量濃度淤積物的清淤時間變化不大，幾乎相當。

3 結論

(1)對于集輸管道的熱洗清淤，在最低熱洗水溫條件下，不同集油半徑對應的最小熱洗水量不同。在年季節(jié)最高地溫時，集油半徑100～500 m對應的熱洗水量為3 m3/h，集油半徑500～800 m對應的熱洗水量為5 m3/h。在年季節(jié)最低地溫時，集油半徑100～300 m對應的熱洗水量為3 m3/h，集油半徑300～600 m對應的熱洗水量為5 m3/h，集油半徑600～800 m對應的熱洗水量為8 m3/h。

(2)熱洗水溫及熱洗水量對清淤時間的影響，研究表明，熱洗水溫在65～70℃內增加熱洗清淤效率最明顯。在不同熱洗水溫的工況條件下，熱洗水量在5～10 m3/h內增加時，熱洗清淤效率最明顯。

(3)對不同含聚質量濃度采出液對應的集輸管道中淤積物進行清洗時，在低熱洗水量的條件下，高含聚質量濃度采出液的淤積物清洗時間相對更長。隨著熱洗水量的增加，不同含聚質量濃度淤積物的清洗時間幾乎相等，沒有明顯變化。說明對于熱洗水量較大時，可以忽略含聚質量濃度引起的清淤時間變化。

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(編輯王戩麗)

Thermal Cleaning to Remove Sediment of Oil Gathering Pipeline between Wellhead and Metering Room

Li Xinyang，Wei Lixin，Zhang Wei
(School of Petroleum Engineering，Northeast Petroleum University，Daqing Heilongjiang 163316，China)

With the implementation of the three oil recovery technology，although polymer flooding technology improves the oil recovery，it also brings new challenges to crude oil processing and gathering．High return pressure of oil gathering pipelinewas caused by wax deposition of polymer flooding pipeline．Study was carried out on the heat cleaning of the polymer flooding gathering pipeline between the wellhead and the metering room after shutdown the well．The effects of heat washing water quantity，hot wash water temperature and different concentration of polymer on the dredging time were studied under different oil gathering radius．Itwas found that the hotwash water temperaturewasmore obvious in the range of65～70℃，which was calculated by the theoretical formula．When cleaning different polymer concentration pipelines，in the low water conditions，cleaning time of produced liquid with high concentration polymer was relatively longer．With the increase of heat washing water，there was no obvious change in the cleaning time of the sedimentwith different concentration．

Polymer flooding;Sediment dredging pipeline;Heatwashing;Heatwashing parameters

TE39

A

10．3969/j．issn．1006-396X．2017．04．016

1006-396X(2017)04-0085-05

2017-03-09

2017-03-23

李欣洋(1992-)，男，碩士研究生，從事油氣田地面工程研究;E-mail:836677011@qq．com。

魏立新(1973-)，男，博士，教授，從事油氣田地面工程優(yōu)化與節(jié)能降耗技術研究;E-mail:weilixin73@163．com。