李海榮（中國石油中東公司）

1 現(xiàn)狀

在油田生產(chǎn)中，通常采用外輸泵和管道輸送的方式將生產(chǎn)的原油外輸，然而隨著產(chǎn)量的增加和所輸送介質(zhì)性質(zhì)、管道的腐蝕結(jié)垢情況等變化，導(dǎo)致管路系統(tǒng)特性發(fā)生變化，外輸泵不能按額定輸量及時(shí)輸送原油。為了解決這個(gè)問題，有的采用增加外輸泵數(shù)量或者更換大排量高揚(yáng)程泵的方法， 或者通過增加泵站數(shù)量，新建復(fù)線等進(jìn)行增輸；還有的依靠增加加熱爐，采用升溫的方式降低輸送原油黏度等。這些方法不僅投資高、工期長，而且輸量變化大，原油黏度隨溫度變化大的情況，無法維持外輸泵的高效運(yùn)行，導(dǎo)致泵損傷。目前，隨著管道減阻增輸技術(shù)的快速發(fā)展，油田生產(chǎn)中越來越多采用注入減阻劑的方式減少壓降損耗，增加管輸量[1]。

伊拉克某油田共有3 個(gè)集中處理站，站間距離為7 km，1#站所在位置為生產(chǎn)主力區(qū)塊，3#站距離末站最近，生產(chǎn)的原油通過外輸管線輸送到末站。這條外輸管線為老管線，總長度為57 km，20 世紀(jì)80 年代分兩段建設(shè)而成，管徑分別為φ 1 016 mm×14.7 mm、 φ 1 219 mm×20 mm（圖1）。

由于管線老化且沒有清管設(shè)施，管路系統(tǒng)摩阻增大，當(dāng)產(chǎn)量增加時(shí)，外輸泵不能及時(shí)外輸原油，造成原油儲(chǔ)罐液位持續(xù)升高。另外，管線埋地敷設(shè)，沒有陰極保護(hù)系統(tǒng)和外防腐層，所經(jīng)之處地下水位隨著季節(jié)變化，土壤為鹽堿淤泥質(zhì)，造成外腐蝕嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)泄漏。由于油田集中處理站儲(chǔ)存能力有限，當(dāng)外輸管線出現(xiàn)事故時(shí)，只能關(guān)井停產(chǎn)，恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)則需要增大輸量保證生產(chǎn)任務(wù)的完成。

圖1 外輸管線示意圖

當(dāng)需要增輸時(shí)，現(xiàn)場出現(xiàn)的問題是：3#站和2#站同時(shí)滿負(fù)荷輸油時(shí)，1#站的輸送背壓過高，無法將生產(chǎn)的原油及時(shí)輸送出去。冬季氣溫低時(shí)，原油黏度增大，1#站外輸問題更為嚴(yán)重。由于新管線正在建設(shè)中，至少還需要3 年的時(shí)間才能投產(chǎn)，在這種情況下，生產(chǎn)部決定采用加減阻劑的方式來解決1#站的外輸問題。根據(jù)藥劑廠商提供的信息，伊拉克地區(qū)已有使用過減阻劑的先例，且效果很好。根據(jù)這種情況，決定借鑒附近油田的減阻劑應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，不再進(jìn)行減阻劑種類篩選和室內(nèi)評(píng)價(jià)[2]，直接進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)以評(píng)估藥劑量及使用效果，并依實(shí)驗(yàn)結(jié)果指導(dǎo)生產(chǎn)[3]。

2 減阻劑的工作原理

減阻劑中的有效成分是一種長鏈超高分子量聚合物，在流動(dòng)的原油中起到減少流體紊流程度的作用。不同的減阻劑通常具有不同的分子結(jié)構(gòu)、相對(duì)分子質(zhì)量及分布。減阻劑的工作原理為：當(dāng)加入藥劑后，緊貼管壁的層流層和緩沖區(qū)增加，管道直徑截面上流體的紊流芯面積減少，從而降低整個(gè)管線中流體的摩阻（圖2），抑制徑向脈動(dòng)減阻。管線中流體的流動(dòng)狀態(tài)對(duì)于減阻劑是否起作用很關(guān)鍵。通常采用雷諾數(shù)( Re )來確定流態(tài)，當(dāng)Re ＜2 000時(shí)，為層流狀態(tài)，減阻劑不起作用[4]；當(dāng)2 000＜Re ＜6 000 時(shí)為過渡流，此時(shí)減阻劑效果有限；當(dāng)6 000＜Re ＜1 000 000 時(shí)，減阻效果好；當(dāng)Re ＞1 000 000 時(shí)，效果減弱。

圖2 管線內(nèi)流體流態(tài)變化示意圖

當(dāng)管線有增壓泵時(shí)，液體通過葉輪其剪切作用會(huì)削弱減阻劑的效果，采用多點(diǎn)注入可增加減阻劑的效果。另外， 由于減阻劑分子儲(chǔ)存時(shí)處于蜷曲狀態(tài)，需要一定的分散時(shí)間和分散距離逐漸伸展，沿流動(dòng)方向與原油充分混合后，才能起到減阻作用[5]。

擬采用的減阻劑型號(hào)為A01，是一種烴類聚合物，加入不會(huì)對(duì)油品造成污染。它不會(huì)附著在管壁上，55 ℃時(shí)可以長期保存。在原油中注入該減阻劑，對(duì)下游的原油加工以及產(chǎn)品無不良影響。從A01 藥劑在鄰近油田的使用情況來看，其具有添加劑量小、減阻效果明顯、抗剪切性能好的優(yōu)點(diǎn)[6]。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)方案

3.1 試驗(yàn)條件

油田原油性質(zhì)見表1。

表1 油品性質(zhì)

試驗(yàn)管段：1#站到末站共57 km 管線。管線高程差為-3 m。

基礎(chǔ)條件：3 座站總平均流量為61 440 t/d。計(jì)算各管段流速及Re 見表2，各管段Re 都在減阻劑高效區(qū)內(nèi)（6 000＜Re ＜1 000 000）。

表2 試驗(yàn)設(shè)備及基礎(chǔ)條件

3.2 注入工藝

減阻劑為白色易擴(kuò)散漿狀液體，閉口閃點(diǎn)為62.8 ℃，相對(duì)密度為0.86（20 ℃）。注入點(diǎn)在1#站交接計(jì)量撬后，外輸管線入地前，這樣可避免外輸泵葉輪的剪切和流量計(jì)的截流攪動(dòng)作用，且減阻劑有足夠的距離滿足分散時(shí)間的要求。

藥劑注入撬包括藥劑注入泵、流量計(jì)和壓力表等，采用氣動(dòng)化學(xué)藥劑注入泵，就近引入儀表風(fēng)作為動(dòng)力源，壓力為345～1 034 kPa，流量為419 L/min。按藥劑廠家提供的建議，試驗(yàn)加藥量取20 mg/L 和30 mg/L。

4 試驗(yàn)過程及結(jié)果

從交接計(jì)量表的壓力曲線中讀取當(dāng)日對(duì)應(yīng)時(shí)間的外輸壓力，時(shí)間間隔約為1 h。在總平均流量不變的情況下，從1#站開始加藥。根據(jù)流速計(jì)算，藥劑大約需要24 h 才能覆蓋全線，該時(shí)間稱為過渡段。

試驗(yàn)共進(jìn)行了6 天，保持總平均流量變化不大的情況下，記錄加藥前后各站壓力，每隔1 h 從交接計(jì)量表壓力曲線中讀取壓力值。分別在加藥量為20、30 mg/L 時(shí)，監(jiān)測各站外輸壓力變化，至少保證每種劑量24 h 的連續(xù)注入時(shí)間，以得到最佳效果，從而對(duì)藥劑進(jìn)行評(píng)估。

試驗(yàn)中整條管道輸量控制在61 440 t/d 左右，分別記錄1#、2#、3#各站的壓力并進(jìn)行分析。以1#站為例，將收集到的交接計(jì)量表壓力值首先進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，剔除非正常或不穩(wěn)定數(shù)據(jù)，讀取合理數(shù)據(jù)，繪制壓力曲線（圖3）。由圖3 可知，從3 月11日09：30 到3 月12 日10：00，在 加 藥24 h 后， 藥劑開始起作用，壓力逐漸下降。在試驗(yàn)結(jié)果中對(duì)過渡段數(shù)據(jù)不進(jìn)行分析，相同加藥量下取壓力平均值記為該劑量下的壓力。

圖3 1#站外輸壓力

表3 減阻劑現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果

從3 月12 日10：00 到3 月13 日12：00，當(dāng) 連續(xù)加藥量為20 mg/L 時(shí)，外輸平均壓力降低到460 kPa。從3 月13 日12：00 開 始 到3 月15 日22：00，加藥量增加到30 mg/L 后，出站壓力降低到380 kPa。停止加藥24 h 后，壓力回升到540 kPa。

記錄各站出站壓力，采用相同加藥量下壓力平均值來計(jì)算減阻率，結(jié)果見表3。其中，減阻率計(jì)算方法為

壓降=不加藥出站壓力-加藥后出站壓力

減阻率=（不加藥出站壓力-加藥后出站壓力）/不加藥出站壓力

減阻率增幅為同一藥劑量加藥前后減阻率，計(jì)算方法為

減阻率增幅=（同一劑量加藥前出站壓力-同一劑量加藥后出站壓力）/同一劑量加藥前出站壓力

由表3 可知，當(dāng)輸送總流量變化不大時(shí)，1#站距離末站最遠(yuǎn)，減阻效果最好；當(dāng)加藥量為20 mg/L時(shí)，1#站減阻率為23%；當(dāng)加藥量為30 mg/L 時(shí)，減阻率為37%。對(duì)比減阻率增幅，加藥量為20 mg/L時(shí)，減阻率為23%，加藥量30 mg/L 時(shí)僅為17%。雖然增加10 mg/L 加藥量減阻率有所提升，但是增幅有限，對(duì)2#站和3#站效果更加不顯著。因此，加藥量為20 mg/L 時(shí)，管路背壓降低能夠滿足外輸泵的最大輸量，效果明顯，而且更為經(jīng)濟(jì)，生產(chǎn)中采用20 mg/L 為基礎(chǔ)加藥量能夠滿足要求。按照試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)加藥量為20 mg/L 時(shí)，3 個(gè)站每天輸送原油61 440 t，能夠節(jié)電9 072 kWh。

5 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果，A01 減阻劑對(duì)油田原油外輸減阻作用明顯。在加藥量為20 mg/L 的情況下，減阻效果顯著；因此，推薦生產(chǎn)中采用的基礎(chǔ)加藥量為20 mg/L。根據(jù)輸量的變化情況、不同季節(jié)氣溫的變化以及管路特性，在油田輸油管道上添加A01 減阻劑，以滿足減阻和增輸?shù)囊骩7]。2018 年冬季10 月份開始在1#站加減阻劑，到12 月底，僅1#站就增輸15.5×104t 原油，比往年同期多創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益648 萬美元。