The Flowability Improver for the Crude Oil in Xinjiang's Long Distance Pipeline
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摘要: 新疆东部火烧山—北三台输油管道是我国西部一条高粘易凝原油输送管道，自投产以来一直处在超低输量下运行，1992年的输油量只有40万t(设计最小输量68.3万t/a)。由于输油量低，制约了原油外运，直接影响火烧山油田的生产，为了保证输油量，需要改变原油的低温流变性，针对火烧山原油特性，新疆石油局与浙江大学共同研制出EP原油流动性改进剂。通过室内试验及现场不同温度、不同加剂量的工业试验，对原油的主要物性进行了测试。当在管道中加入20 ppm流动性改进剂时，在同样剪切速率情况下，剪切应力比原始油样大幅度下降，其流变行为已非常接近牛顿流体(流变行为指数n=1);当加入30 ppm和50 ppm时, 同样有降粘效果, 但不如加入20 ppm时。大量数据证明了EP系列流动性改进剂对改善新疆原油低温流变性有明显效果，解决了火烧山原油冬季超低输量运行问题。Abstract: Huoshaoshan——Beisantai Pipeline in eastern Xinjiang, a pipeline transporting viscous and gelatinous crude oil in western China, has been in operation at extra-low throughput all along since its commissioning.While the minimum design throughput is 683 thousand t/a, the actual throughput of the pipeline was only 400 thousand tons in 1992. Low throughput rate of the pipeline restricted the out delivery of crude oil and influenced directly the production of the Huoshaoshan Oilfield. So, based on the properties of Huoshaoshan's crude oil, the crude oil flowability improver of EP series was developed jointly by Xinjiang Petroleum Administrative Bureau and Zhejiang University for the purpose of improving oil rheological behavior at low temperature. The main physical properties of the oil were obtained through laboratory tests and industrial tests at different temperatures and dosages. With 20 ppm improver, the shear stress of the crude decreases by a large margin, and its rheological behavior is very close to Newtonian fluid(its rheological behavior index being 1). With 30 and 50 ppm improver, the viscosity reduction effect is not so obvious as with 20 ppm improver. The paper proves with graphes and data that the flowability improver produces obvious effect on improving the flowability of the crude oil in Xinjiang, and can realize extra-low throughput operation in winter.
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Keywords:
- oil pipeline /
- process /
- gelatinous crude oil /
- treatment with improver /
- improver of EP series /
- flowability
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新疆东部火烧山—北三台油库输油管道(简称火三线)，地处戈壁沙漠，气候条件恶劣, 气温最高达42.9 ℃, 最低—35.9 ℃, 年降雨量168.2 mm, 年蒸发量3545 mm, 是我国西部气候条件极差的一条高粘易凝原油输送管道。
该线全长85.688 km, 设有中间阀室3座。管道采用多功能防锈绝缘层，聚胺酯泡沫保温层, 管径ϕ273×10(9)。设计最大输量130±20万t/a, 最小输量68.3万t/a。1989年10月投产以来，一直在最低启输量以下输油, 到1991年输油量只有45万t, 1992年降至40万t，在这样低输量下运行，尤其是冬季，直接影响火烧山油田的生产。
为了保证火三线的输油量及安全，新疆石油局输油公司与浙江大学共同研制出针对火烧山原油油性的EP流动性改进剂。它具有用量少、工艺简单的特点。在地温最低的3月份，室内及现场工业性试验表明火烧山管输原油经EP系列产品处理后，低温流变性得到改善，达到了预期的效果，保证了火烧山油田原油冬季的生产和安全输送。
EP流动性改进剂的现场试验
1 试验前管道工况
3月3日~17日进行试验准备工作，当时地温在0~1 ℃之间, 管压4.1~4.2 MPa, 日输油量1 000~1 200 t, 出站油温55 ℃, 北三台进站油温19~20 ℃。由于管道投产至今未进行热清洗，加上低温低排量输送，估计管壁结蜡厚度2~5 mm。采用热清洗4天，管压降至3.75 MPa，清洗效果较理想。
火烧山原油添加改进剂前各站温度变化和管压变化情况分别见图 1、图 2，原油特性见表 1。
表 1 火烧山原始油样测试特性
2 注入改进剂工业试验
改进剂注入及处理过程见图 3。
(1) 30 ppm注入量试验(干剂) 1992年3月17日到3月23日, 进行了7天30 ppm注入量试验(实际注入量为28.5 ppm), 共输油7 015.79 t, 日输油1 002.56 t, 注入改进剂1 600.455 kg, 第一阶段运行参数基本稳定, 输5 h停7 h, 试验地温为0~1 ℃。
综合处理(热处理和加剂处理的综合工艺)原油测试结果见表 2，各站油温及管压变化分别见图 4、图 5。
表 2 30 ppm注入量综合处理原油测试结果
(2) 50 ppm注入量试验 50 ppm注入量(实际为49.4 ppm)试验紧接着30 ppm的试验进行, 试验7天, 共输油7 252.12 t, 日输油1 036.017 t, 注入改进剂2871.412 kg。这阶段运行基本平稳，试验期间地温1~2 ℃, 输5 h停7 h, 输量110~120 t/h。综合处理原油测试结果见表 3，各站油温变化及管压变化分别见图 4、图 5。
表 3 50 ppm注入量综合处理原油测试结果Table 3.
(3) 20 ppm注入量试验 20 ppm的试验(实际注入量19.4 ppm)在1992年3月31日开始, 到4月5日结束, 共输油6146.1 t, 注入改进剂954.5 kg, 管道运行平稳，地温在3~5 ℃之间。综合处理原油测试结果见表 4，各站油温变化及管压变化分别见图 4、图 5。
表 4 20 ppm注入量综合处理原油测试结果
(4) 不同浓度流动改进剂对原油流变性的影响 油温10 ℃、15 ℃时，分别在管道中加入0、20、30、50 ppm原油流动改进剂, 对原油流变性影响见表 5，其流变曲线如图 6所示。
表 5 不同加剂量对火烧山原油流变行为的影响
由图 6可以看出, 加入20 ppm流动改进剂，同样剪切速率下其剪切应力比原始油样大幅度下降，其流变性已非常接近牛顿流体(流变性指数n=1), 加入30或50 ppm, 虽然也有好的降粘效果，但不如20 ppm。
(5) 间歇停输再启动试验 用30 ppm注入量和50 ppm注入量分别作过两次停输试验，以观察停输再启动时管压的变化。两次停输再启动试验测试结果分别见表 6、表 7及图 7、图 8。
表 6 30 ppm注入量停输19 h后测试结果
表 7 50 ppm注入量停输24 h测试结果
由图 7、图 8及表 6、表 7可见，第一次停输19 h(地温0~1 ℃)后管压增加0.6~0.7MPa，1.5 h后全线恢复正常，管压略高于停输前管压; 第二次停输24 h(地温2~4 ℃)后管压增加0.6~0.7 MPa, 由于凝油层的原因，起动6 h后全线才恢复正常，管压略高于停输时的管压。
经济效益分析
原设计采用管道加热输送工艺，在43.319 5 km处设有1 744.5 kW·h的加热炉1座，每天耗油7.5 t，按每吨原油950元计，共耗燃料费14.25万元(不含设备、人工等)。加剂试验20天用改进剂2.72 t，改进剂单价1.041 5万元/t, 扣除改进剂费用2.85万元，节约11.4万元。按每年冬季运行2个月计，共节约34.2万元。
结论与建议
(1) EP系列样品流动改进剂对火烧山管输原油降粘、降凝实际效果较明显，在火三线冬季地温极低的条件下，经过综合处理，其低温流变性得到改善，处理效果明显，工业试验数据在管输条件下优于室内效果，技术上是可行的，且用量少，可确保火烧山油田的冬季原油外运。
(2) 火烧山原油进行综合处理时，改进剂的注入量在20~50 ppm之间较为合适，可以达到既保证输油安全，又提高经济效益的目的。
(3) 综合处理原油的低温流变性及处理效果的稳定性受加热温度、高低速剪切、注入剂量、混合均匀程度、降温过程中的速率、急冷、最终温度等因素制约，其中火烧山原油的加热温度、注入量、注入温度、注入均匀程度是影响综合处理原油低温流变性的关键因素。
(4) 采用综合处理工艺，对于长期低温、低排量输送的管道，要定期清管。
(5) 火烧山综合处理原油在冬季最冷地温时，停输24 h间歇输送启动容易，首次实现了低温停输再启动试验，建议继续延长停输时间，解决冬季超低输量问题。
(6) 火三线采用添加改进剂进行现场工业试验表明，新疆原油对改进剂有良好的适应性，在长输管道上的应用，具有广阔的前景。为了科学解释试验中出现的问题，还需要重点对改进剂作用机理进行研究，进一步提高改进剂的适应能力，力争产品系列化，实现产业化，取得更大的效益。
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