阿赛输油管道减阻剂增输应用研究

摘 要：为了提高地处高寒地区、腐蚀严重的阿赛输油管道实际输量，采用了添加减阻剂增输技术。通过了输油管道添加减阻剂现场试验、减阻剂注入浓度优化、减阻剂注入运行方式优化等一系列研究，确定了阿赛线添加减阻剂输送参数，即降低了管道运行压力，又提高了输量，满足了管道输油任务要求。

关键词：减阻剂 阿赛线 含蜡原油 运行方式优化 翻越点 满负荷测算法

阿赛输油管道（简称阿赛线）是内蒙古锡林浩特市高寒地区唯一的长距离输油管道，始于锡林浩特市阿尔善宝力格镇，止于赛汉塔拉镇。管线建于1989年9月，全长361.125km，管径273×6mm，采用开式加热输送方式输油。全线共设8座场站，其中首站、3号站、5号站为热泵站，2号站、4号站、6号站、7号站为加热站，平均站间距为50km左右。管线设计工作压力6.28MPa，进过多年的运行，腐蚀较为严重，实际运行最高压力5.4MPa。主要输送二连油田自产原油和外蒙进口原油，原油凝固点在26-29℃之间，密度为871kg/m3，含蜡23%，胶质沥青质29%，为高含蜡原油[5]。

近年来随着输油任务的不断增加，需提高管道实际输油能力。2012年4月选取阿赛线首站、5号站作为减阻剂注入点，开展了阿赛线添加EP减阻剂增输现场试验。试验验证了EP减阻剂对高含蜡原油、大落差、高寒地区输油管道增输效果，并对加药浓度、运行方式优化进行了研究实践。

一、减阻剂现场实验

1.1减阻剂加注点的选择

阿赛线实际最大输油排量为148m3/h，首站出站压力5.4MPa，3号站出站压力3.6Mpa，5号站出站压力5.0MPa；制约管道输量提高的瓶颈主要是首站和5号站压力和输油泵能力，试验从首站、5号站注入减阻剂降压增输，3号站可通过提高出站压力来提高排量，无需加剂。

1.2减阻剂试验过程

阿赛线运行方式为开式流程，即首站原油输送至3号站进旁接罐，而后经过给油泵、外输泵输送至5号站，5号站同理。减阻剂试验分为首站至3号站减阻试验和全线减阻剂增输试验。

首站至3号站减阻试验，首站注入不同浓度减阻剂，控制管道加剂前后143m3/h输量不变。首先选取首站注入50ppm浓度减阻剂，确定减阻剂的有效性。减阻剂注入过程中每小时记录一次首站出站、2号站进出站、3号站进站压力。随着减阻剂注入，首站出站压力不断下降，当减阻剂到达2号站后，首站、2号站出站压力保持稳定，不再下降。将2号站改为热力越站输送后，首站、2号站压力持续下降。

另外由于2号站高程1076m，2号站与3号站管线最大高程1356m，落差大造成“翻越点”存在。当减阻剂在翻越最高点前，首站、2号站压力逐渐下降，翻越之后压力不再下降。随后考虑到二连地区气温低，分别进行了30ppm、40ppm、80ppm不同浓度2号站未越站试验。

全线增输试验，首站和5号站同时注入最经济加药浓度减阻剂。在各试验管段注满减阻剂前，保持管线排量不变。注满后，在保证各站目前实际运行压力范围内按每天5m3/h一个台阶逐步提高外输排量，计算减阻剂全线实际增输率，并验证理论增输率。

二、实验数据分析

2.1计算公式选取

减阻剂的效率通常是用减阻百分比来表示的。实测减阻率按照公式3-1定义。实测增输率按照公式3-2定义。根据国内外经验减阻率和增输率的关系可以用公式3-3来估算[3]。

DR=[（P-Pj）/P]×100% 3-1

Tj=[（Qj- Q）/ Q]×100% 3-2

Tj={[1/（1一DR）]0.5-1}×100% 3-3

DR――减阻率，%；

P――未添加减阻剂时管输流体的沿程摩阻，MPa；

Pj――添加减阻剂后相同输量下流体的沿程摩阻，MPa；

Tj―― 增输率，%；

Qj――相同外输压力下添加减阻剂时的管道流量，m3/h；

Q―― 相同外输压力下不添加减阻剂时的管道流量，m3/h ；

2.2大落差管道减阻剂有效性分析

EP减阻剂在储存时是处于蜷曲状态，注入管道后需一定的分散时间随着油流推进的自然流动方向逐渐伸展分散到油品中，才起到减阻作用。经测算为首站出站约8km处于分散期，减阻剂没有其减阻作用。

另外当减阻剂到达2号站后，首站、2号站出站压力保持稳定，不再下降。表明减阻剂经过2号站加热炉、弯头、阀门等强剪切，减阻剂失效。当减阻剂由2号站（1076m）爬坡22km至高程1356m处，到达了管线“翻越点”。过“翻越点”后首站、2号站出站压力不再变化，表明减阻剂的减阻有效距离为“翻越点”之前的管线长度，适合大落差输油管道减阻剂增输。

如2号站不越站，首站至3号站减阻剂输送有效距离为首站至2号站长度46km减去减阻剂分散期长度8km等于38km；如果2号站越站；有效距离为首站至“翻越点”68km减去分散期长度8km等于60km。如夏季条件允许可进行热站越站输送，提高添加减阻剂输送排量，达到管道运行方式优化。

2.3减阻剂浓度优化分析

一般减阻剂的减阻率随着加药浓度的提高而增大，阿赛线的经济加药浓度经过现场试验获得；另外减阻剂对高含蜡原油的增输效果有待进一步证实。选择首站至2号站管段进行不同浓度减阻试验，根据30、40、50、80ppm不同浓度实测减阻率。分析实验结果得出30ppm对应的减阻率为47.83%，随着加药浓度增加至40ppm或者更高，减阻率趋于恒定值56.52%。所以阿赛线的经济加药浓度为40ppm。

2.4高含蜡量原油添加减阻剂适应性分析

阿赛线主要输送蒙古国进口原油和二连油田自产原油，其中蒙古国进口原油约占35%，二连油田自产原油站65%。二连原油主要为“三高”原油，凝固点28℃，含蜡量30%，含胶质沥青质31%，蒙古国进口原油油品较好，凝固点18℃，含蜡量17%，含胶质沥青质15%，二者差异较大。为研究EP-A减阻剂的适应性，在首站至3#站管段开展了两不同原油独立输送试验。进过测算阿赛线输送二连高含蜡原油增输率6.8%，输送蒙古国进口原油减阻率7%，输送混合原油增输率6.8%，详见表2，表明EP系列减阻剂适合高含蜡原油减阻增输。

2.5输油泵满负荷加剂运行排量分析

二连地区为高寒地区，夏季最高气温可达30℃，冬季最低气温-40℃，造成不同季节阿赛线添加减阻剂增输可选择的运行方式不同。夏季加热站可进行热力越站输送，而冬季热力负荷将不能满足越站条件。简单通过公式3-3无法测算不越站工况下的运行参数，可根据流体力学相关理论计算各站出站压力值[4][6]，指导添加减阻剂实际运行参数的预测。阿赛线排量100～190m3/h，属于水利光滑区，不加剂运行选择公式3-4计算沿程摩阻。

3-4

式中d―管道内径，m；

Q―体积流量，m3/s；

h―水头损失，m液柱；

L―计算管段的长度，m；

V―平均粘度，m2/s；

含有一定浓度减阻剂的原油，在相同管径的管道中流动时，随着流速的增加，减阻率也增加，但是流速变化不大时，减阻率变化不太明显[5]。在理论计算不同排量下的增输率时假定减阻率不变，根据减阻剂减阻率定义，添加减阻剂沿程摩阻计算公式为

3-5

根据减阻剂有效与否选择公式3-4或者3-5，分段计算各站间段沿程摩阻，管线的总压降计算公式3-6

H=hL+hξ+（zj-zQ） 3-6

其中：hL为沿程摩阻

hξ为局部摩阻

（zj-zQ） 为计算高程差

通过公式3-6可计算出不同排量不同运行方式下的出站压力，各站理论计算值详见表3。

阿赛线添加减阻剂增输前，首站、5号站外输泵满负荷运行最大排量为148m3/h，外输泵有用功分别为212kw，189kw。添加减阻剂增输后（2号站、6号站不越站），实测排量增输至158m3/h。假定外输泵满负荷运转，输出功率维持不变。理论测算输油泵输出功率与非加药最大输出有用功对比，得出2号、6号站不越站增输理论排量是158m3/h左右，理论测算值与实际运行值相同。表明在一定范围内输油泵满负荷运行，有用功基本保持不变法则成立，可应用与输油泵已经满负荷运行输油管道加剂运行增输排量的测算。

另外阿赛输油管道不越站增输最大增输率仅为6.8%，主要是由于减阻剂有效距离短。在现有设备条件下进行2号、6号站越站增输可进一步提高排量，理论测算排量可提高至170m3/h，增输率可达14.9%；如果在安全压力下还需进一步提高管道输油能力，需更新输油设备，在越站情况下，排量可提高至190m3/h，增输率为28.4%。

三、结论

1、EP减阻剂适合于含蜡、胶质沥青质高的原油增输，注入不同浓度减阻剂，管道减阻增输率随注入浓度的增大而提高，但当减阻率增加到一定值时，将不再随着加药浓度的增加而增加，根据试验适合于阿赛线的经济加药浓度为40ppm，减阻率可达58%。

2、EP减阻剂经热站加热炉、站内弯头、阀门剪切后，减阻剂降解严重，失去减阻增输作用，热站越站输送能够延长减阻剂增输有效距离；另外，该减阻剂适合于落差大、存在“翻越点”的输油管道，存在“翻越点”的管道减阻距离为管道的计算长度，而非管道实际长度。

3、对于输油泵已经满负荷运行输油管道，假定输油泵有用功基本保持不变，通过减阻率推算出不同工况下的理论排量和压力，对比有用功功率测算出添加减阻剂输油泵满负荷运行的理论输油排量。

4、阿赛线如越站加剂增输全年输油量由105×104t增加至122.4×104t；如更新输油泵或者增加同类泵并联运行，将进一步提高输油量至137×104t，满足增输任务要求。

参考文献

[1] 关中原 李春漫等 EP系列减阻剂的研制与应用.油气储运.2001，Z0（8）33～34

[2] 杜秀霞 王志亮 减阻剂用于东辛输油管线 油气田地面工程第25卷第4期 （2006.4）

[3] 李群海 曹旦夫等：HG减阻剂在临濮管道上的应用，油气储运 ，2005，24（7）56～60

[4] 杨筱蘅、张国忠.输油管道设计与管理. 山东东营：石油大学出版社，1996

[5] 郑 文.原油输送减阻技术与减阻效率：石油学报 第11卷第3期，1990

[6] 罗塘湖.含蜡原油流变特性及其管道输送.北京：石油工业出版社，1991