賈雪松 王飛 趙海燕 (大慶石油學(xué)院)

含蠟原油輸送管道的再啟動(dòng)保護(hù)

賈雪松 王飛 趙海燕 (大慶石油學(xué)院)

科特原油管道系統(tǒng)非計(jì)劃停輸三周后,成功地進(jìn)行了再啟動(dòng)。這是利用降凝劑為輸送含蠟原油的管道系統(tǒng)提供再啟動(dòng)保護(hù)的成功范例。此例為實(shí)驗(yàn)室所預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的再啟動(dòng)數(shù)據(jù)之比較提供了資料。

含蠟原油 管道停輸 管道再啟動(dòng) 降凝劑

1 背景

科特油田由兩個(gè)油藏組成,鉆探試驗(yàn)取得的油樣評(píng)價(jià)表明,某些油井的原油傾點(diǎn)高達(dá)24℃,用模型管道測(cè)得0℃時(shí)的屈服值高達(dá)120 Pa。

由于科特原油的含蠟特性,以及受輸送管道和增壓泵的限制,制定了提供給海爾德A平臺(tái)原油的性能要求,最高傾點(diǎn)定為0℃,0℃時(shí)測(cè)得的最大屈服值為16.8 Pa。

受原油產(chǎn)量的限制,不可能在管道啟動(dòng)之前進(jìn)行廣泛的降凝劑室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。不過(guò),已篩選出一種有效的降凝劑,但需要的添加量大,處理成本高。

1984年荷蘭大陸石油公司首次從科特油田生產(chǎn)原油。為了研究可靠的方法和步驟,以定量蠟的嚴(yán)重影響程度,以及研制可使管道系統(tǒng)在最低成本下安全運(yùn)行的降凝劑,該公司制定了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃。該計(jì)劃主要集中于儀器和方法的研究,使實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的原油傾點(diǎn)和屈服值能代表和反映管道系統(tǒng)內(nèi)原油的實(shí)際物性。這種方法一旦確定,便能評(píng)價(jià)賣(mài)方提供的或者室內(nèi)研制的各種降凝劑,以確定最有效的廉價(jià)藥劑。

2 試驗(yàn)方法的研究

2.1 傾點(diǎn)

以?xún)A點(diǎn)來(lái)表示含蠟原油的特征,以及熱歷史對(duì)結(jié)果的影響已有廣泛的報(bào)道。在此項(xiàng)研究中,處理前后原油的傾點(diǎn)是用修改后的ASTM-D97試驗(yàn)方法來(lái)確定 (該方法中修改了油樣的預(yù)熱溫度)。標(biāo)準(zhǔn)方法要求試驗(yàn)期間 (在降溫之前)將試樣加熱至46℃。修改后的試驗(yàn)方法是將試樣重新加熱至現(xiàn)場(chǎng)原油可能受到的最熱溫度,一般是油藏溫度或加熱爐 (處理器)溫度。根據(jù)室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)對(duì)大量原油的測(cè)定,包括科特原油在內(nèi),可以相信,修改后的方法更能精確地指示現(xiàn)場(chǎng)條件下的傾點(diǎn)。

對(duì)科特油而言,油藏溫度約為70℃,平臺(tái)處理溫度為74℃。因此,在修改后的方法中,試樣被加熱至74℃,持續(xù)2 h,然后冷卻,直至凝固,確定其傾點(diǎn)。在平臺(tái)上 (用地層原油)和試驗(yàn)室對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的和修改后的試驗(yàn)方法進(jìn)行了比較。在平臺(tái)上試驗(yàn)時(shí),用取自74℃的原油作為就地?zé)嵊驮嚇?然后冷卻,直至凝固。這樣總是得出最低的傾點(diǎn),這種傾點(diǎn)稱(chēng)為“實(shí)際傾點(diǎn)”。

試驗(yàn)前,如果將這些試樣中的一部分降至環(huán)境溫度,然后重新加熱至46℃,通常會(huì)測(cè)得較高的傾點(diǎn)。另一方面,如果在實(shí)驗(yàn)前將冷卻至環(huán)境溫度的一部分試樣重新加熱至74℃,便得到與實(shí)際傾點(diǎn)相近的結(jié)果。

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)是在荷蘭和美國(guó)兩地進(jìn)行的,同樣的溫度影響甚至比平臺(tái)上觀(guān)察到的更明顯。試樣被運(yùn)送上岸及至美國(guó)的過(guò)程中,經(jīng)歷了較大的溫度變化。對(duì)試樣進(jìn)行了大范圍的預(yù)熱溫度試驗(yàn),然而,只有當(dāng)試樣被重新加熱至現(xiàn)場(chǎng)溫度時(shí),所測(cè)得的結(jié)果才與用地層原油測(cè)得的“實(shí)際傾點(diǎn)”相近。

2.2 屈服點(diǎn)

為了能預(yù)測(cè)管道系統(tǒng)所需的再啟動(dòng)壓力,原油的屈服點(diǎn)或膠凝強(qiáng)度比其傾點(diǎn)更為有用,不足之處是缺少標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)測(cè)試方法,而且需要48 h或更長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間,所需的原油用量也較大。

原油的屈服值由浸泡在溫控水域中的模型試驗(yàn)管道測(cè)定。最初的試驗(yàn)和方法研究在俄克拉荷馬州龐克城Conoco研究發(fā)展中心的模擬管路上進(jìn)行,管道直徑25.4 mm,長(zhǎng)3.05 m。然后建立了同樣的第二條模擬管路。建立第二條模擬管路是為了就地監(jiān)控和實(shí)施屈服值特性的測(cè)試,同樣避免運(yùn)送大量試樣到美國(guó),節(jié)省了時(shí)間和費(fèi)用。從技術(shù)觀(guān)點(diǎn)看,將第二條模擬管路就地安裝在平臺(tái)上是非常理想的,但由于受場(chǎng)地和人力的限制而未實(shí)施。

研究計(jì)劃進(jìn)行到6個(gè)月,建立了第三條模擬管路,其直徑6.17 mm,長(zhǎng)16 m,目的是從這條與工業(yè)上規(guī)模相近的模型管道得到對(duì)比數(shù)據(jù)。

對(duì)測(cè)試變量,如預(yù)加熱溫度、冷卻速率、剪切速率和測(cè)試溫度等影響的研究,證實(shí)了其他人所報(bào)道的一般趨勢(shì)和觀(guān)察結(jié)果。這些變量對(duì)科特原油也很重要。此外,不可能標(biāo)定模型管路,因?yàn)槲墨I(xiàn)中幾乎沒(méi)有報(bào)道過(guò)相似條件下從現(xiàn)場(chǎng)管道系統(tǒng)和室內(nèi)模擬管路測(cè)得的屈服值和再啟動(dòng)壓力數(shù)據(jù)。另外,不可能得到標(biāo)定模型管路所需的同樣液體測(cè)試試樣?，F(xiàn)場(chǎng)模擬數(shù)據(jù)相當(dāng)少并不奇怪,即使從室內(nèi)得到數(shù)據(jù)相當(dāng)容易,含蠟原油管道的操作人員并不愿意關(guān)閉幾天或數(shù)周去做這種實(shí)驗(yàn),不僅是由于產(chǎn)量減少而降低收益,若原油形成阻礙流動(dòng)的膠凝結(jié)構(gòu),還要冒不能再啟動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

最后,選取的測(cè)試條件最接近模擬現(xiàn)場(chǎng)原油所處的條件。

對(duì)11家藥劑商推薦的降凝劑進(jìn)行了傾點(diǎn)和屈服值的性能評(píng)定。由于降凝劑只對(duì)特定原油有效,故在推薦之前,每個(gè)廠(chǎng)家都用其產(chǎn)品對(duì)科特原油進(jìn)行了試驗(yàn)。

所做的最后評(píng)定是在未處理原油中加入一個(gè)已知量的藥劑,按Conoco公司研究的方法測(cè)量?jī)A點(diǎn)和屈服值,改變降凝劑濃度使之滿(mǎn)足性能要求。最后選取了Conoco公司的 Gelstop78降凝劑?？铺睾吐甯窕旌嫌偷奶幚碜钣行?。為了達(dá)到0℃時(shí)的傾點(diǎn)和0℃時(shí)所測(cè)的屈服值為16.8 Pa的要求,在科特和洛格混合油中只需體積濃度為 0.000 2～0.000 25的添加劑 (在單一的科特原油組分中需0.000 325～0.000 4)。為了確定溫度對(duì)原油屈服值的影響,模型管路除了在0℃測(cè)試外,還在3、6、9℃進(jìn)行了測(cè)試,以確定降凝劑處理方案的安全邊界和觀(guān)察海底溫度季節(jié)性變化的影響。

兩條直徑不同的模型管路測(cè)得的結(jié)果在此屈服值范圍 (19 Pa)吻合得很好。在更高的屈服值范圍 (如未處理原油的屈服值),小直徑模型管路比大直徑模型管路測(cè)得的屈服值高2～3倍。冬季最低海底溫度為3～6℃,夏季為9～12℃。6℃時(shí)的屈服值比0℃的屈服值低一半多;9℃時(shí)的屈服值再小一半,故處理到3℃,即低于當(dāng)時(shí)的海底溫度,應(yīng)該是達(dá)到一定的界限了。

3 系統(tǒng)停輸

一艘長(zhǎng)166 m的瑞典輪船在一次臺(tái)風(fēng)中失控,大風(fēng)和巨浪驅(qū)使該船漂向海爾德和黑爾姆平臺(tái),該船在輸送管道處下沉,之后不久管壓突然下降,管道被迫停運(yùn)。臺(tái)風(fēng)過(guò)后的第三天,調(diào)查船證實(shí),失事船的殘骸正橫臥在管道線(xiàn)路上。

當(dāng)管道停運(yùn)時(shí),科特-海爾德管段內(nèi)的原油含0.000 142的降凝劑。據(jù)估計(jì),海水溫度為 6～7℃。

從荷蘭SGS試驗(yàn)室搜集的歷史平均數(shù)據(jù)可以看出,科特和洛格混合油的屈服值在6℃時(shí)預(yù)測(cè)為

11.5 Pa。再啟動(dòng)壓力由下式計(jì)算:

式中P——再啟動(dòng)壓降,MPa;

Y——屈服值,Pa;

L——管道長(zhǎng)度,km;

D——管道內(nèi)徑,mm。

科特—海爾德管道長(zhǎng)20.4 km,直徑286 mm,預(yù)計(jì)再啟動(dòng)壓力為3.3 MPa。

4 系統(tǒng)的再啟動(dòng)

修復(fù)管道用了24天,在失事船殘骸兩端將管道截?cái)?另敷設(shè)一段新管旁路連接。重新再啟動(dòng)管道并嚴(yán)密監(jiān)測(cè)壓力讀數(shù)。泵啟動(dòng)10 min后,科特平臺(tái)上最高出口壓力為3.6 MPa,管道終端的相應(yīng)表壓為0.2 MPa。故啟動(dòng)時(shí),管道上的最大壓降為3.4 MPa,這與預(yù)計(jì)的啟動(dòng)壓力值3.3 MPa非常相近。

用處理過(guò)的原油將停輸期間管內(nèi)的原油替換出來(lái),并以此作為試樣,用兩種模型管路——荷蘭SGS試驗(yàn)室大直徑模型管路和Conoco研究發(fā)展中心小直徑模型管路進(jìn)行了測(cè)試。模型管路測(cè)得結(jié)果一般都有一定的差別,不過(guò),在此屈服值范圍內(nèi),這些數(shù)據(jù)表明兩條模型管路給出的結(jié)果相差不大。此外確定了再啟動(dòng)壓力應(yīng)在2.1～3.5 MPa范圍。

5 結(jié)論

降凝劑可有效地用于輸送含蠟原油管道的再啟動(dòng)保護(hù)。在科特管道非計(jì)劃停輸期間采用了這種處理方法,這是由于它能防止原油凝固,使原油迅速重新流動(dòng),不超過(guò)原油的再啟動(dòng)壓力。然而,降凝劑只對(duì)特定的原油有效,故應(yīng)仔細(xì)地進(jìn)行篩選。

用模型管路可以預(yù)測(cè)再啟動(dòng)壓力的大小。試驗(yàn)條件對(duì)測(cè)試結(jié)果有很大影響,因此試驗(yàn)條件應(yīng)盡可能地符合現(xiàn)場(chǎng)條件。

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.7.014

2009-05-21)