何繼偉，王一斌，陳 磊，李衛(wèi)東

油田集輸管道防蠟技術研究進展

何繼偉1，王一斌2，陳 磊1，李衛(wèi)東1

（1. 中國石油大學（北京） ，北京 102249； 2. 中國石油工程建設公司北京設計分公司， 北京 100101）

分析了含蠟原油地面集輸系統(tǒng)的難點，綜述了目前常用的防蠟技術方法，重點介紹了電磁感應伴熱輸送、集膚效應伴熱輸送、加劑輸送及井口電磁防蠟技術，闡明了各自的原理、研究應用情況及存在的問題。通過幾種方法的分析比較，確定了地面集輸系統(tǒng)選擇防蠟方法選擇的基本原則。

防蠟；集輸系統(tǒng)；電磁感應；集膚效應

國產原油大多為含蠟原油，含蠟原油在集輸過程中，蠟沉積物會降低管道的有效管徑，增加動力消耗，嚴重時甚至造成管道堵塞事故，不僅會影響油品的正常輸送，還會造成巨大的經濟損失和資源浪費。因此深入研究蠟沉積規(guī)律和清防蠟技術對提高集輸效率、保障油田安全生產具有重要意義[1]。

集輸系統(tǒng)涉及的范圍中主要為井口-中心處理站間的礦場集輸管路，通常為油氣或油氣水混輸管路，管線輸送距離較短，管徑較小，因此采取的防蠟技術與外輸系統(tǒng)有所不同?？偟膩碚f，目前油田集輸系統(tǒng)防蠟技術可歸結為加熱為主、加藥為輔的方式[2]。針對井口加熱爐加熱、摻水集輸、蒸汽伴熱集輸?shù)葌鹘y(tǒng)加熱方式存在安全隱患、能耗高、維護運營費用大的問題，近年來電磁感應伴熱、集膚效應伴熱、加劑輸送、井口電磁防蠟等一些新技術取得了一定的研究進展。

1 電磁感應伴熱輸送

1.1 原理

電磁感應伴熱就是利用電磁感應原理及感應電流通過導體時產生的熱效應，使輸油管線感應發(fā)熱，并將熱量傳遞給管內介質，從而實現(xiàn)輸送介質的保溫和升溫，避免原油中的蠟晶析出、沉積、堵塞管道。電磁感應伴熱主要有中頻伴熱、工頻伴熱和高頻伴熱三種方式[3]。

1.2 研究與應用

李堡油田采用井口電加熱中頻伴熱技術，代替了三管熱水伴熱流程，較三管流程相比，在保障集輸系統(tǒng)流動安全的同時，管線部分投資降低約60.7%，管線保溫年節(jié)約運行費用近40萬元，獲得了良好的節(jié)能效果和經濟效益[4]。

電磁感應伴熱系統(tǒng)架構簡單，與井口加熱爐加熱、蒸汽伴熱輸送相比，工程投資大幅降低；較摻水輸送而言，減少了熱水輸送與油水分離過程中的能量消耗。此外電磁感應伴熱還具有效率高，加熱速度快、使用壽命長的優(yōu)點，安全可靠，便于自動控制與運行，對于沒有供熱系統(tǒng)依靠的斷塊油田，在供電有保障的條件下，該技術是較為理想的選擇。

1.3 存在的問題

電磁感應伴熱設備復雜, 成本較高,用電能耗較大。

2 集膚效應伴熱輸送

2.1 原理

當交流電流過碳鋼導體時,電流集中在導體表面部分流過的現(xiàn)象叫做交流電的集膚效應[5]。集膚效應伴熱法就是利用集膚效應原理使電流集中在小口徑的碳素鋼管的內表面，使其發(fā)熱，并把熱量傳給管道[6]。

2.2 研究與應用

與其他伴熱方法相比集膚效應伴熱技術具有如下優(yōu)點：①電器裝置和設備自身形成的絕緣結構具有良好的防爆功能；②伴熱管能夠在工廠提前預制，工程量與工程周期得以縮減；③伴熱溫度高，有效維持溫度可達 0～230 ℃；④伴熱收尾端加熱溫度均勻，避免了出現(xiàn)局部過熱的問題，⑤伴熱距離長，一個電源點的伴熱距離最長可達24 km[7]。

中石化江蘇油田安徽油區(qū)在多井拉油點集輸流程中采用單管井口電加熱與集膚效應電加熱流程。在正常集油加熱過程時，集膚效應電加熱無需啟動，當停井時間較長時，集膚效應電加熱啟動。這一流程能夠滿足集輸系統(tǒng)中的各項極限工況的要求，確保原油進罐溫度高于凝固點 4～5 ℃。安徽油區(qū)通過采用這一流程，減少熱損失約160×104kW?h/a，實際減少能耗13119×104kW?h/a，可節(jié)約燃油 133 t/a，獲得了良好的經濟效益[8]。

2.3 存在的問題

安裝工藝相對復雜，工程安裝費用高。

3 加劑輸送

3.1 原理

在集輸系統(tǒng)選擇合適的位置通過加藥裝置向原油中加入化學藥劑，可以 錯抑制原油中 晶析出、長大、聚集和在固體表面上沉積[9]。國內外對加劑輸送的作用機理主要從以下兩個方面解釋：一是水膜理論[10]，該理論認為表面活性劑的水溶液可以在管道金屬表面形成一層極性水膜,因此石蠟作為非極性烴不易在管線表面沉積；二是蠟晶改性理論[11]，該理論認為通過藥劑分子與原油中有關組分的物理化學作用來改變原油中蠟晶的結構形態(tài)、晶/液界面性質、減弱蠟晶形成空間網絡結構的能力，從而降低原油的凝點、低溫粘度和屈服值等流變性質。

此外當油田進入高含水期時，一般當含水超過40%時，可通過加入原油流動改性劑的方法，使得產出液形成水包油型乳狀液，使得內相的含蠟原油與管壁隔開，蠟無法接觸管壁，粘度和流動阻力也大幅度降低，能夠實現(xiàn)延長清蠟周期和集輸系統(tǒng)在較低的溫度下運行的效果。

3.2 研究與應用

大慶油田采用加劑輸送工藝，通過地面摻水管線往油井油套環(huán)形空間注入流動改進劑后，措施井平均免清蠟周期達760 d，平均單井回油壓力由試驗前0.38 MPa下降到0.36 MPa，實現(xiàn)了高含蠟原油機采井免清蠟生產[12]。加劑輸送不僅能夠起到良好的清防蠟效果，還可以收到降凝,降粘和解堵的效果，實現(xiàn)低溫集輸生產，簡化地面設施，節(jié)能降耗效果明顯。

3.3 存在的問題

目前國內外對含蠟原油的蠟沉積機理與流動改性劑展開了廣泛研究，研發(fā)出多種藥劑產品，由于原油的組成、物性差異較大，這些藥劑在不同程度上存在選擇性強、性能單一、效率較低、儲存不穩(wěn)定等問題[9]。此外，由于藥劑的作用需要一定的時間，對于較短的集輸系統(tǒng)管路來說，加劑輸送的效果不好。

4 井口電磁防蠟

4.1 原理

磁處理技術雖然在油田防蠟降粘方面已經開展了廣泛的研究和應用，但其作用機理仍未獲得一個明確、公認的結論。馬秀波、王升等人[13,14]通過分析磁場作用下分子中電子的運動規(guī)律，認為磁處理防蠟降粘的根本原因在于磁場對蠟晶分子間的色散作用；磁場使膠質網絡解體的理論[15]模型認為磁場對蠟晶分子的電矩作用使得原油中的膠質網絡解體，受膠質網絡束縛的烴分子可以自由地移動并在原油內部結晶，從而達到了防蠟、降粘的效果。張偉偉等人[16]以阻礙蠟晶聚集形成三維網狀結構為出發(fā)點，認為原油中磁性核沿磁場運動且按能級規(guī)則取向排列是產生原油磁防蠟和降粘效果的根本原因，Igor N. Evdokimov等人[17]的研究也驗證了這一觀點。筆者認為以上各種觀點并不是相互對立的，有可能是幾種機理同時發(fā)揮作用。

4.2 研究與應用

長慶油田采油三廠在五里灣一區(qū)柳91-37井進行了電磁防蠟的現(xiàn)場試驗，井口回壓與同期相比下降0.2 MPa，油井熱洗周期由90 d延長至210 d，達到了預期的防蠟效果；同時該系統(tǒng)設備能耗低，單井可節(jié)約各類費用5 227.2元/a[18]；與加劑輸送相比，沒有維護工作量，受惡劣自然環(huán)境影響小。

電磁防蠟技術在大慶外圍油田也取得了良好的經濟效益和環(huán)保效應，但同時發(fā)現(xiàn)電磁防蠟的效果隨含水率的上升逐漸變差，含水低于40%的井電磁防蠟效果較好，含水高于70%的中高含水井的電磁防蠟效果一般[19]。

4.3 存在的問題

井口電磁防蠟技術只是延緩了原油的降溫過程，延長了清蠟周期，通常要與其它清防蠟措施配合使用[19]。

5 結束語

（1）在含水率較低時，高含蠟原油集輸采用加熱方式是可靠、成熟的。當含水率超過40%以上時，采用流動改進劑法較為經濟，能夠實現(xiàn)降溫或常溫集輸；

（2）對于較短的集輸系統(tǒng)管路來說，加劑輸送的效果不好；

（3）井口電磁防蠟技術只能夠延遲清蠟周期。

［1］周紅, 劉美玲. 油田集輸管道防蠟技術研究[J]. 化工管理, 2014, 2: 080.

［2］周飛, 劉建儀, 張廣東, 等. 防蠟技術研究現(xiàn)狀及展望[J]. 精細石油化工進展, 2011 (12): 19-21.

［3］王衛(wèi)強, 吳明, 張靜. 電伴熱技術在原油輸送中的應用與展望[J].油氣田地面工程, 2004, 23(8): 26-26.．

［4］吳明菊, 王春蘭. 李堡油田地面工藝節(jié)能技術研究與應用[J]. 復雜油氣藏, 2010 (4): 82-84.

［5］陳維剛, 逯懷斌. 集膚效應電伴熱技術的應用[J]. 當代化工, 2005, 33(3): 179-182．

［6］陳青. 管道集膚效應電伴熱 STS 技術在工程中的應用[J]. 化學工程與裝備, 2010 (11): 86-93.

［7］萬雷, 曾春雷. 集膚效應電伴熱在石油工業(yè)中的應用[J]. 硅谷, 2010 (2): 117-118.．

［8］彭中. 零散區(qū)塊集輸工藝[J]. 油氣田地面工程, 2009, 28(3): 36-37．

［9］李娜. 含蠟原油添加降凝劑輸送研究[D]. 南充：西南石油學院, 2004．

［10］陳大均, 陳馥, 李建波. 油油氣田應用化學[M]. 北京:石油工業(yè)出版社, 2006.

［11］Tinsley J, Prud'Homme R, Adamson D, et al. Effects of polymers on the structure and deposition behavior of waxy oils[C]//International Symposium on Oilfield Chemistry. Society of Petroleum Engineers, 2007．

［12］劉志慶. 利用地面摻水管線添加原油流動改進劑的可行性[J]. 油氣田地面工程, 2009, 28(5): 22-23.

［13］馬秀波, 鄭海霞, 尹教建, 等. 磁處理原油防蠟降黏的機理[J]. 西安石油大學學報: 自然科學版, 2006, 20(4): 50-52.

［14］王升, 康云, 白永強. 高粘原油磁防蠟和降粘的量子解釋[J]. 油氣儲運, 2012, 31(8): 629-632.

［15］陳昭威. 磁處理油的機理的探討[J]. 磁能應用技術, 1990 (1): 15-18.

［16］張偉偉, 董惠娟, 李廣鑫, 等. 基于磁場磁核分析的原油防蠟降粘機理[J]. 油氣儲運, 2010, 29(8): 630-633.

［17］Evdokimov I N, Kornishin K A. Apparent disaggregation of colloids in a magnetically treated crude oil[J]. Energy & Fuels, 2009, 23(8): 4016-4020.

［18］王偉華, 徐艷麗, 龍永福. 油田清防蠟技術研究與效果評價[J]. 石油化工應用, 2010, 29(7): 87-90．

［19］奚旺. 大慶外圍油田的電磁防蠟[J]. 油氣田地面工程, 2014, 33(4): 90-90．

Research Progress in Wax Inhibition Technologies for Gathering and Transportation Pipelines

HE Ji-wei1，WANG Yi-bin2，CHEN Lei1，LI Wei-dong1
（1. Beijing Key Laboratory of Urban Oil and Gas Distribution Technology, China University of Petroleum, Beijing 102249，China；2. China Petroleum Engineering & Construction Company Beijing Engineering Branch, Beijing 100101，China）

Technical difficulties in wax inhibition for gathering and transportation pipelines were analyzed, and common wax inhibition techniques were summarized. Electromagnetic induction tracing, skin electric current tracing, chemical and electro-magnetic method for wax inhibition were mainly introduced. Their mechanisms, application and choke points were discussed. Through a comprehensive comparation of several techniques for wax inhibiting and removing, the basic principles for choosing wax inhibition means were determined.

Wax inhibition; Gathering and transportation pipelines; Electromagnetic induction tracing; Skin electric current tracing

TE 832

： A

： 1671-0460（2015）05-1138-02

2014-12-08

何繼偉（1992-），男，江蘇徐州人，中國石油大學（北京）在讀研究生，研究方向：油氣集輸及地面工程。E-mail：he_ji_wei@sina.com。