萬年輝

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518000）

隨著我國油氣田開采的逐漸深入，中輕質(zhì)油的存儲量越來越少，我國已探明的稠油儲量很高[1]，但是稠油的開采和運輸面臨的著挑戰(zhàn)。很多學(xué)者研究，稠油中的主要成分是膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，這是導(dǎo)致原油增黏的主要原因。我國南海地區(qū)，油氣儲量巨大，但是南海地區(qū)臺風(fēng)較頻繁，臺風(fēng)來臨時，平臺生產(chǎn)需要停止，人員撤離平臺前需往海管內(nèi)頂替海水或生產(chǎn)水，防止輸油管道結(jié)蠟堵塞或再啟動壓力過大。但是油水比例如何選擇，如何能保證臺風(fēng)過后海管恢復(fù)正常運輸，這是一個需要研究的問題。本文針對海底管道臺風(fēng)期間停輸后原油流動規(guī)律進行了研究。

1 實驗研究

1.1 膠質(zhì)、瀝青質(zhì)對原油凝點的影響

對南海某油田群的2個海上平臺原油進行凝點測試，1#平臺原油通過海底管道輸至2#平臺，后由2#平臺通過海底管道外輸至終端處理設(shè)備，原油性質(zhì)見表1，其中1#原油黏度大，組分中膠質(zhì)瀝青質(zhì)較多，2#原油不含膠質(zhì)瀝青質(zhì)，分別對1#平臺原油、2#平臺原油以及1#平臺原油和2#平臺原油混合樣以及質(zhì)量比為1 ∶3的混合樣進行凝點測試，測試結(jié)果見表1。預(yù)測溫度為80℃，由表2可見，1#平臺原油凝點值最低為-8℃，2#平臺原油凝點最高為27℃，混合油凝點介于1#原油和2#原油之間，說明2#原油中混入1#原油后，凝點有微小的降低。

表1 原油性質(zhì)

在不同溫度、不同剪切率下分別測試1#原油對混合油黏度、屈服值的影響，試驗結(jié)果見表3～表4。由實驗結(jié)果可見，在同一溫度同一剪切率下，1#原油的加入，降低了混合油的黏度值。在同一剪切率下，2#原油的黏度與溫度呈正相關(guān)，隨著溫度的升高，黏度值降低，在同一溫度下，隨著剪切率的升高，原油黏度增大。在同一剪切率下，混合油的黏度與溫度成正相關(guān)，隨著溫度升高，黏度值降低。實驗結(jié)果表明，1#原油的加入降低了混合油的黏度值，但是在高剪切率下，隨著溫度的升高，1#原油的加入對黏度值的影響減小。

表3 6s-1黏度實驗結(jié)果

表4 0.2s-1黏度實驗結(jié)果

對1#原油分別進行不同溫度不同含水率下的黏度研究，從表5看出，在同一含水率下，隨著溫度升高，1#原油黏度值降低。同一溫度下，隨著含水率的升高，黏度值呈下降趨勢。由此可見，原油摻水可以降低油水混合物整體流動性，但是摻水之后，油水混合物的凝點如何變化，還需實驗確認(rèn)。

表5 含水率對1#原油黏度和屈服值的影響

1.2 環(huán)道試驗

為了驗證不同含水率下1#油和混合油的流動規(guī)律，設(shè)計了一套小型環(huán)道裝置，用于模擬海上平臺之間海底管道的運行情況，試驗環(huán)道管線圖如圖1所示，試驗環(huán)路設(shè)計為43.85m長，容積約345L，管線規(guī)格為DN100，管道中間通過法蘭連接，確?？梢圆鹦丁Ａ黧w從反應(yīng)釜出來，通過多級離心泵讓流體在環(huán)道循環(huán)，流體繞釜一周形成一段水平段，模擬海底管道平管段。然后垂直上升，經(jīng)頂部水平段后又垂直向下，模擬海底管道立管部分，經(jīng)一段水平回流管段后流回反應(yīng)釜。圖中垂直管段拆卸位置和水平段拆卸位置用于觀察管段的結(jié)蠟情況。分別研究不同含水率下，循環(huán)泵的起泵壓力變化和管段的結(jié)蠟情況。循環(huán)溫度為80℃，冷卻至20℃后起泵、拆管。1#原油實驗結(jié)果見表6，2#原油實驗結(jié)果見表7，混合油實驗結(jié)果見表8。由表可見，隨著含水率的升高，起泵壓力逐漸升高?，F(xiàn)場外輸泵的最大操作壓力是實際操作壓力的2倍，以循環(huán)壓力的2倍作為外輸泵能否啟動的標(biāo)準(zhǔn)，則1#原油摻水外輸時，轉(zhuǎn)折點為50%，混合油摻水外輸?shù)霓D(zhuǎn)折點為70%。

圖1 環(huán)道試驗裝置示意圖

表6 1#原油環(huán)道實驗結(jié)果

表7 2#油環(huán)道實驗結(jié)果

2 結(jié)蠟分析

環(huán)道主要拆管點為垂直管段，底部水平管段。垂直管段結(jié)蠟層為環(huán)狀，底部水平管段結(jié)蠟發(fā)生在12點鐘方向。垂直管段呈環(huán)狀結(jié)蠟，是因為垂直管段沒有做保溫，鋼管散熱快，溫度降的快，所以沿管壁方向最先析出蠟晶，而水的比熱容最大，散熱最慢，油次之，在冷卻過程中油水會分離，油密度小往高處上浮，水密度大往低處流動，整體溫度分布從管壁向管中心溫度逐漸升高，所以最后蠟晶會沿管壁析出，水會沿著中間孔道往下流。

表8 混合油環(huán)道實驗結(jié)果

底部水平管段結(jié)蠟形貌正常，因為底部處在室內(nèi)，溫降較慢，在析出蠟晶之前已經(jīng)實現(xiàn)了油水分離，所以蠟晶在管線12點鐘方向析出，如圖2所示。

圖2 平管段停輸后流體狀態(tài)圖

實際工況中，平臺立管溫度較高，海底管線溫度較低，在停產(chǎn)降溫過程中，立管部分先發(fā)生油水分離，立管上部為油，下部為水，如圖3所示，底部水平管線溫度降的慢，也會油水分層，如果溫度降的快，會和試驗環(huán)道的立管一樣，形成環(huán)狀結(jié)蠟。如有氣體存在，可能是氣、油、水3層，或者是氣層和環(huán)形通道。

圖3 立管段停輸后流體狀態(tài)圖

3 結(jié)論

1）膠質(zhì)、瀝青質(zhì)起到了表面活化劑的作用，少量的膠質(zhì)瀝青質(zhì)可以降低原油的凝點。

2）在同一剪切率下，隨著含水率的升高，原油黏度和屈服值降低。

3）摻水外輸時，對于凝點低于環(huán)境溫度的原油，起泵壓力為循環(huán)壓力2倍的情況下，轉(zhuǎn)折點為50%，對原油凝點高于環(huán)境溫度，轉(zhuǎn)折點為70%。