赵文德

摘要：文章主要探讨了优化高含蜡原油长距离管道输送的措施，以期在保证安全输油的前提下尽量减少燃油和动力消耗。具有很重要的经济价值与社会价值。

关键词：高含蜡原油；长距离管道输送；油田；安全输油

中图分类号：TE832文献标识码：A文章编号：1009-2374(2009)13-0192-02

对于石油及天然气而言，在五大运输行业中，管道运输是最佳的选择。在国际上，原油、成品油、天然气及各种具有常温状态下呈现流体性质的各类化工产品的运输主要是依靠长输管道的方式来实现。而我国油田所产原油大多是高含蜡原油。为了保证管道安全经济地输送这样高含蜡原油，目前许多文献对高含蜡原油在管道中结蜡规律，以及添加降凝剂对原油流动性和结蜡规律的影响等进行了广泛的研究，这些研究成果对管道输送工艺的运用提供了科学的理论指导。

一、含蜡原油长距离管道输送结蜡形成的机理与规律

通常所谓的结蜡是指在管道内壁上逐渐沉积了某一厚度的石蜡、胶质、凝油、砂额其他机械杂质的混合物，根据对油田含蜡原油管道的分析统计，沉积物中一般都含有40％～50％的石蜡、10％～20％的胶质和沥青质、30％～40％的原油及少量的砂和其他杂质，在长输管道的沉积物中原油的含量要高些。我国长输管道易凝实践表明，管壁上的凝结层往往不那么坚实，主要原因是在凝结层上面有大量的凝油，这部分凝油的厚度要比真正的蜡层厚度要大的多，也是比较容易通过提高油流速度来冲刷清除的。

(一)结蜡形成的机理

研究表明长距离管道结蜡的关键影响因素是温度，温度有两方面的作用，一方面由于管壁处的油温低于蜡的初始结晶温度，使油中的蜡分子借助于管内壁所提供的结晶中心，结晶析出，形成不流动的结蜡层，并进一步吸附液相中是蜡晶，形成网络结构，把部分液态原油包围其中；另一方面，由于热油管道横截面上临近管壁处的温度梯度，当温度最低的内壁面处析出临近后，该处溶液中溶解的蜡分子浓度就低于离内壁面远处的溶液。由于温度不同析出的临近数量不同，因此，只要油流中存在温度低于蜡的初始结晶温度的区间，并且其中存在径向温度梯度，油流中就会出现蜡分子的径向浓度梯度。内壁面处的浓度最低，向着管道中心方向，浓度逐渐增高。由于浓度梯度的存在，就会引起蜡分子从管中心向管壁的径向扩散，为管壁继续结蜡创造条件，石蜡晶体析出直接在管道内壁上形成结蜡层。

(二)结蜡的分布规律

一般情况下，在管道的起始段，因热油管道油温高于析蜡点的区域，管壁无结蜡现象，称为光管段；顺着油流前进，油温下降，在析蜡点到析蜡高峰点之间，结蜡层逐渐增加，结蜡厚度逐渐增加形成喇叭口状的结蜡区，在某一区域达到最大值，称为喇叭口段；在析蜡高峰点之后，结蜡层又逐渐减薄，最后结蜡厚度逐渐趋于固定，称为结蜡后裙段，这是因为原油中大部分的石蜡已经在前面析出，另外，油流对结蜡层的冲刷作用，限制了结蜡层的继续增长，尤其是随着结蜡层厚度的增加，过流截面积减小，流速加快，使结蜡层的增长在一定程度上达到平衡。对于不同成分的原油和处在不同温度段的管道，管壁结蜡的形状会有差别，但都可以抽象成以上模型。不论输油温度如何变化和持续输油时间如何不同，这种分布规律不会改变，但积蜡高峰区会有偏移，输油温度提高积蜡高峰区会向终点方向偏移，反之，则向起点方向偏移。原油加热温度的高低不会影响原油的析蜡量，只会影响到结蜡时间的早晚。

二、高含蜡原油长距离管道优化输送的措施

由于管道输运中普遍存在结蜡现象，严重影响管道输送能力和效率，因此，优化输送高含蜡原油的目的旨在解决原油输送过程中存在诸如结蜡等问题。

(一)热处理输送

20世纪60年代以来。国内外研究开发了原油热处理输送工艺。其中，印度的纳霍卡蒂亚一高哈蒂一伯劳尼输油管道(长1150km，直径400mm和356mm)采用一种完备热处理输送工艺，处理后的原油在地温条件下等温输送；我国的克拉玛依一独山子、克拉玛依－乌鲁木齐、濮阳－临邑和马岭－惠安保－中宁等输油管道，则采用一种简易热处理输送工艺。实现了特定温度下的常温输送。目前，我国油田大部分原油集输干线均仍在使用这种输送工艺。虽然简易，但仍收到了相当明显的经济效益。

(二)添加降凝剂输送

该工艺是20世纪70年代末发展起来的一种化学处理工艺。不少国家已经实施原油添加这些化学药剂输送。1979年美国纵贯阿拉斯加管道第一次大规模商业性使用减阻剂以来，世界上不少国家和地区的陆地和海底管道，先后都实现了添加减阻剂输送。我国在20世纪90年代也开展了原油降凝剂、减阻剂的合成、筛选与应用研究，并且进行了工业性应用试验，取得很好的减阻和增输的效果。现在我国国内的大部分原油长输管线均采用或部分线路采用这种化学工艺。但这些化学助剂价格较高，常年注入带来了原油输送成本的提高的结果。

(三)间歇输送

间歇输送主要是利用夏季地温高的特点，采取夏季间歇输送运行方式，以达到进一步降低输量的目的。间歇输送可以节约输油成本、不需要对设备进行改造，还可以避免采取正反输时流程切换作业。但是间歇输送针对是那些所输原油凝点比较低、含蜡量低，地形起伏较小的管道，而对于所输原油凝点高，含蜡量高的管道，如果采用间歇输送，会使管道再启动压力上升，如果间歇时间过长可能会发生凝管事故。

(四)压力处理输送

根据前苏联的研究报道，压力处理(各向压缩)有可能成为改善非牛顿流体流动特性的一种方法。实验表明，压力处理可使这种非牛顿流体的表观粘度降低，并且所加压力越大，其处理效果就越明显。这亦引起了我国科研人员的关注。

(五)扩径输送

对于低输量管道，如果管道不具备清蜡的设施条件，为了缓解管道出现的恶劣工况，确保安全运行，可采用注入热流体或提高原油的出站温度进行融蜡扩径。采用注入热流体或提高原油的出站温度进行融蜡扩径，虽然都改善了管道的动力条件，但是采用注入热流体扩径，因实施时需要设备多，且需较多的热水，耗费大量的人力和物力，给正常管理带来不便，对于长输管线来说只是权宜之计，而采用提高出站温度的方法，在目前的情况下显然是不经济的。

总之，我国是世界上盛产含蜡粘性原油的大国，原油物性覆盖面很广。从流变力学的观点分析，我国原油流型复杂，多数原油流动性能较差。因此，针对我国原油物性和流变特性，采用不同的物理和化学方法对原油进行改性，从而建立和发展具有我国特色的输送工艺技术体系，便成为我们石油储运科技工作者的首要任务了。

参考文献

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[2]杨筱衡，张国忠，输油管道设计与管理[M]，北京：石油大学出版社出版，2004

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