高蜡原油管输用高效降凝剂的筛选及降凝降黏性能评价

2013-08-20 01:52唐善法雷小洋王晓杰刘传宗
精细石油化工进展 2013年4期
关键词:凝剂管输热处理

廖 辉,唐善法,雷小洋,王晓杰,田 磊,刘传宗

(长江大学石油工程学院,湖北武汉 430100)

我国中部某油田原油胶质沥青质含量约为21.55%,含蜡量约31.60%,平均凝点 37 ℃,属于典型的高含蜡、高凝点、高黏度的原油,其物性和流变性均较差。目前对此含蜡原油的管道输送,油田普遍采用加热法和添加化学降凝剂法[1]。添加化学降凝剂能有效避免加热法中停输后再启动[2]及管道加热能耗大[3-4]等问题,并有效地阻止石蜡结晶,改善原油的流动性,是实现含蜡原油常温输送[5-6],降低管输能耗,解决高蜡原油开采与输送的有效途径[7]。然而,原油降凝剂对原油性质具有较强的选择性[8],且该油田管输原油对市售降凝剂感受性较差,管输能耗大,重复加热后黏温性能变差。因此,需选择一种或两种对该原油具有较好降凝降黏性能的降凝剂。对系列原油降凝剂进行筛选,确定了适应于该原油性质的降凝剂,并评价了其降凝降黏性能;同时也考察了热处理温度、降凝剂浓度及重复加热对其降凝降黏性能的影响。

1 实验

1.1 原料与仪器

煤油;降凝剂 YG -1,YG -2,YG -3,YG -4,YG-5,YG-6,为侧链含较多酯基的聚合物,长江大学提供;降凝剂BEM,乙烯醋酸乙烯酯,改性乙烯醋酸乙烯酯,工业品;降凝剂 EVA2503,EVA28/150,EVA2803等,工业品;降凝剂母液浓度为1 g/L,溶剂为煤油。

油样:国内中部某油田原油,物理性质见表1。

FDT-0318石油产品凝点测定仪;MCR301型ANTON PAAR流变仪,奥地利;HH-4型数显恒温水浴锅。

表1 原油组分及物理性质

1.2 实验方法

1.2.1 油样凝点的测定

根据 GB/T510—1983《石油产品凝点测定法》,对实验原油和加降凝剂原油进行凝点测定。将原油加热至65℃,降凝剂浓度50 mg/L,恒温0.5 h后装样至仪器中,以0.5℃/min速率降温,直至将试管水平放置5 s而液面无流动迹象时,对应的最高温度即为油样凝点。

1.2.2 油样黏度的测定

将实验原油与加降凝剂原油在恒温水浴(水浴温度为65℃)中恒温至油温均匀后,装样至MCR301型 Anton Paar流变仪中,以 0.5~1.0℃/min的速率降温,在不同剪切速率下测定其黏度和黏温曲线,评价原油的流动性能。

2 结果与讨论

2.1 降凝剂的筛选

将10种降凝剂分别加入20 mL原油中,降凝剂浓度均为50 mg/L,热处理温度为65℃,考察不同降凝剂对原油的降凝降黏效果,结果见表2。

表2 不同类型降凝剂对原油的降凝降黏效果

从表2可知,上述10种降凝剂均具有一定的降凝降黏效果,且YG系列降凝剂降凝降黏效果均优于其他4种市售降凝剂。因为原油中石蜡分子与YG系列降凝剂中烷基链均较长,匹配性较好。50 mg/L下,YG-1降凝幅度达15.0℃,降黏效果较显著,30℃时黏度为608.2 mPa·s,YG-5降黏效果稍优于YG-1,但综合考虑,选择YG-1为管输原油降凝剂。

2.2 降凝剂浓度的筛选

2.2.1 降凝剂浓度对降凝效果的影响

固定其他条件,考察YG-1浓度对降凝效果的影响,结果见图1。

图1 降凝剂YG-1浓度对原油凝点的影响

从图1看出,随着降凝剂浓度增加,原油的降凝效果提高。当浓度达50 mg/L后,降凝效果趋于平缓。这是因为当原油中降凝剂浓度达一定值时,降凝剂的降凝降黏效果接近极限。浓度小于该值,降凝剂分子难以满足与蜡共晶或吸附的要求,浓度大于该值后,过量的降凝剂分子不再参与共晶或吸附作用,降凝效果不明显,使成本增加。因此,降凝剂浓度以50 mg/L为宜。

2.2.2 降凝剂浓度对原油黏度的影响

剪切速率为50 s-1,不同温度下,考察加降凝剂原油与原油在不同降黏剂浓度下的黏温曲线,结果如图2。

图2 加降凝剂原油与原油在不同降黏剂浓度下的黏温曲线

从图2看出,在一定降凝剂浓度范围内,增加其浓度,降黏效果大大提高,但进一步增加浓度并不能明显降低原油在固定温度下的输送黏度。30℃时50 mg/L YG-1降凝剂的降黏率为65.64%,75 mg/L降凝剂的降黏率为67.04%,100 mg/L降凝剂的降黏率为68.30%。说明降凝剂浓度只要足以隔开蜡晶,使其不能形成网状结构即可;浓度过高,降凝效果并不明显,经济可行性上也存在一定问题。因此,综合考虑,确定50 mg/L为该原油管输最佳降凝剂浓度。

2.3 热处理温度对降凝降黏效果的影响

加降凝剂原油经热处理才具有较好的降凝降黏效果。降凝剂浓度为50 mg/L,并恒温处理30 min,测定其凝点和 30 ℃、50 s-1下的黏度,结果见表3。

表3 热处理温度对凝点和黏度的影响

由表3看出,随着热处理温度升高,原油凝点和黏度均呈下降趋势,表明热处理温度升高对加降凝剂原油的降凝降黏效果具有增强作用。但当温度升至70℃时,原油凝点趋于稳定,黏度下降幅度不大。因为仅在适宜的热处理温度下,尤其在原油析蜡点以上,原油中蜡、胶质、沥青质才充分地溶解和分散;处理温度过高或过低,均达不到预期效果[9-11]。热处理后,降凝剂随着原油冷却与石蜡共晶-吸附[12]而改变蜡晶聚集状态,起到较好的降凝降黏作用。因此,从管输热损耗方面考虑,在该原油管输时热处理温度以65℃为宜。

2.4 重复加热对加降凝剂原油降凝降黏的影响

在随管输原油输送过程中经中途各加热站重复加热后,多数市售降凝剂会使原油在高温下失去流动性,造成凝点回升。固定其他条件,热处理温度65℃,将加降凝剂原油重复加热6次,测定其凝点和30℃、50 s-1下黏度,结果见表4。

表4 重复加热对加降凝剂原油凝点和黏度的影响

从表4看出,加降凝剂原油在65℃重复加热,对原油凝点和黏度基本无影响,降凝剂状态较稳定。说明YG-1降凝剂抗重复加热性较好。

2.5 加降凝剂原油的黏温曲线

固定其他条件,剪切速率50 s-1,采用流变仪分别测定加降凝剂YG-1前后原油的黏温曲线,结果见图3。

图3 原油与加降凝剂YG-1原油的黏温曲线

从图3看出,温度较高时,加降凝剂和未加降凝剂原油黏度变化不大,但随着温度降低,加降凝剂原油黏度比原油有所减小。当温度为40℃时,原油黏度开始增大;当温度为28℃时,未加降凝剂和加降凝剂原油黏度存在显著差异。由此可见降凝剂YG-1的加入,对原油低温黏度影响明显。说明降凝剂YG-1对原油低温流动性也有明显的改善作用。

3 结论

1)YG系列降凝剂中YG-1降凝降黏效果显著,明显优于其他4种市售降凝剂。

2)确定了该管输原油最佳热处理温度为65℃,降凝剂最佳浓度为50 mg/L。在此条件下,原油凝点由36℃降至21℃,30℃时黏度由1 770.0 mPa·s降至 608.2 mPa·s,降低管输成本及能耗。

3)重复加热对YG-1降凝降黏性能影响甚小,YG-1对该原油具有较好的适应性,对其低温流动特性有明显的改善作用。

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