姬惠原油管道添加减阻剂的现场试验研究

刘 亮，王立涛，常元昊，吴世宏

（1.中国石油长庆油田分公司第三输油处，宁夏银川 750006；2.西南石油大学石油工程学院，四川成都 610500；3.中国石油长庆油田公司安全环保监督部，陕西西安 710018）

近年来，随着长庆姬塬油田的快速上产，原油产量逐年攀升，姬惠输油管道产输矛盾逐年加剧，管道的设计能力已经无法满足生产实际的需要，将面临超负荷运行风险。因此，在不增加其他设备和动力的前提下，应用减阻剂是唯一经济可行的方法[1]。通过进行不同加剂浓度下的减阻试验，验证了FLO-MAX 减阻剂对姬惠原油管道减阻、增输的有效性，分析了减阻剂注入浓度与减阻剂、增输率的关系，为姬惠原油管道增输提供了可靠的依据和技术支持。

1 试验管道概况

姬惠管道于2009 年11 月建成投产，始于陕西定边县冯地坑乡姬塬外输总站，终止于宁夏盐池县惠安堡镇宁夏石油储备库，中间有两座阀室。全长72 km，设计压力6.3 MPa，原油密度0.841 6 g/cm3，原油粘度10.7 mPa·s，原油设计输油量450 万吨/年。

2 减阻剂减阻机理

流体的摩擦阻力限制了流体在管道中的流动，造成管道输量降低和能量消耗增加。减阻剂是一种长链、超高分子聚合物，当烃类液体流动为紊流时，减阻剂内的长链、高分子量聚合物一旦溶于烃类流层内，立即分散于近壁涡流层内，从而减少紊流摩擦力[2]。减阻剂广泛应用于原油和成品油管道输送，它是在特定地段提高管道流通能力和降低能耗的重要手段。

减阻剂的减阻作用是-种特殊的湍流现象，减阻效应是减阻影响湍流场的宏观表现，它是一个纯物理作用。减阻剂分子与油品的分子不发生作用，也不影响油品的化学性质，而只与其流动特性密切相关。减阻剂加入到管道以后，靠本身的粘弹性，分子长链顺流向自然拉伸，其微元直接影响流体微元的运动。来自流体微元的径向作用力作用在减阻剂微元上，使其发生扭曲，旋转变形。减阻剂分子间引力抵抗上述作用力反作用于流体微元，改变了流体微元作用力的大小和方向，使一部分径向力转变为顺流向的轴向力，从而减少无用功的消耗，宏观上起到了减少摩阻损失的作用[3]（见图1）。

图1 减阻剂注入流程示意图

3 实验数据的收集与计算

3.1 数据记录

实验过程分三个阶段，第一阶段为加剂量在5 mg/L情况下，每4 h 录取一次数据，根据测试，不加减阻剂的原油从首站输送到末站的时间大约为12 h，故以12 h加剂测试时间和12 h 的浓度稳定时间作为一个实验周期，同时记录每4 h 减阻剂注入量、出站压力、流量及末站压力、流量变化情况。三个阶段试验数据详细记录（见表1）。

表1 试验数据记录表

3.2 相关公式[4]

3.2.1 减阻率 减阻率计算公式如下：

ΔPuntreated是流体没有添加减阻剂时的基本摩阻压降；ΔPtreated是添加减阻剂后的摩阻压降。

在计算减阻剂时，加剂和未加剂时管道的压降必须是同一流量下的，如果流量不同，加剂时的压降必须用以下的公式换算为基础流量下的压降，得到换算后的压降：

式中：ΔPcorrected-换算后的压降，Qbase-不加减阻剂时的基础流量，Qtreated-加剂时的流量，n-流动修正系数，一般为1.8。修正后的减阻率计算公式为：

3.2.2 增输率 实际增输率计算公式如下：

但加入减阻剂后，流量增大，出站压力降低，因此上式不能直接使用，需要通过减阻率与增输率之间的关系式求得。

修正后的增速率公式如下：

这里，%DR 是公式（3）中定义的减阻百分比。公式（5）认为：当保持出口压力不变，不管是基础输量还是加剂后的输量，不管输送介质是经过处理的原油还是未经处理的原油，管道减阻百分比和流量增加百分比的1.8 次方成比例关系。

3.2.3 数据计算 以10 mg/L 注入浓度为试验数据计算为例，计算出减阻剂的注入浓度、增输率、减阻率。

由于在试验过程中减阻剂注放浓度的波动，因此取管线内减阻剂注入浓度的稳定时值作为标准值。已知基础流量Qbase=580 m3/h，Qtreated=670 m3/h，ΔPtreated=2.59 MPa，由公式（2）可得ΔPcorrected=1.57 MPa，代入公式（3）中得%DR=39.2 %。各注入浓度计算过程同上，计算出的结果（见表2）。

根据表2 中的试验结果数据进行计算分析，可以得到一个减阻剂注入浓度与减阻剂、增输率的关系曲线图（见图2）。

在图2 中，通过对曲线的拟合得到三个曲线回归方程：

减阻率-注入浓度回归方程：

增输率-注入浓度回归方程：

修正后增输率-注入浓度回归方程：

三个回归方程对减阻剂在今后的生产中的使用有着重要的指导意义：通过回归方程可以计算出任一注入浓度的增输率，由此可以根据生产任务的要求确定不同的注入浓度。通过对回归方程求导可以得到减阻剂注入浓度与减阻剂、增输率的增加率的关系，从而确定合理的减阻剂注入浓度范围。

图2 减阻剂注入浓度与减阻率、增输率的关系曲线图

由图2 可以较直观的看出：减阻率和增输率随着减阻剂注入浓度的增大而增大，在0～10 mg/L 的浓度范围内，注入量与减阻率、增输率的增加几乎成直线关系。随着注入浓度的进一步增大，减阻率、增输率的增加率逐渐减小，直至到某个数值后不再增加，利用公式（6）求导后令导数为零，可得在注入浓度达到28.6 mg/L后，减阻率达到最大值。

4 结论

（1）由FLO-MAX 减阻剂的现场试验可以看出，随着减阻剂的注入，首站出站压力逐渐下降，全线摩阻损耗减小，添加减阻剂对姬惠原油管道提高输量，解决外输瓶颈，减少运行风险，节约投资成本具有重要的意义。

（2）从图2 中的曲线走势看，当注入浓度不大于15 mg/L 时，增输效果随着注入量的增加而提高的幅度是比较明显，如果是单纯从注浓度与增输效果的角度分析，注入浓度不宜大于15 mg/L。

（3）实际生产中，由于综合考虑到生产急需、输油成本、减阻剂成本等各方面因素，减阻剂的注入浓度须根据不同情况而确定，通过回归方程我们可以比较直观的计算出经济合理的注入浓度。

［1］ 李宝荣，贾军宁.减阻剂在靖惠输油管道中的试验及应用［J］.油气储运，2008，27（3）：38-41.

［2］ 臧国军，屈建宏.长输管道原油减阻节能试验［J］.油气储运，2005，24（12）：29-32.

［3］ 翟银平，王军，程世保.洪荆原油管道添加减阻剂增输试验［J］.管道技术与设备，2013，（3）：14-16.

［4］ 孙云峰，殷炳纲，王忠良.阿独原油管道添加康菲减阻剂现场试验研究［J］. 长江大学学报（自然科学版），2013，10（10）：153-156.