海底管道台风期间停输后原油流动规律研究

万年辉

（中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳 518000）

随着我国油气田开采的逐渐深入，中轻质油的存储量越来越少，我国已探明的稠油储量很高[1]，但是稠油的开采和运输面临的着挑战。很多学者研究，稠油中的主要成分是胶质和沥青质，这是导致原油增黏的主要原因。我国南海地区，油气储量巨大，但是南海地区台风较频繁，台风来临时，平台生产需要停止，人员撤离平台前需往海管内顶替海水或生产水，防止输油管道结蜡堵塞或再启动压力过大。但是油水比例如何选择，如何能保证台风过后海管恢复正常运输，这是一个需要研究的问题。本文针对海底管道台风期间停输后原油流动规律进行了研究。

1 实验研究

1.1 胶质、沥青质对原油凝点的影响

对南海某油田群的2个海上平台原油进行凝点测试，1#平台原油通过海底管道输至2#平台，后由2#平台通过海底管道外输至终端处理设备，原油性质见表1，其中1#原油黏度大，组分中胶质沥青质较多，2#原油不含胶质沥青质，分别对1#平台原油、2#平台原油以及1#平台原油和2#平台原油混合样以及质量比为1 ∶3的混合样进行凝点测试，测试结果见表1。预测温度为80℃，由表2可见，1#平台原油凝点值最低为-8℃，2#平台原油凝点最高为27℃，混合油凝点介于1#原油和2#原油之间，说明2#原油中混入1#原油后，凝点有微小的降低。

表1 原油性质

在不同温度、不同剪切率下分别测试1#原油对混合油黏度、屈服值的影响，试验结果见表3～表4。由实验结果可见，在同一温度同一剪切率下，1#原油的加入，降低了混合油的黏度值。在同一剪切率下，2#原油的黏度与温度呈正相关，随着温度的升高，黏度值降低，在同一温度下，随着剪切率的升高，原油黏度增大。在同一剪切率下，混合油的黏度与温度成正相关，随着温度升高，黏度值降低。实验结果表明，1#原油的加入降低了混合油的黏度值，但是在高剪切率下，随着温度的升高，1#原油的加入对黏度值的影响减小。

表3 6s-1黏度实验结果

表4 0.2s-1黏度实验结果

对1#原油分别进行不同温度不同含水率下的黏度研究，从表5看出，在同一含水率下，随着温度升高，1#原油黏度值降低。同一温度下，随着含水率的升高，黏度值呈下降趋势。由此可见，原油掺水可以降低油水混合物整体流动性，但是掺水之后，油水混合物的凝点如何变化，还需实验确认。

表5 含水率对1#原油黏度和屈服值的影响

1.2 环道试验

为了验证不同含水率下1#油和混合油的流动规律，设计了一套小型环道装置，用于模拟海上平台之间海底管道的运行情况，试验环道管线图如图1所示，试验环路设计为43.85m长，容积约345L，管线规格为DN100，管道中间通过法兰连接，确保可以拆卸。流体从反应釜出来，通过多级离心泵让流体在环道循环，流体绕釜一周形成一段水平段，模拟海底管道平管段。然后垂直上升，经顶部水平段后又垂直向下，模拟海底管道立管部分，经一段水平回流管段后流回反应釜。图中垂直管段拆卸位置和水平段拆卸位置用于观察管段的结蜡情况。分别研究不同含水率下，循环泵的起泵压力变化和管段的结蜡情况。循环温度为80℃，冷却至20℃后起泵、拆管。1#原油实验结果见表6，2#原油实验结果见表7，混合油实验结果见表8。由表可见，随着含水率的升高，起泵压力逐渐升高。现场外输泵的最大操作压力是实际操作压力的2倍，以循环压力的2倍作为外输泵能否启动的标准，则1#原油掺水外输时，转折点为50%，混合油掺水外输的转折点为70%。

图1 环道试验装置示意图

表6 1#原油环道实验结果

表7 2#油环道实验结果

2 结蜡分析

环道主要拆管点为垂直管段，底部水平管段。垂直管段结蜡层为环状，底部水平管段结蜡发生在12点钟方向。垂直管段呈环状结蜡，是因为垂直管段没有做保温，钢管散热快，温度降的快，所以沿管壁方向最先析出蜡晶，而水的比热容最大，散热最慢，油次之，在冷却过程中油水会分离，油密度小往高处上浮，水密度大往低处流动，整体温度分布从管壁向管中心温度逐渐升高，所以最后蜡晶会沿管壁析出，水会沿着中间孔道往下流。

表8 混合油环道实验结果

底部水平管段结蜡形貌正常，因为底部处在室内，温降较慢，在析出蜡晶之前已经实现了油水分离，所以蜡晶在管线12点钟方向析出，如图2所示。

图2 平管段停输后流体状态图

实际工况中，平台立管温度较高，海底管线温度较低，在停产降温过程中，立管部分先发生油水分离，立管上部为油，下部为水，如图3所示，底部水平管线温度降的慢，也会油水分层，如果温度降的快，会和试验环道的立管一样，形成环状结蜡。如有气体存在，可能是气、油、水3层，或者是气层和环形通道。

图3 立管段停输后流体状态图

3 结论

1）胶质、沥青质起到了表面活化剂的作用，少量的胶质沥青质可以降低原油的凝点。

2）在同一剪切率下，随着含水率的升高，原油黏度和屈服值降低。

3）掺水外输时，对于凝点低于环境温度的原油，起泵压力为循环压力2倍的情况下，转折点为50%，对原油凝点高于环境温度，转折点为70%。