李秀薇 石先锋 邹晶雯 赵鑫 何岩
中国石化西北油田分公司采油一厂 新疆 乌鲁木齐 831400
摘要：塔河油田其生产的原油油品流动性差，属于典型的“三高”原油。原油集输管道出现了不同程度的结蜡现象，严重影响了管道的安全运行。通常采用的加热输送方式存在输量范围较窄、输送能耗大、设备的投资运行费用高等问题。加剂输送可以改变原油中固态烃的结晶形态，使其不易形成空间网络结构，以达到改善原油低温流变性的目的。但是，塔河原油物性变化大，流型较为复杂，不同原油对防蜡剂的感受性也不相同。因此，有必要对其物性进行研究，研制出合适的防蜡剂，进一步研究原油在管输过程中的防蜡方案，从而降低能耗和生产成本。本文介绍了原油集输管道防蜡技术的现状和发展，从理论上分析和总结了原油集输管道的蜡沉积机理及其影响因素，通过室内分析实验研究了塔河原油蜡沉积规律，并结合相关理论分析了塔河原油集输管道的蜡沉积机理。提出了塔河油田原油集输管道的防蜡方案：采用加剂与超声波处理相结合的防蜡工艺，并论证了防蜡技术方案的可行性。最后对防蜡方案的经济效益进行了计算与分析，结果表明该防蜡方案经济效益可观。
关键词：塔河油田；管道输油；结蜡；防蜡措施
1原油集输管道结蜡机理分析
根据对塔河原油油样的物性室内分析结果，结合原油集输管道的蜡沉积机理的相关理论，以下对塔河原油输送管道的结蜡原因进行分析。由室内分析结果可知，部分单井原油油样含蜡量均较高，属高含蜡原油，并且单井油样析蜡点都较高。而塔河油田冬季地温较低，随着原油在输送过程中温度的降低，蜡晶分子会按分子量的大小依次析出并沉积在管壁上。结合相关研究理论及室内实验分析结果，认为塔河原油集输管道的结蜡机理包括以下几方面：
一是分子扩散作用，由于塔河油田冬季管道周围环境温度较低，而在较低的周围环境温度的作用下，管壁处的温度是最低的，原油在集输过程中不断向周围环境散热，造成了管输过程中油流主体和管壁之间的温差，这样也就在油流横截面上形成了一定的径向温度梯度，而蜡在原油中的溶解度是温度的函数。因此原油集输管道管壁处是蜡晶最先出现的地方，而管道中的中心油流温度是比较高的，此时腊可以溶解在油流中，这样就形成了油流主体与管壁处蜡的浓度梯度，在此浓度梯度的作用下，溶解于原油中的蜡分子向管壁处扩散，当扩散的蜡分子到达固液界面时，便从原油中析出并沉积在管壁。
二是剪切扩散作用，随着原油在管道输送过程中的散热作用，当油流温度降到低于析蜡点的温度时，溶解于原油中的蜡分子便会从原油中结晶析出，形成醋晶。原油在流动过程中，径向会形成一定的浓度梯度。在形成的速度梯度场中，悬浮在油流中的蜡晶在油流的剪切作用下，除了沿流动方向运动外，还会以一定的角速度旋转，从而使悬浮于油流中的蜡晶不断地从流速高处向流速低处扩散，当蜡晶到达接近管壁的位置时，线速度和角速度会迅速减小，最终借助于分子间的范德华力沉积在管壁上。
三是由于分子间的布朗运动，原油在管输过程中，由于分子的热运动，悬浮于油流中的蜡晶会受到周围油分子持续不断地撞击，这种不断的撞击就导致蜡晶不停地作无规则的布朗运动，如果原油中存在蜡晶浓度梯度，则布朗运动便会导致蜡晶的净迁移，就像扩散过程一样，这也就形成了管壁的蜡沉积现象。
从塔河油田原油蜡沉积规律的实验结果可以看出，单井油样随着原油温度与管壁的温差逐渐增大时，结蜡速率也是逐渐增大的，因为此时由于油壁温差较大，也就形成了一定的蜡晶浓度梯度，最终使分子扩散、剪切扩散和布朗运动均加强，所以使管壁结蜡加强。
2原油管道防蜡技术
2.1化学防蜡方案研究
（1）防蜡剂注入工艺
在防蜡剂的室内蹄选实验过程中，防蜡剂是与甲苯以一定的比例混合后加入到原油油样的，因此本文室内实验向原油中添加的是液体防蜡剂。而液体防蜡剂注入系统
主要包括注入泵、防蜡剂注入罐、防蜡剂储罐等。
对于注入泵，既可以提供动力，也可以对防蜡剂的加剂量进行计量；并且注入泵是使防蜡剂连续平稳添加到原油中的关键设备，所以最好是配有备用泵，以便发生故障时可以进行及时的检修。
对于防蜡剂储罐，应配备相应的搅拌器，以便使原油与防蜡剂进行更加充分的混合，也可以防止防蜡剂的沉淀分层，最好也可以装有预热设备。由于防蜡剂与原油的混合程度的好坏会直接影响到防蜡剂的防蜡效果，因此在选择防蜡剂的注入工艺的同时，应考虑到让防蜡剂与原油充分混合均匀，并满足加剂时所必须的加热处理温度。
对防蜡剂注入工艺理论的研究，结合塔河油田的现场情况，建议塔河油田采用如下的防蜡剂注入工艺（图1）。
图1 防蜡剂注入工艺流程图
（2）防蜡剂注入量的确定
防蜡剂对原油的改性效果与防蜡剂的注入量并非呈线性关系。当注入量超过一定值后，原油的析蜡点的降低幅度和防蜡剂的防蜡率随着用量的增加反而出现了降低的现象，
由此可见，针对塔河油田原油集输管道采用的添加化学剂输送，存在可以使管输费用最小的防蜡剂添加量，这个防蜡剂最优添加量取决于防蜡剂的性能、防蜡剂的价格以及相应产生的动力及电力费用。在确定防蜡剂的最优加量时，应根据管道运行过程中的水力条件、热力条件及经济可行性来选择。
由于本文建议塔河油田釆用添加化学剂的化学防蜡技术与超声波防蜡技术相结合的原油管输方案，由于超声波对原油处理后，可以使原油与防蜡剂进行更加充分均勾的混合，在一定程度上提高了防蜡剂的防蜡效果，这也会节约防蜡剂的用量。因此在现场使用防蜡剂筛选出的防蜡剂时，防蜡剂的用量可以有所降低。
（3）防赌剂加剂温度的选择
防蜡剂的处理温度是原油集输管道进行加剂输送的一个很重要的工艺参数，处理温度过高或过低都会使防蜡剂的改性效果有所降低。针对筛选的单井油样，在防蜡剂的筛选实验过程中，对油样的加剂温度也进行了研究。根据实验结果，对于塔河可取60°C为加剂处理温度，在这一温度下，化学剂中的有效组分和原油中的蜡绝大部分溶解，胶质、沥青质充分游离出来，原油的轻质组分不会蒸发，这样，在蜡的冷却重结晶过程中，防蜡剂能较好地起到共晶或吸附作用，阻碍空间网络结构的生成，并充分发挥分散蜡晶的作用，减少或防止蜡在管道中的聚集和沉积。
2.2超声波防蜡方案研究
超声波防蜡装置包括超声波换能器、超声波聚能器、超声波电源发生器、超声波与换能器之间的匹配电路。可以安装在油井采油树的出油管线上，结合超声波防蜡装置的安装使用情况，建议现场的安装施工步骤如下:
(1)在采油树的出油管线处选择一段长度不小于2.5m长的直管段；
(2)将原管道按照超声波防蜡装置的长度用电气焊切割下来，并在切口处分别焊接上一个标准法兰（与超声波防蜡装置两个端口的法兰相同）；
(3)将超声波防蜡装置的两个端口法兰与原管道的法兰联结；
(4)安放超声波控制电源，并接通220V的电源；
(5)连结好超声波控制电缆，开机对装置进行调试，直到正常运行。
3效果分析
针对塔河油田原油在集输管道中产生的蜡沉积问题，通过将添加化学剂的防蜡技术和超声波处理两种防蜡方法案结合起来用于原油集输过程中的方式可以取得较好的经济效益。