賈雪松 王飛 趙海燕 (大慶石油學院)

含蠟原油輸送管道的再啟動保護

賈雪松 王飛 趙海燕 (大慶石油學院)

科特原油管道系統(tǒng)非計劃停輸三周后,成功地進行了再啟動。這是利用降凝劑為輸送含蠟原油的管道系統(tǒng)提供再啟動保護的成功范例。此例為實驗室所預(yù)測的數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實際的再啟動數(shù)據(jù)之比較提供了資料。

含蠟原油 管道停輸 管道再啟動 降凝劑

1 背景

科特油田由兩個油藏組成,鉆探試驗取得的油樣評價表明,某些油井的原油傾點高達24℃,用模型管道測得0℃時的屈服值高達120 Pa。

由于科特原油的含蠟特性,以及受輸送管道和增壓泵的限制,制定了提供給海爾德A平臺原油的性能要求,最高傾點定為0℃,0℃時測得的最大屈服值為16.8 Pa。

受原油產(chǎn)量的限制,不可能在管道啟動之前進行廣泛的降凝劑室內(nèi)實驗。不過,已篩選出一種有效的降凝劑,但需要的添加量大,處理成本高。

1984年荷蘭大陸石油公司首次從科特油田生產(chǎn)原油。為了研究可靠的方法和步驟,以定量蠟的嚴重影響程度,以及研制可使管道系統(tǒng)在最低成本下安全運行的降凝劑,該公司制定了一個實驗室計劃。該計劃主要集中于儀器和方法的研究,使實驗室測定的原油傾點和屈服值能代表和反映管道系統(tǒng)內(nèi)原油的實際物性。這種方法一旦確定,便能評價賣方提供的或者室內(nèi)研制的各種降凝劑,以確定最有效的廉價藥劑。

2 試驗方法的研究

2.1 傾點

以傾點來表示含蠟原油的特征,以及熱歷史對結(jié)果的影響已有廣泛的報道。在此項研究中,處理前后原油的傾點是用修改后的ASTM-D97試驗方法來確定 (該方法中修改了油樣的預(yù)熱溫度)。標準方法要求試驗期間 (在降溫之前)將試樣加熱至46℃。修改后的試驗方法是將試樣重新加熱至現(xiàn)場原油可能受到的最熱溫度,一般是油藏溫度或加熱爐 (處理器)溫度。根據(jù)室內(nèi)和現(xiàn)場對大量原油的測定,包括科特原油在內(nèi),可以相信,修改后的方法更能精確地指示現(xiàn)場條件下的傾點。

對科特油而言,油藏溫度約為70℃,平臺處理溫度為74℃。因此,在修改后的方法中,試樣被加熱至74℃,持續(xù)2 h,然后冷卻,直至凝固,確定其傾點。在平臺上 (用地層原油)和試驗室對標準的和修改后的試驗方法進行了比較。在平臺上試驗時,用取自74℃的原油作為就地熱油試樣,然后冷卻,直至凝固。這樣總是得出最低的傾點,這種傾點稱為“實際傾點”。

試驗前,如果將這些試樣中的一部分降至環(huán)境溫度,然后重新加熱至46℃,通常會測得較高的傾點。另一方面,如果在實驗前將冷卻至環(huán)境溫度的一部分試樣重新加熱至74℃,便得到與實際傾點相近的結(jié)果。

室內(nèi)實驗是在荷蘭和美國兩地進行的,同樣的溫度影響甚至比平臺上觀察到的更明顯。試樣被運送上岸及至美國的過程中,經(jīng)歷了較大的溫度變化。對試樣進行了大范圍的預(yù)熱溫度試驗,然而,只有當試樣被重新加熱至現(xiàn)場溫度時,所測得的結(jié)果才與用地層原油測得的“實際傾點”相近。

2.2 屈服點

為了能預(yù)測管道系統(tǒng)所需的再啟動壓力,原油的屈服點或膠凝強度比其傾點更為有用,不足之處是缺少標準的工業(yè)測試方法,而且需要48 h或更長的測試時間,所需的原油用量也較大。

原油的屈服值由浸泡在溫控水域中的模型試驗管道測定。最初的試驗和方法研究在俄克拉荷馬州龐克城Conoco研究發(fā)展中心的模擬管路上進行,管道直徑25.4 mm,長3.05 m。然后建立了同樣的第二條模擬管路。建立第二條模擬管路是為了就地監(jiān)控和實施屈服值特性的測試,同樣避免運送大量試樣到美國,節(jié)省了時間和費用。從技術(shù)觀點看,將第二條模擬管路就地安裝在平臺上是非常理想的,但由于受場地和人力的限制而未實施。

研究計劃進行到6個月,建立了第三條模擬管路,其直徑6.17 mm,長16 m,目的是從這條與工業(yè)上規(guī)模相近的模型管道得到對比數(shù)據(jù)。

對測試變量,如預(yù)加熱溫度、冷卻速率、剪切速率和測試溫度等影響的研究,證實了其他人所報道的一般趨勢和觀察結(jié)果。這些變量對科特原油也很重要。此外,不可能標定模型管路,因為文獻中幾乎沒有報道過相似條件下從現(xiàn)場管道系統(tǒng)和室內(nèi)模擬管路測得的屈服值和再啟動壓力數(shù)據(jù)。另外,不可能得到標定模型管路所需的同樣液體測試試樣?，F(xiàn)場模擬數(shù)據(jù)相當少并不奇怪,即使從室內(nèi)得到數(shù)據(jù)相當容易,含蠟原油管道的操作人員并不愿意關(guān)閉幾天或數(shù)周去做這種實驗,不僅是由于產(chǎn)量減少而降低收益,若原油形成阻礙流動的膠凝結(jié)構(gòu),還要冒不能再啟動的風險。

最后,選取的測試條件最接近模擬現(xiàn)場原油所處的條件。

對11家藥劑商推薦的降凝劑進行了傾點和屈服值的性能評定。由于降凝劑只對特定原油有效,故在推薦之前,每個廠家都用其產(chǎn)品對科特原油進行了試驗。

所做的最后評定是在未處理原油中加入一個已知量的藥劑,按Conoco公司研究的方法測量傾點和屈服值,改變降凝劑濃度使之滿足性能要求。最后選取了Conoco公司的 Gelstop78降凝劑?？铺睾吐甯窕旌嫌偷奶幚碜钣行А榱诉_到0℃時的傾點和0℃時所測的屈服值為16.8 Pa的要求,在科特和洛格混合油中只需體積濃度為 0.000 2～0.000 25的添加劑 (在單一的科特原油組分中需0.000 325～0.000 4)。為了確定溫度對原油屈服值的影響,模型管路除了在0℃測試外,還在3、6、9℃進行了測試,以確定降凝劑處理方案的安全邊界和觀察海底溫度季節(jié)性變化的影響。

兩條直徑不同的模型管路測得的結(jié)果在此屈服值范圍 (19 Pa)吻合得很好。在更高的屈服值范圍 (如未處理原油的屈服值),小直徑模型管路比大直徑模型管路測得的屈服值高2～3倍。冬季最低海底溫度為3～6℃,夏季為9～12℃。6℃時的屈服值比0℃的屈服值低一半多;9℃時的屈服值再小一半,故處理到3℃,即低于當時的海底溫度,應(yīng)該是達到一定的界限了。

3 系統(tǒng)停輸

一艘長166 m的瑞典輪船在一次臺風中失控,大風和巨浪驅(qū)使該船漂向海爾德和黑爾姆平臺,該船在輸送管道處下沉,之后不久管壓突然下降,管道被迫停運。臺風過后的第三天,調(diào)查船證實,失事船的殘骸正橫臥在管道線路上。

當管道停運時,科特-海爾德管段內(nèi)的原油含0.000 142的降凝劑。據(jù)估計,海水溫度為 6～7℃。

從荷蘭SGS試驗室搜集的歷史平均數(shù)據(jù)可以看出,科特和洛格混合油的屈服值在6℃時預(yù)測為

11.5 Pa。再啟動壓力由下式計算:

式中P——再啟動壓降,MPa;

Y——屈服值,Pa;

L——管道長度,km;

D——管道內(nèi)徑,mm。

科特—海爾德管道長20.4 km,直徑286 mm,預(yù)計再啟動壓力為3.3 MPa。

4 系統(tǒng)的再啟動

修復(fù)管道用了24天,在失事船殘骸兩端將管道截斷,另敷設(shè)一段新管旁路連接。重新再啟動管道并嚴密監(jiān)測壓力讀數(shù)。泵啟動10 min后,科特平臺上最高出口壓力為3.6 MPa,管道終端的相應(yīng)表壓為0.2 MPa。故啟動時,管道上的最大壓降為3.4 MPa,這與預(yù)計的啟動壓力值3.3 MPa非常相近。

用處理過的原油將停輸期間管內(nèi)的原油替換出來,并以此作為試樣,用兩種模型管路——荷蘭SGS試驗室大直徑模型管路和Conoco研究發(fā)展中心小直徑模型管路進行了測試。模型管路測得結(jié)果一般都有一定的差別,不過,在此屈服值范圍內(nèi),這些數(shù)據(jù)表明兩條模型管路給出的結(jié)果相差不大。此外確定了再啟動壓力應(yīng)在2.1～3.5 MPa范圍。

5 結(jié)論

降凝劑可有效地用于輸送含蠟原油管道的再啟動保護。在科特管道非計劃停輸期間采用了這種處理方法,這是由于它能防止原油凝固,使原油迅速重新流動,不超過原油的再啟動壓力。然而,降凝劑只對特定的原油有效,故應(yīng)仔細地進行篩選。

用模型管路可以預(yù)測再啟動壓力的大小。試驗條件對測試結(jié)果有很大影響,因此試驗條件應(yīng)盡可能地符合現(xiàn)場條件。

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.7.014

2009-05-21)