官學源

中國石油天然氣管道工程有限公司沈陽分公司

 

摘要：某原油外輸管線原按稀油管道設計，因油田稠油上產，無法滿足輸送任務，急需研究混油輸送工藝。基于管道現狀，通過SPS建立原油管線外輸模型，經模擬計算分析，得出現役管道最佳稠油摻混比和最大輸送能力，為管線安全輸送提供理論依據。

關鍵詞：原油管線；稠油；輸送能力；摻混比；溫度；壓力

 

新疆油田北十六原油外輸管線原按稀油管道設計，于1989年投產，全長13.8 km，設計壓力2.5 MPa，管徑D159 mm。2009年隨著昌吉油田開發，吉七致密油和吉七稠油需與北十六原油混合輸送。混油輸送使管線輸量降至17 m3/h，無法滿足輸送任務，造成作業區原油儲罐高位運行，存在安全風險。而采取罐車運送方式，增加了運營成本。同時，管道運行壓力長年在2.5 MPa，使用年限已超30年，多次出現腐蝕泄漏。因此，急需研究北十六原油外輸管線混油輸送工藝。

1  原油產量和黏度變化情況

1.1  油品物性

吉七稠油、北十六原油、吉七致密油三種油品物性見表 1。

表 1 三種油品物性表

1.2  吉七稠油黏度變化

從表 2可以看出，吉七稠油30℃油品黏度2018年比2014年增大約0.7倍，混油黏度明顯增高。

表 2 吉七稠油黏度表

1.3  吉七稠油產量變化

北十六原油和致密油產量趨于穩定，而吉七稠油2018年產量為20×104 t，2020年為31.4×104 t，提高了1.57倍（圖 1）。隨著吉七稠油產量增大，導致混油黏度急劇增高（表 3）。

圖 1 吉七稠油產量預測

 
表 3 不同油品比例和溫度下混油黏度

2  混油黏度計算

針對混油黏度計算,目前還沒有比較完善的理論。國內外已公開發表了十幾種經驗公式、半經驗公式，國內學者多數采用已公開的文獻公式[1-5]。但這些公式都是利用某些試驗數據通過回歸分析得到的，計算誤差較大。

常見模型有：Arrhenius模型、Arrhenius修正模型1、Arrhenius修正模型2、Kendall-Monroe模型、Bingham模型、Bingham修正模型1、Bingham修正模型2、Cragoe模型、Cragoe修正模型1、Cragoe修正模型2、雙對數模型、雙對數修正模型1、雙對數修正模型2等。

采用上述任一單一公式計算混油黏度，Cragoe修正模型1、Cragoe修正模型2、雙對數模型計算結果誤差在9%～15%，其余模型誤差較大，Bingham修正模型1誤差甚至高達106%。

經模擬計算發現，先通過雙對數公式計算稀油和致密油混油黏度，再通過Cragoe修正模型1計算三種油品混油黏度，誤差為7.21%，計算結果誤差最小。

Cragoe修正模型1公式：

雙對數模型公式：

3  原油管線外輸模型

基于SPS建立北十六原油管線外輸模型（圖 2），考察吉七稠油不同摻混比、出站壓力及出站溫度下，該管線的最大輸量。

圖 2 北十六原油管線外輸模型

4  模擬分析

4.1  吉七稠油摻混比

外輸管線出站壓力2.5 MPa，進站壓力0.12 MPa，出站溫度65℃，地溫3℃，北十六原油和致密油處于穩產，產量分別為200 t/d和50 t/d。模擬計算結果表明，現役管道條件下，吉七稠油摻混比為2∶1時，最大輸量達到峰值750 t/d，其中吉七稠油最大混油量為500 t/d；繼續增加吉七稠油摻混比將導致其外輸能力下降（圖 3）。

圖 3 吉七稠油摻混比與最大輸量的關系

因此，現役管道混油最大輸送能力為750 t/d，吉七稠油最佳摻混比為2∶1，吉七稠油最大混油量為500 t/d。

4.2  出站壓力

計算北十六原油外輸管線實際承壓，參考GB 50253―2014《輸油管道工程設計規范》進行理論校核，管道強度校核見表 4，管道理論最大承壓為4.5 MPa。考慮到管線運行壓力長年在2.5 MPa，使用年限超30年，已多次出現腐蝕泄漏，提高出站壓力存在一定安全隱患，需要進行升壓試驗和管道檢測。

表 4 北十六原油外輸管線管道強度校核表

4.3  出站溫度

當地溫3℃，出站壓力2.5 MPa，進站壓力0.12 MPa，不同摻混比時出站溫度與最大輸量結果見表 5。

表 5 北十六原油外輸管線出站溫度與最大輸量

當吉七稠油摻混比4∶1時，出站溫度應不低于80℃，但溫度過高會影響隔熱材料和潤滑油耐溫性，實際運行中不能輸送。

4.4  最大輸量

當進站壓力0.12 MPa， 出站溫度65℃，地溫3℃，吉七稠油產量輸量≥900 t/d時，出站壓力與最大輸量結果見表 6。

表 6 北十六原油外輸管線出站壓力與最大輸量

當吉七稠油摻混比3∶1，出站壓力為理論最大承壓4.5 MPa時，管道理論最大輸量可達1325 t/d。

5  結論及建議

（1）先通過雙對數公式計算稀油和致密油混油黏度，再通過Cragoe修正模型1計算三種油品混油黏度，誤差為7.21%，計算結果誤差最小。

（2）現役管道外輸混油時吉七稠油最佳摻混比為2:1，出站壓力2.5 MPa，出站溫度65℃，最大混油輸量為750 t/d，其中吉七稠油混油量為500 t/d。

（3）當吉七稠油產量超過500 t/d，超出部分可通過車載拉運至下游，或對現役管道進行改造，通過提高出站壓力或出站溫度以增加輸量，但提壓前需對管線進行升壓試驗。

 

參考文獻： 

[1]楊莉，王從樂，姚玉萍，等. 風城超稠油摻柴油長距離輸送方法[J].油氣儲運，2011，30(10)：768-770.

[2]孫建剛，趙文峰，李慶杰.風城超稠油外輸管道摻稀輸送工藝[J].油氣儲運，2014，33(6)：662-679.

[3]沈曉燕，姚玉萍，熊小琴. 風城特稠油管線停輸再啟動模擬研究[J]. 石油天然氣學報，2009，31(3)：327-330.

[4]韓超，吳曉楠，杜洋. 新疆風城稠油高粘實質及其降粘方法探析[J]. 重慶科技學院學報，2010，12(6)：36-38.

[5]姚玉萍，沈曉燕，熊小琴，等.利用SPS仿真模擬軟件優化風城特稠油輸送工藝[J]. 石油天然氣學報（江漢石油學院學報），2009，31(3)：330-332.

 

作者簡介： 官學源 ，工程師，碩士， 2013年畢業于遼寧石油化工大學 。聯系方式： 18040014317，guanxueyuan00@126.com。