官學(xué)源1 王浩1 李雪飛1 馬天驕1 孫洪強(qiáng)2

1. 中國石油天然氣管道工程有限公司沈陽分公司 ； 2.中國石油管道局工程有限公司第三工程分公司

摘要：以風(fēng)城油田特稠油、克拉瑪依石化公司燃料油為研究對象，根據(jù)風(fēng)克線實(shí)際運(yùn)行工況，采用數(shù)值模擬方法，計算分析風(fēng)克線輸送稠油的工作特性。在保證安全運(yùn)行的前提下，確定混油（風(fēng)城油田特稠油+克拉瑪依石化公司燃料油）輸送時摻入稀油量的合理配比，為今后制訂風(fēng)城特稠油輸送方案提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：風(fēng)克線；特稠油；溫度；黏度；摻稀降黏輸送

風(fēng)城—克拉瑪依稠油外輸管道（簡稱風(fēng)克線）是國內(nèi)同類稠油輸送距離最長、輸量最大、口徑最大、輸送壓力和溫度最高的稠油外輸管道。目前已新建兩條輸油管道，分別輸送風(fēng)城處理站混油（風(fēng)城油田特稠油+克拉瑪依石化公司燃料油）和克石化公司燃料油（以下簡稱燃料油）�；煊凸艿廊�長約102 km，設(shè)計輸量 500×104 t/a，設(shè)計壓力8 MPa，采用D457 mm×7.1 mm/L450直縫高頻焊鋼管，保溫層厚度60 mm。燃料油管道設(shè)計輸量 100×104 t/a，設(shè)計壓力8 MPa，采用D219 mm×5.2 mm/L290直縫高頻焊鋼管。

稠油具有黏度高、密度大、流動性差等問題，我國常用的稠油集輸方式有加熱降黏輸送、摻熱水降黏輸送、乳化降黏輸送、摻稀油降黏輸送等工藝技術(shù)[1-2]。由于風(fēng)城油田采用超稠油SAGD開發(fā)方式[3-4]，油品溫度高，因此管道外輸工藝采用摻稀降黏輸送方式。

1  油品物性

風(fēng)城稠油50 ℃時黏度為29113.99 mPa·s，屬于特稠油。隨著溫度升高黏度下降，其黏溫關(guān)系見表 1。由實(shí)驗得到摻入稀油量（摻稀量）5%、10%、15%、20%和25%的混合油品黏溫關(guān)系（表 2、圖 1）。可以看出：風(fēng)城特稠油摻入稀油后，黏度顯著降低，是一種較有效的降黏方法；隨著摻稀量增大，黏度降低的幅度減�。划�(dāng)摻稀量大于15%時，黏度降低效果相對不明顯�；旌嫌推返拿芏入S著摻稀量的增大而減�。ū� 2）。

表 1 風(fēng)城特稠油溫度與黏度

表 2 不同摻稀量混合油品黏度與密度

圖 1 混合油品黏溫曲線

2  混合油品黏度的確定

2.1  混油黏度計算方程

稠油中摻入稀油降黏，需要計算混油黏度來確定摻稀量。目前已公開發(fā)表了十幾種混油黏度計算經(jīng)驗公式、半經(jīng)驗公式和計算圖表。由于這些公式基本上都是利用某些油品的試驗數(shù)據(jù)通過回歸分析得到的，非理論推導(dǎo)出的，而且原油又是非常復(fù)雜的混合物，因此這些推薦公式都是只適用于某一范圍的近似公式。尋求適用于高黏度比混油黏度計算公式，對于稠油稀釋降黏輸送才具有應(yīng)用價值。近幾年來，一些學(xué)者經(jīng)過試驗、分析和比較，發(fā)現(xiàn)雷德爾公式適用于高黏度比的混油黏度計算。該公式不是純粹的經(jīng)驗公式，有一定的理論基礎(chǔ)，在稠油摻稀油混合黏度的計算中效果更加理想。本文選用雷德爾公式計算混油黏度。

雷德爾方程見式（1）：

當(dāng)黏度比大于20時，按式（2）計算：

式中，χ1 ，χ2 分別為燃料油、稠油的體積分?jǐn)?shù)，無量綱；μ，μ1 ，μ2  分別為混合油品、燃料油和稠油的黏度，mPa·s；ρ1、ρ2 分別為燃料油、稠油的密度，g/cm3。

2.2  計算結(jié)果

通過雷德爾公式計算得出50℃～95℃時摻稀量5%～25%的油品黏度，并與實(shí)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)摻稀量越小平均相對誤差越小，黏度計算值與實(shí)驗值的相對平均誤差為9.84%（圖 2），雷德爾公式適用于計算風(fēng)城稠油摻稀油的混油黏度。

圖 2 混合油品的黏度計算值與實(shí)驗值對比

3  工藝分析

根據(jù)計算結(jié)果，結(jié)合管道運(yùn)行情況，設(shè)置混油輸送邊界條件：風(fēng)克線壓力小于8 MPa；首站出站溫度為90℃；克石化下載輸量4200 t/d；末站進(jìn)站壓力為0.4 MPa，進(jìn)站油溫≥50℃。

3.1  計算結(jié)果

夏季輸送摻稀量≤7%、冬季輸送摻稀量≤8%的混油時，管道壓力高于8 MPa，不符合輸送條件。這是因為當(dāng)摻稀量小于8%時，油品黏度過大，輸送摩阻過高，導(dǎo)致其壓力超過規(guī)定值。摻稀量10%～25%范圍內(nèi)，對最小輸量影響不大，最大輸量隨著摻稀量的增大呈先增大到最大值再減小再增大，在摻稀量13%時達(dá)到最大值。這是因為最大輸量下，不同摻稀量的混合油品管輸時其流態(tài)隨摻稀量增大從層流變?yōu)槲闪�，同時在輸送過程中油品的散熱和摩擦生熱，導(dǎo)致該現(xiàn)象。

如圖 3、圖 4所示，同一摻稀量的油品，夏冬兩季最大輸量和最小輸量相差不大，最大輸量夏季略高，而最小輸量冬季略高，即地溫變化對輸量影響不大。同一摻稀量油品，夏冬兩季油品進(jìn)站溫度相差不大，冬季略高。這是因為，雖然夏冬兩季環(huán)境溫度相差很大，但管道的保溫效果很好，總傳熱系數(shù)相近，而總傳熱系數(shù)直接影響溫降和間接影響壓降和輸量，同時混合油品發(fā)生摩擦生熱導(dǎo)致該現(xiàn)象。

圖 3 夏季混合油品輸送能力

圖 4 冬季混合油品輸送能力

3.2  流態(tài)分析

最大輸量下，摻稀量10%、10%～15%、15%～25%的混油管輸流態(tài)分別為層流、不穩(wěn)定區(qū)、水力光滑區(qū)。隨著摻稀量的增大，在其最大輸量下，雷諾數(shù)增大，流態(tài)發(fā)生變化，流態(tài)從層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪�，是一種突變，而突變的雷諾數(shù)值一般在2000～3000，有時也存在雷諾數(shù)小于2000時進(jìn)入紊流現(xiàn)象，所以應(yīng)盡量避免在不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)工作，摻稀量15%～25%更符合風(fēng)克線熱油管輸。從經(jīng)濟(jì)和管輸稠油難易程度綜合考慮，在大輸量下混合油品摻稀量15%比較合適。

4  結(jié)論

（1）混油摻稀量夏季≤7%、冬季≤8%，管道壓力高于8 MPa時，不符合輸送條件。

（2）相同摻稀量條件下，地溫變化對混油輸量影響不大。

（3）隨著摻稀量不斷增大，油品黏度減小，最大輸量并非單調(diào)遞增，摻稀量13%時達(dá)到最大值。這是因為最大輸量下，混合油品管輸時流態(tài)隨摻稀量增大從層流變?yōu)槲闪鳎�同時在輸送過程中油品的散熱和摩擦生熱所致。

（4）最大輸量下，摻稀量10%為層流，摻稀量10%～15%為不穩(wěn)定區(qū)，摻稀量15%～25%為水力光滑區(qū)。為避免在不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)工作，摻稀量15%～25%更符合熱油管輸。

（5）從經(jīng)濟(jì)和管輸稠油難易程度綜合考慮，在大輸量下混油摻稀量15%比較合適。

參考文獻(xiàn)：

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

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

[3]彭立帆. 新疆油田超稠油SAGD產(chǎn)能預(yù)測研究[D].西南石油大學(xué)，2017.

[4]葛陽. 風(fēng)城油田重1井區(qū)SAGD參數(shù)優(yōu)選及調(diào)整對策研究[D].西南石油大學(xué)，2019.

作者簡介：官學(xué)源，工程師，碩士，2013年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)。聯(lián)系方式：024-22983822，guanxueyuan00@126.com。