官学源

中国石油天然气管道工程有限公司沈阳分公司

 

摘要：某原油外输管线原按稀油管道设计，因油田稠油上产，无法满足输送任务，急需研究混油输送工艺。基于管道现状，通过SPS建立原油管线外输模型，经模拟计算分析，得出现役管道最佳稠油掺混比和最大输送能力，为管线安全输送提供理论依据。

关键词：原油管线；稠油；输送能力；掺混比；温度；压力

 

新疆油田北十六原油外输管线原按稀油管道设计，于1989年投产，全长13.8 km，设计压力2.5 MPa，管径D159 mm。2009年随着昌吉油田开发，吉七致密油和吉七稠油需与北十六原油混合输送。混油输送使管线输量降至17 m3/h，无法满足输送任务，造成作业区原油储罐高位运行，存在安全风险。而采取罐车运送方式，增加了运营成本。同时，管道运行压力长年在2.5 MPa，使用年限已超30年，多次出现腐蚀泄漏。因此，急需研究北十六原油外输管线混油输送工艺。

1  原油产量和黏度变化情况

1.1  油品物性

吉七稠油、北十六原油、吉七致密油三种油品物性见表 1。

表 1 三种油品物性表

1.2  吉七稠油黏度变化

从表 2可以看出，吉七稠油30℃油品黏度2018年比2014年增大约0.7倍，混油黏度明显增高。

表 2 吉七稠油黏度表

1.3  吉七稠油产量变化

北十六原油和致密油产量趋于稳定，而吉七稠油2018年产量为20×104 t，2020年为31.4×104 t，提高了1.57倍（图 1）。随着吉七稠油产量增大，导致混油黏度急剧增高（表 3）。

图 1 吉七稠油产量预测

 
表 3 不同油品比例和温度下混油黏度

2  混油黏度计算

针对混油黏度计算,目前还没有比较完善的理论。国内外已公开发表了十几种经验公式、半经验公式，国内学者多数采用已公开的文献公式[1-5]。但这些公式都是利用某些试验数据通过回归分析得到的，计算误差较大。

常见模型有：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、双对数模型、双对数修正模型1、双对数修正模型2等。

采用上述任一单一公式计算混油黏度，Cragoe修正模型1、Cragoe修正模型2、双对数模型计算结果误差在9%～15%，其余模型误差较大，Bingham修正模型1误差甚至高达106%。

经模拟计算发现，先通过双对数公式计算稀油和致密油混油黏度，再通过Cragoe修正模型1计算三种油品混油黏度，误差为7.21%，计算结果误差最小。

Cragoe修正模型1公式：

双对数模型公式：

3  原油管线外输模型

基于SPS建立北十六原油管线外输模型（图 2），考察吉七稠油不同掺混比、出站压力及出站温度下，该管线的最大输量。

图 2 北十六原油管线外输模型

4  模拟分析

4.1  吉七稠油掺混比

外输管线出站压力2.5 MPa，进站压力0.12 MPa，出站温度65℃，地温3℃，北十六原油和致密油处于稳产，产量分别为200 t/d和50 t/d。模拟计算结果表明，现役管道条件下，吉七稠油掺混比为2∶1时，最大输量达到峰值750 t/d，其中吉七稠油最大混油量为500 t/d；继续增加吉七稠油掺混比将导致其外输能力下降（图 3）。

图 3 吉七稠油掺混比与最大输量的关系

因此，现役管道混油最大输送能力为750 t/d，吉七稠油最佳掺混比为2∶1，吉七稠油最大混油量为500 t/d。

4.2  出站压力

计算北十六原油外输管线实际承压，参考GB 50253―2014《输油管道工程设计规范》进行理论校核，管道强度校核见表 4，管道理论最大承压为4.5 MPa。考虑到管线运行压力长年在2.5 MPa，使用年限超30年，已多次出现腐蚀泄漏，提高出站压力存在一定安全隐患，需要进行升压试验和管道检测。

表 4 北十六原油外输管线管道强度校核表

4.3  出站温度

当地温3℃，出站压力2.5 MPa，进站压力0.12 MPa，不同掺混比时出站温度与最大输量结果见表 5。

表 5 北十六原油外输管线出站温度与最大输量

当吉七稠油掺混比4∶1时，出站温度应不低于80℃，但温度过高会影响隔热材料和润滑油耐温性，实际运行中不能输送。

4.4  最大输量

当进站压力0.12 MPa， 出站温度65℃，地温3℃，吉七稠油产量输量≥900 t/d时，出站压力与最大输量结果见表 6。

表 6 北十六原油外输管线出站压力与最大输量

当吉七稠油掺混比3∶1，出站压力为理论最大承压4.5 MPa时，管道理论最大输量可达1325 t/d。

5  结论及建议

（1）先通过双对数公式计算稀油和致密油混油黏度，再通过Cragoe修正模型1计算三种油品混油黏度，误差为7.21%，计算结果误差最小。

（2）现役管道外输混油时吉七稠油最佳掺混比为2:1，出站压力2.5 MPa，出站温度65℃，最大混油输量为750 t/d，其中吉七稠油混油量为500 t/d。

（3）当吉七稠油产量超过500 t/d，超出部分可通过车载拉运至下游，或对现役管道进行改造，通过提高出站压力或出站温度以增加输量，但提压前需对管线进行升压试验。

 

参考文献： 

[1]杨莉，王从乐，姚玉萍，等. 风城超稠油掺柴油长距离输送方法[J].油气储运，2011，30(10)：768-770.

[2]孙建刚，赵文峰，李庆杰.风城超稠油外输管道掺稀输送工艺[J].油气储运，2014，33(6)：662-679.

[3]沈晓燕，姚玉萍，熊小琴. 风城特稠油管线停输再启动模拟研究[J]. 石油天然气学报，2009，31(3)：327-330.

[4]韩超，吴晓楠，杜洋. 新疆风城稠油高粘实质及其降粘方法探析[J]. 重庆科技学院学报，2010，12(6)：36-38.

[5]姚玉萍，沈晓燕，熊小琴，等.利用SPS仿真模拟软件优化风城特稠油输送工艺[J]. 石油天然气学报（江汉石油学院学报），2009，31(3)：330-332.

 

作者简介： 官学源 ，工程师，硕士， 2013年毕业于辽宁石油化工大学 。联系方式： 18040014317，guanxueyuan00@126.com。