官学源1 王浩1 李雪飞1 马天骄1 孙洪强2

1. 中国石油天然气管道工程有限公司沈阳分公司 ； 2.中国石油管道局工程有限公司第三工程分公司

摘要：以风城油田特稠油、克拉玛依石化公司燃料油为研究对象，根据风克线实际运行工况，采用数值模拟方法，计算分析风克线输送稠油的工作特性。在保证安全运行的前提下，确定混油（风城油田特稠油+克拉玛依石化公司燃料油）输送时掺入稀油量的合理配比，为今后制订风城特稠油输送方案提供理论依据与技术支持。

关键词：风克线；特稠油；温度；黏度；掺稀降黏输送

风城—克拉玛依稠油外输管道（简称风克线）是国内同类稠油输送距离最长、输量最大、口径最大、输送压力和温度最高的稠油外输管道。目前已新建两条输油管道，分别输送风城处理站混油（风城油田特稠油+克拉玛依石化公司燃料油）和克石化公司燃料油（以下简称燃料油）。混油管道全长约102 km，设计输量 500×104 t/a，设计压力8 MPa，采用D457 mm×7.1 mm/L450直缝高频焊钢管，保温层厚度60 mm。燃料油管道设计输量 100×104 t/a，设计压力8 MPa，采用D219 mm×5.2 mm/L290直缝高频焊钢管。

稠油具有黏度高、密度大、流动性差等问题，我国常用的稠油集输方式有加热降黏输送、掺热水降黏输送、乳化降黏输送、掺稀油降黏输送等工艺技术[1-2]。由于风城油田采用超稠油SAGD开发方式[3-4]，油品温度高，因此管道外输工艺采用掺稀降黏输送方式。

1  油品物性

风城稠油50 ℃时黏度为29113.99 mPa·s，属于特稠油。随着温度升高黏度下降，其黏温关系见表 1。由实验得到掺入稀油量（掺稀量）5%、10%、15%、20%和25%的混合油品黏温关系（表 2、图 1）。可以看出：风城特稠油掺入稀油后，黏度显著降低，是一种较有效的降黏方法；随着掺稀量增大，黏度降低的幅度减小；当掺稀量大于15%时，黏度降低效果相对不明显。混合油品的密度随着掺稀量的增大而减小（表 2）。

表 1 风城特稠油温度与黏度

表 2 不同掺稀量混合油品黏度与密度

图 1 混合油品黏温曲线

2  混合油品黏度的确定

2.1  混油黏度计算方程

稠油中掺入稀油降黏，需要计算混油黏度来确定掺稀量。目前已公开发表了十几种混油黏度计算经验公式、半经验公式和计算图表。由于这些公式基本上都是利用某些油品的试验数据通过回归分析得到的，非理论推导出的，而且原油又是非常复杂的混合物，因此这些推荐公式都是只适用于某一范围的近似公式。寻求适用于高黏度比混油黏度计算公式，对于稠油稀释降黏输送才具有应用价值。近几年来，一些学者经过试验、分析和比较，发现雷德尔公式适用于高黏度比的混油黏度计算。该公式不是纯粹的经验公式，有一定的理论基础，在稠油掺稀油混合黏度的计算中效果更加理想。本文选用雷德尔公式计算混油黏度。

雷德尔方程见式（1）：

当黏度比大于20时，按式（2）计算：

式中，χ1 ，χ2 分别为燃料油、稠油的体积分数，无量纲；μ，μ1 ，μ2  分别为混合油品、燃料油和稠油的黏度，mPa·s；ρ1、ρ2 分别为燃料油、稠油的密度，g/cm3。

2.2  计算结果

通过雷德尔公式计算得出50℃～95℃时掺稀量5%～25%的油品黏度，并与实验数据进行对比，发现掺稀量越小平均相对误差越小，黏度计算值与实验值的相对平均误差为9.84%（图 2），雷德尔公式适用于计算风城稠油掺稀油的混油黏度。

图 2 混合油品的黏度计算值与实验值对比

3  工艺分析

根据计算结果，结合管道运行情况，设置混油输送边界条件：风克线压力小于8 MPa；首站出站温度为90℃；克石化下载输量4200 t/d；末站进站压力为0.4 MPa，进站油温≥50℃。

3.1  计算结果

夏季输送掺稀量≤7%、冬季输送掺稀量≤8%的混油时，管道压力高于8 MPa，不符合输送条件。这是因为当掺稀量小于8%时，油品黏度过大，输送摩阻过高，导致其压力超过规定值。掺稀量10%～25%范围内，对最小输量影响不大，最大输量随着掺稀量的增大呈先增大到最大值再减小再增大，在掺稀量13%时达到最大值。这是因为最大输量下，不同掺稀量的混合油品管输时其流态随掺稀量增大从层流变为紊流，同时在输送过程中油品的散热和摩擦生热，导致该现象。

如图 3、图 4所示，同一掺稀量的油品，夏冬两季最大输量和最小输量相差不大，最大输量夏季略高，而最小输量冬季略高，即地温变化对输量影响不大。同一掺稀量油品，夏冬两季油品进站温度相差不大，冬季略高。这是因为，虽然夏冬两季环境温度相差很大，但管道的保温效果很好，总传热系数相近，而总传热系数直接影响温降和间接影响压降和输量，同时混合油品发生摩擦生热导致该现象。

图 3 夏季混合油品输送能力

图 4 冬季混合油品输送能力

3.2  流态分析

最大输量下，掺稀量10%、10%～15%、15%～25%的混油管输流态分别为层流、不稳定区、水力光滑区。随着掺稀量的增大，在其最大输量下，雷诺数增大，流态发生变化，流态从层流转变为紊流，是一种突变，而突变的雷诺数值一般在2000～3000，有时也存在雷诺数小于2000时进入紊流现象，所以应尽量避免在不稳定区域内工作，掺稀量15%～25%更符合风克线热油管输。从经济和管输稠油难易程度综合考虑，在大输量下混合油品掺稀量15%比较合适。

4  结论

（1）混油掺稀量夏季≤7%、冬季≤8%，管道压力高于8 MPa时，不符合输送条件。

（2）相同掺稀量条件下，地温变化对混油输量影响不大。

（3）随着掺稀量不断增大，油品黏度减小，最大输量并非单调递增，掺稀量13%时达到最大值。这是因为最大输量下，混合油品管输时流态随掺稀量增大从层流变为紊流，同时在输送过程中油品的散热和摩擦生热所致。

（4）最大输量下，掺稀量10%为层流，掺稀量10%～15%为不稳定区，掺稀量15%～25%为水力光滑区。为避免在不稳定区域内工作，掺稀量15%～25%更符合热油管输。

（5）从经济和管输稠油难易程度综合考虑，在大输量下混油掺稀量15%比较合适。

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]彭立帆. 新疆油田超稠油SAGD产能预测研究[D].西南石油大学，2017.

[4]葛阳. 风城油田重1井区SAGD参数优选及调整对策研究[D].西南石油大学，2019.

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：024-22983822，guanxueyuan00@126.com。