原油集输管道投球清蜡技术研究与应用

原油集输管道投球清蜡技术研究与应用

杨卫景,何满强  ,杨伟

中国石油华北油田二连分公司阿尔善作业区 内蒙古 锡林浩特 026000

摘要：在管道输送原油的过程中，不可避免的会出现管壁结蜡现象，蜡层会使原油输送面积减小，进而影响管道输送的经济效益，且蜡层未及时处理，严重可造成凝管事故。目前大多采油作业区使用投清蜡球来解决管道积蜡问题，并用收球率来衡量管线输送畅通情况，本文立足于目前工艺现状，通过研究管道沉积机理及结蜡速度，优选实验对象，预测合理的井场投球数，为今后的原油管道集输运行提供数据支撑。

关键词：原油集输管道；投球清蜡技术；研究与应用

l 集输出油管道现状

   某采油作业区说管道受油藏中原油性质影响，普遍存在结蜡现象。通过调研分析认为由于液量低导致管线内液体流速低，冲刷作用小，为蜡在原油管道内的结晶沉积提供了良好的条件。对作业区原油管道内结蜡速度进行统计发现，结蜡速度大于0.6mm/d 的区块油井占全区总井数的一半左右，参考国内外相关油田公司标准：当原油管道内壁的结蜡厚度达到 2 mm 时，就需要对管道进行清管作业。若未采取各种清蜡方法， 作业区部分原油管道很短的时间内就会达到清管要求。以往针对作业区原油集输管道的清蜡是采取“一天投一颗”的全区投球模式，特别是冬季低温环境下，为了保证冬季冷输平稳运行，试行“一天投两颗”的制度，管道投收球率95 %以上，此措施实施后管线热洗次数明显下降，这表明原油管道通过投双球清蜡效果显著，从而提出“一天多球”制度并研究投球参数。

2 井场投球参数的研究

2.1 管道蜡沉积机理

针对管道内部蜡沉积规律的分析，是做管道清蜡周期预测的必然条件。低液量含蜡原油在运行过程中，由于液量低，结蜡速度远远大于平稳运行管道速度，针对低液量含蜡原油运行的规律，结合沉积机理，分析适用于低液量含蜡原油运行的蜡沉积机理。

（1）管道蜡沉积机理分析低液量含蜡原油在运行阶段，其蜡沉积机理非常复杂，主要以分子扩散机理为依据进行分析即指管中心处液态油中蜡的浓度最大，这个浓度差使得蜡分子从管中心向管壁方向移动，在管道内壁粗糙处粘附．并不断沉积，导致沉积物的含蜡量不断增加，如下图1所示。

                  图1管道蜡沉积机理示意图

根据 Fick 扩散方程，分子扩散对蜡沉积速率的作用为：

式中：Wml一蜡沉积速度； pw一蜡的密度； Dw一蜡分子扩散系数；一蜡晶溶解度系数;（）w一管壁处径向温度梯度。

2.2清蜡球在管道中运动规律

文章将清蜡球在管道中运动分成三个阶段：

（1）蜡层破坏阶段：投球初期，清蜡球主要受到的是液体对球体的推力，短时间内蜡阻塞力变化较小，可以近似认为是稳定不变的。

（2）蜡层堆积阶段：投球中期，蜡屑在清蜡球前堆积，对清蜡球产生一个附加的阻力，该阻力随着清管长度的延长而逐渐增大，因此该阶段清蜡力在逐渐增大。

（3）蜡层衰退阶段：投球末期，清蜡球前堆积的蜡屑己抵达管道未端，逐渐被清除出管道，因此该阶段蜡阻塞力在逐渐变小。

2.3管道流态的判断

根据流体力学知识可知，气液两相混合流速为：

它表示两相混合物总体积流最与流通截面积之比。Vm一气液两相混合流速

雷诺数表示惯性与钻度的关系指数 Re＝ d·Vm/运动粘度，式中：d一管线内径、Vm一流速。

以水平气液两相管路流形为研究对象，为计算的方便，取出油管线管径为60 mm，壁厚4 mm，平均液量13 m，为计算数据，由Re= d · Vm/运动粘度可得雷诺数为：Re(侏罗)=377、Re(三叠)=1001

将雷诺数带入流态确认表格中，得出结论：管路流态均为层流。

2.4管道结蜡速度的计算

当流体为层流时，则按下式计算：

式中：V一流体的平均速度，m/s；μ一原油运动黏度，m2／s

将(3)式代入(2)式中，得：

将(4)式代入(1)式中，得：

沿程水头损失：

将(3)式代入(6)式中，得：

将(5)式代入(8)式中，得：

式(9)计算出的结蜡厚度是在理想条件下得出的结果，本文利用此公式与现场实际相结合，验证后添加纠偏系数β，得出作业区结蜡厚度公式为：

计算出结蜡后管线内径d后，即可计算管道平均结蜡厚度：

式中：do管道初始内径，mm

2.5井场投球数预测程序框图

图2 井场投球数预测程序框图

3现场应用及效果分析

3.1现场应用

例如：A井场出油管线内径为52 mm长度为900 m，液量为O.5m3/h，密度854kg/m3。代入上式得Wt=0.68mm/d，按照框图可将其球数预测为2 颗。

论证：结合现场数据，A井场输油管道执行的是投双球球制度。该井场执行双球制度后，收球率明显上升，后面恢复单球制度，收球率略降低，认为投双球制度更适合此井场。

3.2经济效益分析一热洗

投多球制度的实施，收球率明显提升，热洗次数较前年同期下降X次，累计节省Y万余元。

3.3经济效益分析一清蜡球

作业区清蜡球采购数量因收球率的提高大幅下降(收球率的上升，使得管道内清蜡球存留时间减少，进而使清蜡球泡涨碎裂的几率减少，清蜡球平均使用寿命提升 6个月)，按照单价7元计算，年累计节省l万元。

4结论

（1）对于作业区原油集输管道来说，如果管输液量较低，那么集输管道结蜡速度高，投多球效果较单球更好。

（2）清蜡球在管道中的清蜡过程分为：破环堆积衰退三个阶段。

（3）出油管线液量低，介质流速缓慢，管线直径小等因素，导致沿程水利摩阻较低。

（4）投多球制度，可以大幅减少管道扫线热洗频次，降本增效。

参考文献：

[1] 刘户凯，张帆，等．低输量含蜡原油管道蜡沉积与清管周期研究[J]．油气田地面工程，2018，37(5)：59—64．

[2] 从德胜.原油管道蜡沉积若干问题的研究综述[J]．江汉石油职工大学学报，2018，21(4)：61—65．

[3] 王传芳.大型输油管道中结蜡问题分析及投球清蜡技术[J].中国石油和化工标准与质量.2019,17（03）:115-117.