官學源1 王浩1 李雪飛1 馬天驕1 孫洪強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：以風城油田特稠油、克拉瑪依石化公司燃料油為研究對象，根據風克線實際運行工況，采用數值模擬方法，計算分析風克線輸送稠油的工作特性。在保證安全運行的前提下，確定混油（風城油田特稠油+克拉瑪依石化公司燃料油）輸送時摻入稀油量的合理配比，為今后制訂風城特稠油輸送方案提供理論依據與技術支持。

關鍵詞：風克線；特稠油；溫度；黏度；摻稀降黏輸送

風城—克拉瑪依稠油外輸管道（簡稱風克線）是國內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，分別輸送風城處理站混油（風城油田特稠油+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）。混油管道全長約102 km，設計輸量 500×104 t/a，設計壓力8 MPa，采用D457 mm×7.1 mm/L450直縫高頻焊鋼管，保溫層厚度60 mm。燃料油管道設計輸量 100×104 t/a，設計壓力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[1-2]。由于風城油田采用超稠油SAGD開發方式[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，其黏溫關系見表 1。由實驗得到摻入稀油量（摻稀量）5%、10%、15%、20%和25%的混合油品黏溫關系（表 2、圖 1）。可以看出：風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，黏度降低的幅度減小；當摻稀量大于15%時，黏度降低效果相對不明顯。混合油品的密度隨著摻稀量的增大而減小（表 2）。

表 1 風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。目前已公開發表了十幾種混油黏度計算經驗公式、半經驗公式和計算圖表。由于這些公式基本上都是利用某些油品的試驗數據通過回歸分析得到的，非理論推導出的，而且原油又是非常復雜的混合物，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用價值。近幾年來，一些學者經過試驗、分析和比較，發現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驗公式，有一定的理論基礎，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、稠油的體積分數，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，并與實驗數據進行對比，發現摻稀量越小平均相對誤差越小，黏度計算值與實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驗值對比

3  工藝分析

根據計算結果，結合管道運行情況，設置混油輸送邊界條件：風克線壓力小于8 MPa；首站出站溫度為90℃；克石化下載輸量4200 t/d；末站進站壓力為0.4 MPa，進站油溫≥50℃。

3.1  計算結果

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。這是因為當摻稀量小于8%時，油品黏度過大，輸送摩阻過高，導致其壓力超過規定值。摻稀量10%～25%范圍內，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隨摻稀量增大從層流變為紊流，同時在輸送過程中油品的散熱和摩擦生熱，導致該現象。

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，夏冬兩季油品進站溫度相差不大，冬季略高。這是因為，雖然夏冬兩季環境溫度相差很大，但管道的保溫效果很好，總傳熱系數相近，而總傳熱系數直接影響溫降和間接影響壓降和輸量，同時混合油品發生摩擦生熱導致該現象。

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  流態分析

最大輸量下，摻稀量10%、10%～15%、15%～25%的混油管輸流態分別為層流、不穩定區、水力光滑區。隨著摻稀量的增大，在其最大輸量下，雷諾數增大，流態發生變化，流態從層流轉變為紊流，是一種突變，而突變的雷諾數值一般在2000～3000，有時也存在雷諾數小于2000時進入紊流現象，所以應盡量避免在不穩定區域內工作，摻稀量15%～25%更符合風克線熱油管輸。從經濟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，最大輸量并非單調遞增，摻稀量13%時達到最大值。這是因為最大輸量下，混合油品管輸時流態隨摻稀量增大從層流變為紊流，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%為不穩定區，摻稀量15%～25%為水力光滑區。為避免在不穩定區域內工作，摻稀量15%～25%更符合熱油管輸。

（5）從經濟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：

[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]彭立帆. 新疆油田超稠油SAGD產能預測研究[D].西南石油大學，2017.

[4]葛陽. 風城油田重1井區SAGD參數優選及調整對策研究[D].西南石油大學，2019.

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：024-22983822，guanxueyuan00@126.com。