（石油与天然气工程专业论文）阿独管道优化运行技术研究.pdf

单位代码：1 0 4 2 5 学号：g 0 6 0 6 0 1 0 寸阂石油六学 工程硕士学位论文 c h i n au n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m d eg r e et h e s i so fe n g i n e e r i n gm a s t e r 阿独管道优化运行技术研究 o p t i m a lo p e r a t i o nr e s e a r c hf o rt h ep i p e l i n eo f a l a s h a n k o u d u s h a n z i 工程领域：石油与天然气工程 研究方向：油气储运工程 作者姓名：李建良 校内导师：张国忠教授 现场导师：高新楼高级工程师 二。一。年五月 l u lii ii i i ii i i ii ii iu l 17 7 7 6 3 5 o p t i m a lo p e r a t i o nr e s e a r c hf o rt h ep i p e l i n eo f a l a s h a n k o u d u s h a n z i at h e s i ss u b m i t t e df o rt h e d e g r e eo fe n g n e e r i n gm a s t e r c a n d i a t e ：l ij i a nl i a n g s u p e r v i s o r ：p r o f z h a n gg u oz h o n g c o l l e g eo f a r c h i t e c t u r e s t o r a g ee n g i n e e r i n g c h i n au n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m ( e a s t c h i n a ) 关于学位论文的独创性声明 声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作 所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经 加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包 含本人或他人为获得中国石油大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作 出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：盔垃 日期：年月日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限 于其印刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国 家有关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文， 允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者 指导教师签名 日期：年 日期：”j 口年 月日 歹月巧日 摘要 中哈管道输送库姆科尔和西伯利亚按照一定比例进行混合后的原油，混合原 油的比例随季节变化，导致管道输送混油的流变性随之变化。为了保障进入境内 后的原油输送安全，本文针对阿独管道具体热力、水力设备状况，对不同比例的 混合原油开展了管输工艺模拟实验、原油流变性实验研究，并进行了相关工艺计 算，确定了冬季管道输送混合原油的加热温度和安全停输时间，对中哈管道清管 造成的阿独管道首站大罐最低安全运行罐位升高带来的不安全因素进行了分析 并提出了合理建议。各项研究成果为阿独管道安全运行提供技术支持。 关键词：阿独管道，优化运行，流变性 2 a b s t r a c t t h ec h i n a - k a z a k h s t a np i p e l i n et r a n s p o r t sao 圮r t a i np r o p o r t i o no fm i x e dc r u d eo i lo f k u m u k e e ra n ds i b e r i a ，m i x e dc r u d e0 i l c h a n g e sw i t ht h es e a s o n sl e a dt op i p e l i n e c o n t a m i n a t e dt h e o l o g yc h a n g e s 嬲w e l l i no r d e rt op r o t e c tt h et e r r i t o r ya f t e rt h ec r u d eo i l i n t ot h es a f e t y , i nt h i sp a p e r , as i n g l ec h a n n e lo fs p e c i f i ch e a t ，h y d r a u l i ce q u i p m e n ts t a t u s ， p a i r so fd i f f e r e n tp r o p o r t i o n so fm i x e d 伽d eo i lp i p e l i n et r a n s p o r t a t i o np r o c e s sc a r r i e d o u ts i m u l a t i o ne x p e r i m e n t s ，a n dr e s e a r c h e do i lr h e o l o g i c a lo ft h ec r u d e ，a n dc a r r i e do u t t h er e l e v a n tp r o c e s sc a l c u l a t i o n st od e t e r m i n et h em i xo fo r u d eo i lp i p e l i n ed u r i n gt h e w i n t e rh e a t i n gt e m p e r a t u r ea n ds a f es h u t d o w nt i m e t h i sp a p e rp u tf o r w a r dr e a s o n a b l e p r o p o s a l sf o rc h i n a - k a z a k h s t a np i p e l i n ed u et oc l e a rt h ep i p ec a u s ei n s e c u r i t yf a c t o r so f f i r s tt a n k sl e v e lo fc l u d eo i l t h er e s e a r c hr e s u l t sp r o v i d et e c h n i c a ls u p p o r tf o rt h es a f e o p e r a t i o no fp i p e l i n e s k e y w o r d s ：t h ep i p e l i n eo f a l a s h a n k o u - d u s h a n z i ，o p t i m a lo p e r a t i o n , r h e o l o g y 3 1 2 2 原油流变性影响因素3 1 3 研究目标和主要研究内容5 1 3 1 研究目标5 1 3 2 主要研究内容5 第二章阿独管道概况6 第三章原油流变性研究及管道运行现场测试8 3 1 阿独管道所输原油基本物性测试8 3 2 管道冬季输送不同比例加剂原油流变性室内研究1 4 3 2 1 管道冬季输送不同比例加剂原油模拟实验1 4 3 2 2 阿独管道输送不同配比加剂原油不同热处理温度实验1 5 3 3 阿独管道加热能力核算1 6 3 4 管输加剂原油的现场跟踪监测1 8 3 4 1 原油粘度测试1 8 3 4 2 泵效测试1 8 3 4 3 炉效测试2 7 3 5 首站大罐沉积原油实验分析：3 7 第四章管道冬季停输再启动研究及计算结果分析4 0 4 1 原油屈服值测定4 0 4 2 阿独管道冬季停输最大启动压力计算4 3 4 3 阿独管道冬季停输时间计算4 3 第五章全文总结4 5 参考文献l 攻读硕士学位期间取得的学术成果l i 致谢1 ii 中国石油大学( 华东) t 程硕士学位论文 第一章绪论 输工艺一直是我国油气储运界科学研究的主题之一。我国原 改善此类原油的低温流动性，通常采取热处理、添加减阻剂、 法，但这些方法普遍存在管道的输量范围较窄、输送能耗大、 设备投资和管理费用高以及管道运行存在安全隐患等问题。随着我国国民经济的快速发 展，原油消费量逐年增加，远远超过国内原油生产的增长速度，为满足国内对原油的需 求量，我国从哈萨克斯坦等国家进口原油，以解决日益突出的国内原油供需矛盾【l - 3 。 阿拉山口到独山子原油管道( 以下简称阿独管道) 是中哈原油管道中国境内部分， 全长2 4 6 公里，是我国第一条长距离、大管径、高度自动化跨国原油管道。2 0 0 5 年1 2 月，随着中哈管道的投产，阿独管道便担负起从哈萨克斯坦进口原油的使命。 中哈管道输送的原油是哈萨克斯坦库姆科尔油田的原油和俄罗斯的西西伯利亚、阿 克纠宾原油按照一定比例进行混合后的原油。哈萨克斯坦库姆科尔油田的原油含蜡量、 凝点和粘度都比较高，冬季中哈管道接收的哈萨克斯坦库姆科尔油田的原油加了一定比 例的降凝剂，中哈管道的原油掺入俄罗斯原油比例随季节不同而不同。随着中哈管道输 送的原油比例变化，管道的混合原油流变性也发生变化，所以有必要对管道不同比例的 混合原油流变性规律进行研究。 1 2 原油流变性及影响因素概述 1 2 1 含蜡原油流变性 1 2 1 1 屈服特性 流变测量学是流变学的一个分支，它的主要内容是研究如何测量物料函数和流变参 数。原油室内流变参数的测定是原油管输工艺的基础。含蜡原油胶凝不同一般的具 有屈服特性的物质，根据以往实验发现，含蜡原油凝胶具有三个非常明显的特征1 4 1 ：a ) 3 单性( 虎克) 响应渤缓慢的蠕变现象，导致类似断裂的结构破坏；c ) 与固体断裂相似的似 断裂行为。这些特征表明含蜡原油胶凝在外加压力超过其屈服值时，不一定马上产生屈 服流动，而是要经过一定时间使原油结构发生裂解、屈服直至最后流动。目前含蜡原 油的屈服过程可采用动屈服应力、静屈服应力和弹性极限应力来描述。动屈服应力是物 料由流动到停止流动的一个临界剪切应力；相应地，静屈服应力是物料由静止状态到流 。 绪论 动状态的剪切应力。动屈服应力是由平衡流变曲线外延确定的，因此它反映了经过破坏 后不能完全恢复的残余结构的强度【4 】。1 9 7 1 年d a v e r p o r t 和s o m p e r 研究了含蜡原油的 屈服值和裂降特性，他们认为原油的裂解是原油粘度变化导致的而不是屈服应力的变化 导致的嘲。 1 2 1 2 触变特性 含蜡原油的触变特性是胶凝原油经受一定时间的剪切后变稀发生流动的现象，它反 映了胶凝原油受到剪切后结构裂解过程，这种裂解利于管道的再启动。为了准确地描述 原油再启动后的状态很多学者对触变过程进行了分析并提出了各种触变模式。这些触变 模式大体可分为三类1 6 - 7 ： 1 、直接结构模式 该类型模式往往将流体中链连接的数目作为流体结构的强度参数，由于链连接数目 的测定难度较大，该种模式的应用受到限制。 杜云提出以下模式的三参数触变模型【s 】： f = i e + ( 一r e ) e - 矗 ( 1 - 1 ) 张足斌在管流实验装置上研究了含蜡原油的触变性，在杜云触变模式的基础上强化 了时间的影响，提出了以下触变模式刃： t - t e + k 一亿) e x p ( - 船啊) ( 1 - 2 ) 2 、间接结构模式 该模式的特点是：移入了结构参数r 。著名的m o o r e 模式、c h e n ae v a n s 模式、h o u s k a 模式、m e w i s 模式中的速率方程均可由此方程演化而来。 c h e n gd c h 等人f 1 0 对工业流体的触变性进行了大量研究，针对含蜡原油，他提 出如下触变模式： f = f ，+ 衫4 ( 1 - 3 ) 0 = z y o + a 勺l ( 1 - 4 ) 粤= a ( 1 以a ) 一6 缈 ( 1 - 5 ) 一= 一- 一n 1 ， ii - 】j d t 。 式中，勺。为结构完全破坏时的屈服应力；弓。为结构完全恢复时屈服应力的增量。 经过一系列简化与整理，最终得到如下触变方程： 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 。 勺= 勺o + 勺l 一勺l ( 1 一 元t f f i 0 ) e - a t ( 1 - 6 ) 程中包含6 个变量，0 。、g y l 、k 、n 、a 、b ，这些变量可以 果求取。测量仪器最好选择水平管式流变仪，管式流变仪 量管的压力容器构成。 归模式 b a r u t 给出储能模量的衰减规律，m e w i s 等直接用粘度作为结构指标。 1 2 2 原油流变性影响因素 剪切方式的影响【1 3 】 含蜡原油温度低于析蜡点时，蜡晶分子从原油中析出生成蜡晶粒子悬浮于原油中形 成悬浮液。若此时悬浮液受到剪切作用，悬浮于其中的蜡晶粒子就会发生相互作用，使 粒子发生迁移，偏离原来的轨道。因而对于不同剪切方式和测量仪器，粒子迁移方向不 同，所得原油的流变性也不相同。g o l d8 1 1 1i t h s 等( 1 9 6 2 ) 研究了各种形状的粒子：球形、 盘状、棒状和液滴在环管中的迁移。球形粒子在环管中向管中心迁移速率很慢，棒状和 盘状粒子不发生明显的迁移，而液滴则能在很短的时间内向管中心迁移。d a v i dl e i g h t o n 和a n d e r a s l ( 1 9 8 7 ) 认为球形粒子在悬浮液中发生迁移是浓度梯度和剪切应力梯度引起 的，并且在环管中任何粒子向管中心迁移都会引起管中心浓度增加，而浓度增加将导致 牛顿流体在管子中的速度呈钝抛物线。p r a b u r 和n o t t f 根据质量、动量和能量平衡提出 了粒子迁移模型，简称为s b 模型，并且他们认为粒子直径a 与环道半径r 的比率a i r 对粒子在环道中的分布有一定的影响，a i r 较小时，在轴线上悬浮液的速度存在小幅度 的降低。p h i l l i p s 根据环管悬浮液中存在浓度梯度和剪切速率梯度认为引起粒子迁移的 主要因素有以下四个方面：剪切速率梯度、浓度梯度、粘度梯度、粒子间相互碰撞时的 自扩散。根据以上引起粒子迁移的因素，在悬浮液中形成了各种粒子流，由连续性方程 和动量方程推导出粒子的剪切诱导迁移模型( s i m ) ha m p t o n 和m a m m o l i l 4 11 分别对这两 个模型进行模拟。并通过实验发现s i m 模型较准确的描述赚较小时的悬浮粒子的浓度 分布，而s b 模型较准确的描述艰较大时悬浮粒子分布曲线。但s i m 比s b 更好地模拟 环管流体的速度分布，并且浓度增大时不同的臻比率的环管流体速度分布变得更加相 似，这一点在s b 模型中不能表示出来，但是当溶液中粒子浓度很低时，两个模型均不 能很好的模拟。而n i c h o l a s t e l o w l 4 2 1 除了观测到粒子向管中心迁移外，在管壁附近存 3 势。另外关于粒子分散性对粒子迁移影响，a b b o t t l 4 4 1 认为单相的多分散性不影响 迁移速率的，但迁移速率随粒子半径的增加而增加。a n a t s h a u l y l 4 5 项u 认为粒子的分 散性对于粒子浓度分布有一定的影响。他在较宽间隙的同轴旋转粘度计中得到这一结论 的，所采用的粒子半径各不相同。实验表明：直径较大的粒子向外筒迁移，而直径较小 的粒子分布在内筒附近，而中间过渡带处粘度较低。 但是无论是否考虑惯性力的存在，剪切迁移的影响都不可忽略，并且在环管中粒子 向管中心或0 5 r 处迁移。 剪切历史、热历史、冷却速度的影响 剪切历史的影响主要表现在低温时，这与蜡晶形态及结构对原油流变性的贡献有密 切关系，因为剪切历史效应归根结底是通过对蜡晶形态与结构的影响体现出来。热历史 指的是油样进行流变性测定前被加热的程度和过程。j a a j i e n k a 根据含蜡原油与温度、 剪切速率及原油组成推导了一组经验关系式，它的参数包括流变行为指数、稠度系数、 屈服值和c a s s o n 流体模型参数，试验结果表明除了流变行为指数，其余各参数均为温 度的函数。并且由于屈服值对管道启动的重要性，很多学者又独立研究了温度对屈服值 的影响，他们认为温度降低，屈服值增大，并推导了相应的关系式。近年来，学者又通 过观测低温下蜡晶形态研究温度等对原油性质的影响。 冷却速度是蜡晶从原油中析出速度的一个关键影响因素，它可改变原油中石蜡的过 饱和程度，使蜡晶的生成速度和蜡晶颗粒生长速度不同，造成蜡晶颗粒的形态各异，宏 观上表现不同的流变性。实验表明，冷却速率越大，蜡晶粒子增多并且尺寸减小，相应 的蜡晶聚集增多。并且屈服值随冷却速率增大而线性增加。 因此，剪切历史、热历史和冷却速度对含蜡原油流变性的影响都归结对原油中蜡晶 的形态的改变，从而使原油的结构各异。 4 位论文 障。 1 3 2 主要研究内容 变特性，确定管道在输送不同原 评价管道的安全运行状态、制定 平稳生产、高效运行提供技术保 l 、不同配比的哈油与俄油物性及流变特性模拟研究 全面模拟研究哈油与俄油在不同配比混对下的物性及流变特性， 性评价提供理论支持与基础数据。 2 、优化管道稳态运行方案 对管道在不同工况下正常运行时的水力热力情况进行模拟计算， 运行时加热炉所需热负荷，优化管道稳态运行方案。 3 、管道停输再启动模拟计算 为管道运行安全 计算不同工况下 模拟计算管道在不同季节、输送不同配比的哈油与俄油等多种工况下的安全停输 时间，为管道计划停输或事故停输时提供理论依据，为管道运行安全性评价提供理论基 础。 4 、现场跟踪监测管输原油物性流变性 现场跟踪监测管输原油物性流变性，掌握现场管输原油的物性、流变性，结合室 内哈油与俄油在不同配比混对下的物性及流变性研究结果，为制定管道安全运行方案提 供有效的基础数据。 5 、管道运行方案制定 在前期研究成果的基础上，进行多种运行方案的技术比选和经济分析，制定合理、 安全的运行方案，为支持和指导阿独管道安全、平稳生产运行提供技术保障。 5 将托托中间站改建成泵站，管道输量达到2 0 0 0 1 0 4 t a 。管道可实现密闭和开式输送， 并设有反输流程。目前输量为1 0 0 0 l o 。 阿独管道初设为常年不加热输送，但考虑到油源和油品物性的不确定性以及沿线的 恶劣环境，2 0 0 7 年在阿拉山口首站和托托中间站分别增加4 0 0 0k w 、5 0 0 0 k w 快装加热 炉，可实现部分原油加热输送。 中哈管道夏季输送1 0 0 库姆克尔原油，春、秋、冬季库姆克尔原油为加降凝剂原 油，随着地温降低，加入不同比例的俄油。 管道线路图见图2 1 ，各站的设备配置及管道基本参数见表2 1 ，管道平均地温见 表2 - 2 。 图2 1 管道线路图 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 。 f 姆z - 1l q p e h n er o u t em a p 表2 - l 阿独管道各站设备配置及管道基本参数 t a b l e 2 - 。1 e h a n n e lc o n f i g u r a t i o no fa l ls t a t i o ne q u i p m e n ta n d p i p i n gt h eb a s i cp a r a m e t e r s 设备型号及管道基本参数 站名 泵加热炉、锅炉站间距 高程 型号、台数型号、台数 汹) ( m ) 删7 5 0 - 0 6 x 2 g j 4 0 0 0 - y 6 3 一y 1 阿拉山口首站w n s 5 一1 0 一y q 203 5 4 3 9 z u 垤6 3 0 6 4 托托中间站 g 3 5 0 0 0 一y 6 3 _ y 型 1 3 2 4 5 3 5 0 0 0k w 独山子末站z m i i l 7 5 0 0 6 ( 反输泵)1 1 4 6 2 7 6 5 表2 - 2 阿独管道首站阿拉山口地区埋深2 o r e 处月平均地温 t a b l e 2 - 1 p i p e l i n e 。f i r s ts t o pa l u h a n k o ur e g i o n a lm o n t h l ya v e r a g ed e p t ho f2 o ma tg r o u n d 月份1 月2 月 3 月 4 月5 月6 月 地温( ) 3 62 05 28 6 1 4 o1 9 2 月份7 月8 月9 月1 0 月1 1 月1 2 月 地温( ) 2 0 o2 0 02 0 01 7 71 2 96 8 7 原油流变性研究及管道运行现场测试 第三章原油流变性研究及管道运行现场测试 3 1 阿独管道所输原油基本物性测试 ( 1 ) 油样来源：阿独管道输送的原油是哈萨克斯坦库姆科尔油田的原油和俄罗斯的西 伯利亚原油按照一定比例进行混合后的原油。 库姆科尔原油2 0 0 7 年9 月取自阿独管道阿拉山口首站进站处。西伯利亚原油油样 为2 0 0 6 年8 月在中哈管道阿塔苏首站( k t o 东方分公司) 取到，由t r a n s c o m p l e x s e r v i c e 运输公司从阿塔苏运送到阿拉山口，再由管道技术研究中心运至河北廊坊。降凝剂 d m n - 2 0 0 5 在库姆科尔泵站( k t o 东方分公司) 取样，并与西伯利亚原油一起运输。 2 0 0 7 年1 0 月2 4 日在阿拉山口首站进站处取得管输混合原油，比例为9 0 库姆克 尔加剂原油( 在库姆克尔油田已经加入哈国降凝剂d m n 2 0 0 5 ，加剂量1 0 0 p p m ) ，1 0 俄罗斯原油。 ( 2 ) 室内原油基本物性测试采用标准： 凝点执行标准g b t 5 1 0 9 1 ，s y t 0 5 4 1 9 4 ； 倾点执行标准g b t3 5 3 5 9 1 ； 密度执行标准c m t18 8 4 - - 2 0 0 0 ； 含蜡量执行标准s y t 0 5 3 7 9 4 ； 胶质沥青质含量执行标准r i p p 7 9 0 ； 析蜡点和析蜡高峰点执行标准s y t 0 5 4 5 9 5 ； 反常点执行标准s y t 7 5 4 9 - 2 0 0 0 。 ( 3 ) 阿独管道原油基础物性、流变性测试结果 库姆科尔原油、西伯利亚原油、不同配比管输混合原油( 加降凝剂) 的基本物性和 流变性及原油的d s c 析蜡特性曲线见表3 1 一表3 7 ，图3 1 一图3 5 。 表3 - 1 阿独管道所输原油基础参数 t a b l e 3 - 1b a s i cp a r a m e t e r so fc r u d eo i lt r a n s m i s s i o np l p e l i n e l 原油凝点 密度含水量含蜡量胶沥含量析蜡点 析蜡高 峰点 反常点 名称 ( ) ( k g m 3 )( )( )( )( ) ( ) c c ) 库姆克尔 1 0 08 1 7 7 痕迹 1 9 1 2 5 5 l 3 1 91 9 5 l1 6 库姆克尔 0 58 1 7 2 痕迹 1 5 ( 加剂) 8 中国石油大孥( 华东) 工程硕士学位论文 原油凝点密度 含水量含蜡量胶沥含量析蜡点 析蜡高 反常点 峰点 名称 ( ) ( k g m 3 )( )( )( )( ) ( ) ( ) 西伯利亚1 3 58 5 5 2 痕迹 7 9 46 2 86 2_ 4 3 78 5 混合原油 ( 哈：俄=- 5 痕迹2 2 ” 1 3 7 61 5 9 0 ：1 0 ) 混合原油 ( 哈：俄= _ 6 痕迹2 1 7 71 0 8 41 5 8 0 ：2 0 ) 混合原油 ( 哈：俄=- 8痕迹2 1 o9 4 41 5 6 0 ：4 0 ) 表3 2 库姆克尔原油粘温特性 t a b l e 3 - 2k u m u k e e rc r u d eo l lv i s c o s i t y - t e m p e r a t u r ec h a r a c t e r i s t i c s 温度 粘度( m p a s ) 剪切速率剪切速率剪切速率剪切速率剪切速率 ( ) l o s l2 0 s l3 0 s 14 0 s l5 0 s l 71 3 51 0 2 8 8 1 8 0 87 6 9 8 1 2 29 2 77 9 97 3 96 8 o 91 1 48 4 27 2 76 5 86 1 2 1 01 0 8 7 7 86 7 26 2 15 8 4 1 5 3 6 73 3 63 2 43 1 03 1 0 1 62 5 1 2 0 1 6 4 2 58 4 6 3 06 0 1 3 5 4 6 5 4 0 4 2 6 4 5 3 8 4 5 03 5 5 9 图3 - l 库姆克尔原油d s c 析蜡特性曲线 f f f 0 - 1k u m u k e e rc r u d eo f fw a xp r e c l p i t a u o nd s cc u j v e s 图3 1 为库姆克尔原油的d s c 析蜡特性曲线，图中显示该原油的析蜡点为3 1 9 ， 析蜡高峰点为1 9 5 1 。 表3 - 3 库姆克尔加剂原油粘温特性 t a b l e 3 - 3k u m u k e e ro i lv i s c o s i t y - t e m p e r a t u r ec h a r a c t e r i s t i c s 温度 粘度( m p a s ) 剪切速率剪切速率剪切速率剪切速率剪切速率 ( ) l o s l2 0 s 。l3 0 s 14 0 s l5 0 s - l 5 1 3 59 67 35 65 2 1 02 82 52 42 32 3 1 22 4 2 32 32 12 1 1 3 2 1 7 62 1 7 82 1 7 82 1 6 32 1 5 2 1 51 3 1 2 0 7 0 2 56 0 3 3 0 5 4 0 3 5 4 0 8 4 04 0 2 5 0 3 1 9 表3 - 4 西伯利亚原油粘温特性 t a b l e 3 - 4s i b e r i a nc r u d eo f fv l s c o s i t y - t e m p e r a t u r ec h a r a c t e r i s t i c s 温度 粘度( m p a s ) 剪切速率剪切速率剪切速率剪切速率剪切速率 ( ) l o s l2 0 s l3 0 s l4 0 s l5 0 s - 1 1 5 52 8 92 5 22 2 82 1 72 1 3 - 1 4 52 4 l2 1 82 0 91 9 61 9 0 1 3 5 2 1 01 9 01 8 21 7 61 7 1 1 0 中国石油大学( 华东) 工程硕士学砬论文 温度 粘度( t u f a - s ) 剪切速率剪切速率 剪切速率剪切速率 剪切速率 ( ) l o s 12 0 s l 3 0 s 1 4 0 s 15 0 s 1 - 1 2 5 1 9 01 7 51 6 71 6 41 6 1 - 1 1 51 5 71 5 01 4 71 4 51 4 2 1 0 5 1 3 91 3 71 3 01 2 7 1 2 7 9 5 1 3 11 2 41 2 11 1 21 1 7 - 8 51 0 4 5 6 5 3 04 6 7 5 2 9 8 1 02 1 3 1 51 5 6 2 0 1 2 6 图3 - 2 西伯利亚原油d s c 析蜡特性曲线 f i 9 3 - 2 s i b e r i a nc r u d eo f fw a xp r e c i p r a d o nd s cc u r v e s 图3 - 2 为西伯利亚原油的d s c 析蜡特性曲线，图中显示该原油的析蜡点为3 5 ， 析蜡高峰点为- 4 3 7 ，西伯利亚原油含蜡量为7 9 4 ，原油凝点为1 3 5 c 。 表3 s 哈油l 俄油为9 0 ：1 0 混油粘温特性 t a b l e 3 - $ k a z a k ho f f ：r u s s i a lo i la ot h ev i s c o s i t y - t e m p e r a t u r ec h a r a c t e r i s t i c s o fc o n t a m i n a t e d9 0 ：1 0 原油流变性研究及管道运行现场测试 。 。 。 31 6 1 69 2 76 9 55 8 25 1 5 51 0 4 87 9 4 6 9 8 6 3 15 6 8 1 01 8 1 l 1 8 1 41 8 。4 01 8 1 31 8 1 1 58 5 2 0 6 6 2 56 0 3 0 5 4 3 54 7 4 04 3 图3 - 3 哈油l 俄油为9 0 ：1 0 混油d s c 析蜡特性曲线 f t z 3 - 3k 啦l 出o f f ：r u s s i a 0o f f 瑚t h ew a xp r e c i p i t a t i o n9 0 ：1 0c o n t a m i n a t e dd s cc u r v u 表3 - 6 哈油l 俄油为8 0 ：2 0 混油粘温特性 t a b l e 2 1 - 6k a z a k ho f f ：r u s s s o l la ot h ev i s c o s i t y - t e m p e r a t u r ec h a r a c t e r i s t i c s o fc o n t a m i n a t e d8 0 ：2 0 温度 粘度( m p a s ) 剪切速率剪切速率剪切速率剪切速率剪切速率 ( ) 1 0 s 。12 0 s l3 0 s 。14 0 s 15 0 s 1 5 5 8 8 4 9 6 4 4 8 4 2 84 0 1 1 02 3 32 1 51 9 81 6 21 5 6 1 57 4 2 0 6 6 2 56 3 3 05 2 图3 - 4 哈油。俄油为8 0 ：2 0 混油璐c 析蜡特性曲线 k a z a k ho f f ：r u s s l e 。0o i la ot h ew a x p r e c i p i t a t i o n8 0 ：2 0c o n t a m i n a t e dd s c c u r v e s 表3 - 7 哈油。俄油为6 0 4 0 混油粘温特性 t s b l e 3 - 7k s z a k ho f f ：r u s s i a 0o f fa - t h ev i s c o s i t y - t e m p e r a t u r ec h a r a c t e r i s t i c s o fc o n t a m i n a t e d6 0 ：4 0 温度 粘度( m p a s ) 剪切速率剪切速率剪切速率剪切速率剪切速率 ( ) l o s 1 2 0 s 1 3 0 s l4 0 s 15 0 s l 57 64 3 5 4 0 1 3 9 6 3 5 8 1 01 9 1 71 5 91 5 41 4 9 1 57 6 2 0 6 9 2 5 6 3 3 0 5 3 图3 - 5 哈油：俄油为6 0 柏混油d s c 析蜡特性曲线 原油流变性研究及管道运行现场测试 f 1 9 3 - sk a z a k ho f f ：r u s s i a 0o i l - it h ew i l lp r e c i p i t a t i o n9 0 ：1 0c o n t a m i n a t e dd s cc u r v e s 3 2 管道冬季输送不同比例加剂原油流变性室内研究 实验用油样：库姆克尔原油为2 0 0 7 年9 月取自阿独管道阿拉山口首站进站处，9 0 ： 1 0 混合原油为2 0 0 7 年1 0 月2 4 日在阿拉山口首站进站处取得管输混合原油油样，8 0 ： 2 0 ，6 0 ：4 0 混合原油为9 0 ：1 0 混合原油加入不同比例的西伯利亚原油。 3 2 1 管道冬季输送不同比例加剂原油模拟实验 2 0 0 7 年1 0 月1 6 日中哈管道和阿独管道冬季输送协调会议所确定的今年冬季 阿独管道所输混合原油( 库姆科尔加剂原油与西伯利亚原油) 的不同配比为：8 0 ：2 0 ， 6 0 ：4 0 。根据会议确定的配比及秋冬季首站出站温度，确定室内混合原油的模拟实验方 案。在冬季最冷地温为2 及最低输量7 0 0 万吨年情况下，根据热力计算得到出站温 度2 0 1 2 - 8 1 3 时，混合原油到达独山子站的进站温度接近6 1 2 + 2 1 3 。模拟实验过程见图 3 - 6 ，模拟实验结果见表3 8 ；根据模拟实验结果进行的管道水力计算见表3 - 9 ，水力计 算中总传热系数k 值的选取依据阿独管道2 0 0 6 - - 2 0 0 7 年冬季运行数据统计计算得出， 阿拉山口托托站的传热系数算术平均值k 为1 6 4w c m ) ；托托独山子站传热 系数算术平均值k 为1 1 2w ( m 2 ) 。 4 h 降温4 h 降温4 h 降温 2 0 ( 室温) 6 _3 2 8 0r r a i n8 0r r a i n8 0r r a i n 图3 6 冬季阿独管道管输不同配比加剂混合原油模拟实验过程 f i 9 3 - 6 x d n g l ew i n t e rp i p e l l n ep i p e l i n eo fc r u d e o i li nd f f e r e n tr a t i o o fp p dm x e ds i m u l a t i o ne x p e r h n e n t 表3 - 8 冬季阿独管道管输不同配比加剂混合原油模拟实验结果 t i l b l e 3 - 8w i n t e rp i p e l i n eo fc r u d eo i li nd f f e r e n tr a t i oo ft h ee x p e r h n e n t a lr e s u l t sw i t hp p dm l x 出站温度 测试温度 粘，良c m p a s )模拟时间凝点 库油：西伯 ( ) ( ) 1 0 s 12 0 s 1 3 0 s 1 4 0 s l5 0 s l ( h ) ( ) l o o ：0 2 061 1 l8 67 77 06 6 4- 2 1 0 0 ：02 0 21 6 51 3 l1 1 41 0 29 5 1 2- 2 9 0 ：1 02 061 8 945 9 0 ：1 02 022 6 71 2- 5 8 0 ：2 02 061 7 64 - 6 8 0 ：2 02 022 5 71 2 - 6 6 0 ：4 02 061 7 34 7 6 0 ：4 02 022 5 - 31 2 7 1 4 。 中国石油大学( 华东) i 程硕士学位论文 。 表3 - 9 冬季阿独管道输量6 0 0 万吨热力水力计算结果 t a b l e 3 - 9 p f p e l f n et r a n s m l s s i o ni nw i n t e rt h ea m o u n t o f6m i l l i o nt o n st h e r m a lh y d r a u l i cc a l c u l a t i o nr e s u l t s 阿拉山口首站托托中间站独山子末站 出站温度出站压力 进站温度 进站压力 月份 ( )船a ) 进出站温度( )进出站压力伽p a ) ( )( 职a ) t cp c t j t c rp jt cp j 1 、2 、1 22 0 3 88 18 o2 72 66 0 5o 9 6 l 、2 、1 263 83 3 53 3 32 6 72 5 62 9o 9 1 备注：t c 一出站温度( ) ；删站温度( ) p c - 出站压力o | t p a ) ；瞅站压力a ) 室内原油的模拟实验和计算结果表明：在阿独管道冬季最冷地温为2 ，8 0 ：2 0 、 6 0 ：4 0 配比混合原油不启用加热炉的状况下，首站出站温度在2 0 8 c ，热力和水力条 件均能满足管道运行要求。 3 2 2 阿独管道输送不同配比加剂原油不同热处理温度实验 阿拉山口首站的4 0 0 0 k w 和托托中间站5 0 0 0 k w 加热炉，均为应急加热炉，即按照原 设计，正常输油时，阿独管道全年采用常温输送，随着地温降低，境外来油凝点较高时 启用加热炉进行加热。根据阿独管道的状况，在室内对管道输送不同配比加剂原油进行 不同热处理温度实验研究。实验过程见图3 7 ：将不同配比原油升至不同热处理温度， 然后以一定的降温速率降温，降至6 c 时测油样粘度和凝点，结果见表3 1 0 ： 快速升温4 h 降温 不同配比混合原油( 不同热处理温度) 啼6 c 8 0r m i n8 0r m i n 图3 - 7 阿独管道不同配比原油不同热处理温度实验方案 f i 9 3 - 6 a s i n g l er a t i oo fc r u d eo hp i p e l i n e st nd i f f e r e n te x p e r i m e n t a lp r o g r a m s a td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s 表3 - 1 0 阿独管道不同配比原油不同热处理温度下粘度和凝点 t a b l e 3 - 1 0d i f f e r e n tp r o p o r t i o n so fc r u d eo f fp i p e l i n e s i nd i f f e r e n th e a t - t r e a t m e n tt e m p e r a t u r ev i s c o s i t ya n dp o u rp o i n t 1 5 原油流变性研究及管道运行现场测试 加热温终冷( 测 粘度( 】皿p a s ) 降温凝点 库油：西伯度( )试) 温度 l o s l2 0 s 1 3 08 1 4 0 s 15 0 s - l 时间 ( ) ( ) 1 0 0 ：0 6 0 61 2 31 0 58 27 57 4 1 o 1 0 0 ：05 061 3 91 3 81 3 51 3 21 3 00 1 0 0 ：04 062 1 82 0 2 1 9 41 8 1 1 7 22 1 ：03 06 6 已凝固 8 0 2 06 063 6 33 3 53 2 42 8 42 8 0_ 6 8 0 ：2 0 5 0 63 3 62 2 12 1 52 0 32 0 1 6 8 0 2 0 4 062 7 52 2 01 7 01 3 21 2 6 4 h 2 8 0 - 2 0 3 064 2 03 5 43 4 82 8 02 0 5o 6 0 ：4 0 6 06 2 1 8 - 6 6 0 ：4 0 5 061 9 45 6 0 ：4 0 4 062 8 72 4 62 0 21 6 81 3 4o 6 0 ：4 0 3 061 8 91 3 81 5 21 2 49 7 o 通过对阿独管道输送不同配比原油在不同热处理温度下的模拟实验结果表明： ( 1 ) 加剂的库姆克尔与西伯利亚不同配比混合原油热处理温度在5 0 - 6 0 1 2 时，与不同