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[摘 要]针对采油某厂四矿某联合站地区原油粘度高，凝固点高，外输油管线回压高；管线运行时间长，管壁变薄，在高压作用下，管线经常出现穿孔的问题，开展了外输油管线降低外输回压研究。通过引入高压电场降低原油粘度技术，在杏十一联安装AOT原油处理装置，可以降低原油凝固点3.2℃。在目前外输压力、外输温度不变的条件下，可以提高输量3.6%。通过现场试验，提出AOT装置改进措施。
[关键词]输送 降粘 降压 电场 化验
中图分类号：TE41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-0495-01
1 概述
某采油厂聚杏北某队至杏某联合站外输油管线于2011年建成投产，管径为φ159×6，管线全长13.7km，最初任务是将四矿聚杏北七队地区净化油输送至杏十一联，最大外输量1200m3/d，外输压力1.7Mpa。在压力作用下，管线经常发生穿孔泄露，从2012年1月29日发生首次穿孔以来，呈逐年上升趋势。一是满足不了环保要求，二是土地赔偿费较高。因此，采用AOT降粘装置对聚杏北七队外输原油进行处理，研究降低原油粘度、降低起点外输压力，解决管线穿孔问题，延长管线的使用寿命的新技术。
2 AOT装置降粘原理
AOT（Aplied Oil Technology）技術是利用精确控制的电磁场对原油进行处理，以达到有效降低原油粘稠度的专利技术。
基本原理：原油中含有大量的蜡和胶质，在高温状态下，蜡以蜡晶微粒形式存在，在温度降低时蜡析出，而胶质通常为链状结构，分子体积和分子量均较大。在流体中，这些微粒杂乱无张的分布将增加流体的阻力，影响到流体的流动性。将强电场作用于原油流动的方向（即管线的方向），因为原油中的悬浮质和基液有着不同的介电常数，悬浮质（石蜡，沥青或其它悬浮质）将会被极化，单极子的互相作用会使得他们聚集起来在场效应的方向上聚集。一旦悬浮质粒子沿着场效应的方向聚集了，对称性将被破坏，粘度变成了各向异性。（1） 在流速的方向上，粘度显著降低，粒子沿着场效应方向聚集形成了流线型；（2）在流速垂直的方向上，粘度显著升高，聚集的粒子在此方向上有很高的本征粘度。因此在管道流速方向上的原油流速会提高，鉴于沿流速方向上的粘度降低，并且湍流被抑制（管道内原油中粒子无规则的运动减弱了）。这种新的降低粘度的方法是快速的，并且节能的。
3 室内试验
3.1 AOT装置对原油流变性影响
粘度为液体分子内摩擦的量度，也是物体粘流性质的一项具体反映。粘度的定义为一对平行板，面积为A，相距dr，板间充以某液体。对上板施加一推力F，使其产生一速度变化du。由于液体的粘性将此力层层传递，各层液体也相应运动，形成一速度梯度du/dr，称剪切速率，以r′表示。F/A称为剪切应力，以τ表示。剪切速率与剪切应力间具有如下关系：（F/A）=η（du/dr），此比例系数η即被定义为液体的剪切粘度。
3.2 中子散射实验的理论验证
为了验证电场效应下原油粘稠度降低的理论基础，启用中子散射实验，证明了原油样品中悬浮的纳米颗粒确实在电场效应的方向上形成了短的链状聚集体。
3.3 流动性模拟试验
原油流过左右两根同样的管道，电场效应施加于右边管道上，随后右边流速明显快于左边，而同样盛接原油的玻杯中，右边杯里在同样时间内比左边获取更多原油。
4 现场试验
4.1 技术参数
4.2 现场实验方案及测试参数
试验过程中除正常录取外输管道起、末点温度、压力、流量、含水量外，还测试外输原油的粘度、凝固点等参数。
4.3 第一次测试情况
10月15日，进行第一次测试。首端原油温度为65℃，末端原油温度为42℃，压力0.25Mpa，瞬时流量平均为40.11m3/h。
10月15日早上8：30，AOT装置开启，施加电压最高为48，000V，所消耗电流为5mA。保持首端压力0.90 Mpa不变，通过外输流量计监控原油流速的变化，试验稳定后平均瞬时流量为40.565m3/h，数据显示原油流速增加了3-4%。
测试实验前后的原油凝固点，从35.1℃下降到32.9℃，50℃粘度从32.4mPa.s下降到31.2mPa.s。
为了进一步验证AOT装置增加原油外输量的效果，16日早上9：30，即AOT装置运行了25小时之后关闭AOT装置，观测原油流速的下降程度。在AOT装置刚关闭时，管道内原油瞬时流量为41.555 m3/h，AOT装置关闭后，流速缓慢下降。经计算，杏三联至杏十一联外输油管线容量为230m3。在流量约40m3/h的情况下，观测原油流量下降到40.104 m3/h，这表明AOT装置开启对原油流量的增加作用为（41.545-40.101）/40.104=3.65%。
4.5 第二次测试情况
10月20日，我们进行了降低原油外输温度测试，起始端原油温度63℃，流量40.20m3/h。
中午12：00开启AOT装置，施加的电压为47，000V，流过AOT装置的电流为5mA。开启AOT装置，同时开始降低外输温度至50℃，在保持原油流量不变的情况下，外输压力由0.97Mpa逐步上升，最后稳定在1.13Mpa，末点温度37℃。
通过理论计算，在输量40.26m3/h，起点温度52℃，末点温度37℃的条件下，计算起点压力为1.35Mpa。使用AOT装置后的压力降低22%。
测试实验前后的原油凝固点，从35.1℃下降到32.9℃，50℃粘度从32.4mPa.s下降到29.1mPa.s。
实验说明AOT装置对于低温原油流速的提高效应高于高温情况。 5 效果预测
5.1 改进后的AOT装置可应用于在用外输油管线的节能改造
以本次现场试验为例，原油凝固点降低2.2℃，朝六联外输温度可降低5.6℃，朝六联每年可节约天然气1.1×105m3，节约费用16.7×104元。AOT装置功率300W，年耗电2.6×103Kw.h，费用为0.14×104元，则运用AOT装置年可节约成本16.6×104元。
5.2 改进后的AOT装置可应用于已建管道的增输改造
目前，大庆油田对外围零散区块的开采力度加大，外围零散区块的原油需要借助已建管道系统进入处理中心。很多管道由于管径较小，满足不了输送需要，需要更换外输管线，投资较大。可以使用AOT装置，改变原油流动性，提高其输量。在不改变系统压力的情况下，仅需调整外输泵的额定排量即可。
6 结论和建议
6.1 AOT装置在工程应用还需要长久和深入的研究
通过室内试验，AOT装置在降低原油粘度，提高输量方面效果明显，但朝六联现场试验效果较差，达不到工程应用的标准，需要进行进一步的试验和分析，结合现场实际情况，提出解决措施。
6.2 建议提高AOT装置系统运行的可靠性
AOT装置使用电器元件较多，虽然运行功率较小，电流较低，但长时间连续运行，电器元件可能损坏。对于已建管道的节能改造，为降低改造投资，建议设1套AOT装置。为保证运行安全，末点温度正常控制，起点设外输压力异常報警，在AOT装置发生故障后，及时提高外输温度。由于AOT装置的降粘效果明显和降粘效果的持久性，在AOT装置发生故障后，起点原油粘度增加，外输压力开始出现变化，通过压力报警装置可以在较短时间内检测到。而管道内大部分是处理过的原油，减缓了管道压力升高的速度，给外输炉升温提供了时间上的保证。对于已建管道的扩容改造和新建产能的节能改造，由于管道富裕能力较小，在没有AOT装置的情况下，满足不了生产运行需要，因此建议设AOT装置2套及起点压力异常检测报警。
参考文献
[1] 张劲军.原油流变学研究的发展和挑战.会议论文，2002.
[2] 万仁溥.采油工程手册[M].石油工业出版社，2008.
[3] 蔡自兴.人工智能及其应用（第二版）.清华大学出版社.2000.
作者简介
赵颖 女1975年12月7日出生，籍贯山东省泰安市。2006年毕业于大庆石油学院石油工程专业。现从事油田集输工作。联系地址，黑龙江 大庆市 红岗区 采油五厂。
[关键词]输送 降粘 降压 电场 化验
中图分类号：TE41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-0495-01
1 概述
某采油厂聚杏北某队至杏某联合站外输油管线于2011年建成投产，管径为φ159×6，管线全长13.7km，最初任务是将四矿聚杏北七队地区净化油输送至杏十一联，最大外输量1200m3/d，外输压力1.7Mpa。在压力作用下，管线经常发生穿孔泄露，从2012年1月29日发生首次穿孔以来，呈逐年上升趋势。一是满足不了环保要求，二是土地赔偿费较高。因此，采用AOT降粘装置对聚杏北七队外输原油进行处理，研究降低原油粘度、降低起点外输压力，解决管线穿孔问题，延长管线的使用寿命的新技术。
2 AOT装置降粘原理
AOT（Aplied Oil Technology）技術是利用精确控制的电磁场对原油进行处理，以达到有效降低原油粘稠度的专利技术。
基本原理：原油中含有大量的蜡和胶质，在高温状态下，蜡以蜡晶微粒形式存在，在温度降低时蜡析出，而胶质通常为链状结构，分子体积和分子量均较大。在流体中，这些微粒杂乱无张的分布将增加流体的阻力，影响到流体的流动性。将强电场作用于原油流动的方向（即管线的方向），因为原油中的悬浮质和基液有着不同的介电常数，悬浮质（石蜡，沥青或其它悬浮质）将会被极化，单极子的互相作用会使得他们聚集起来在场效应的方向上聚集。一旦悬浮质粒子沿着场效应的方向聚集了，对称性将被破坏，粘度变成了各向异性。（1） 在流速的方向上，粘度显著降低，粒子沿着场效应方向聚集形成了流线型；（2）在流速垂直的方向上，粘度显著升高，聚集的粒子在此方向上有很高的本征粘度。因此在管道流速方向上的原油流速会提高，鉴于沿流速方向上的粘度降低，并且湍流被抑制（管道内原油中粒子无规则的运动减弱了）。这种新的降低粘度的方法是快速的，并且节能的。
3 室内试验
3.1 AOT装置对原油流变性影响
粘度为液体分子内摩擦的量度，也是物体粘流性质的一项具体反映。粘度的定义为一对平行板，面积为A，相距dr，板间充以某液体。对上板施加一推力F，使其产生一速度变化du。由于液体的粘性将此力层层传递，各层液体也相应运动，形成一速度梯度du/dr，称剪切速率，以r′表示。F/A称为剪切应力，以τ表示。剪切速率与剪切应力间具有如下关系：（F/A）=η（du/dr），此比例系数η即被定义为液体的剪切粘度。
3.2 中子散射实验的理论验证
为了验证电场效应下原油粘稠度降低的理论基础，启用中子散射实验，证明了原油样品中悬浮的纳米颗粒确实在电场效应的方向上形成了短的链状聚集体。
3.3 流动性模拟试验
原油流过左右两根同样的管道，电场效应施加于右边管道上，随后右边流速明显快于左边，而同样盛接原油的玻杯中，右边杯里在同样时间内比左边获取更多原油。
4 现场试验
4.1 技术参数
4.2 现场实验方案及测试参数
试验过程中除正常录取外输管道起、末点温度、压力、流量、含水量外，还测试外输原油的粘度、凝固点等参数。
4.3 第一次测试情况
10月15日，进行第一次测试。首端原油温度为65℃，末端原油温度为42℃，压力0.25Mpa，瞬时流量平均为40.11m3/h。
10月15日早上8：30，AOT装置开启，施加电压最高为48，000V，所消耗电流为5mA。保持首端压力0.90 Mpa不变，通过外输流量计监控原油流速的变化，试验稳定后平均瞬时流量为40.565m3/h，数据显示原油流速增加了3-4%。
测试实验前后的原油凝固点，从35.1℃下降到32.9℃，50℃粘度从32.4mPa.s下降到31.2mPa.s。
为了进一步验证AOT装置增加原油外输量的效果，16日早上9：30，即AOT装置运行了25小时之后关闭AOT装置，观测原油流速的下降程度。在AOT装置刚关闭时，管道内原油瞬时流量为41.555 m3/h，AOT装置关闭后，流速缓慢下降。经计算，杏三联至杏十一联外输油管线容量为230m3。在流量约40m3/h的情况下，观测原油流量下降到40.104 m3/h，这表明AOT装置开启对原油流量的增加作用为（41.545-40.101）/40.104=3.65%。
4.5 第二次测试情况
10月20日，我们进行了降低原油外输温度测试，起始端原油温度63℃，流量40.20m3/h。
中午12：00开启AOT装置，施加的电压为47，000V，流过AOT装置的电流为5mA。开启AOT装置，同时开始降低外输温度至50℃，在保持原油流量不变的情况下，外输压力由0.97Mpa逐步上升，最后稳定在1.13Mpa，末点温度37℃。
通过理论计算，在输量40.26m3/h，起点温度52℃，末点温度37℃的条件下，计算起点压力为1.35Mpa。使用AOT装置后的压力降低22%。
测试实验前后的原油凝固点，从35.1℃下降到32.9℃，50℃粘度从32.4mPa.s下降到29.1mPa.s。
实验说明AOT装置对于低温原油流速的提高效应高于高温情况。 5 效果预测
5.1 改进后的AOT装置可应用于在用外输油管线的节能改造
以本次现场试验为例，原油凝固点降低2.2℃，朝六联外输温度可降低5.6℃，朝六联每年可节约天然气1.1×105m3，节约费用16.7×104元。AOT装置功率300W，年耗电2.6×103Kw.h，费用为0.14×104元，则运用AOT装置年可节约成本16.6×104元。
5.2 改进后的AOT装置可应用于已建管道的增输改造
目前，大庆油田对外围零散区块的开采力度加大，外围零散区块的原油需要借助已建管道系统进入处理中心。很多管道由于管径较小，满足不了输送需要，需要更换外输管线，投资较大。可以使用AOT装置，改变原油流动性，提高其输量。在不改变系统压力的情况下，仅需调整外输泵的额定排量即可。
6 结论和建议
6.1 AOT装置在工程应用还需要长久和深入的研究
通过室内试验，AOT装置在降低原油粘度，提高输量方面效果明显，但朝六联现场试验效果较差，达不到工程应用的标准，需要进行进一步的试验和分析，结合现场实际情况，提出解决措施。
6.2 建议提高AOT装置系统运行的可靠性
AOT装置使用电器元件较多，虽然运行功率较小，电流较低，但长时间连续运行，电器元件可能损坏。对于已建管道的节能改造，为降低改造投资，建议设1套AOT装置。为保证运行安全，末点温度正常控制，起点设外输压力异常報警，在AOT装置发生故障后，及时提高外输温度。由于AOT装置的降粘效果明显和降粘效果的持久性，在AOT装置发生故障后，起点原油粘度增加，外输压力开始出现变化，通过压力报警装置可以在较短时间内检测到。而管道内大部分是处理过的原油，减缓了管道压力升高的速度，给外输炉升温提供了时间上的保证。对于已建管道的扩容改造和新建产能的节能改造，由于管道富裕能力较小，在没有AOT装置的情况下，满足不了生产运行需要，因此建议设AOT装置2套及起点压力异常检测报警。
参考文献
[1] 张劲军.原油流变学研究的发展和挑战.会议论文，2002.
[2] 万仁溥.采油工程手册[M].石油工业出版社，2008.
[3] 蔡自兴.人工智能及其应用（第二版）.清华大学出版社.2000.
作者简介
赵颖 女1975年12月7日出生，籍贯山东省泰安市。2006年毕业于大庆石油学院石油工程专业。现从事油田集输工作。联系地址，黑龙江 大庆市 红岗区 采油五厂。