原油输送减阻剂
利用减阻剂提高原油管线的输量
利用减阻剂提高原油管线的输量摘要：减阻剂是用于管输流体的一种化学添加剂，可减少流体在管道中的流动阻力，起到增输节能的作用。
文章介绍了原油减阻剂原理、性能、减阻效果的影响因素，在实际生产中运用，产生了增输降耗效果，是一项较有前途的生产技术。
关键词：减阻剂；减阻机理；聚合物；增输率1 减阻剂介绍在液体流动时加入某些特定物质，能大大降低流体在湍流状态下的摩擦阻力，增加输量。
这些特定的物质称为减阻剂，根据使用对象的不同，分为水溶性减阻剂和有油溶性减阻剂。
这里所说的hg 减阻剂是一种应用于原油和成品油管道输送的油溶性化学添加剂，他能降低管路系统的摩阻，提高输送量，降低能耗，提高管线运行的效率及安全性。
该减阻剂是几种α-烯烃的聚合物，聚合单体为c5至c18的α-烯烃，外观为白色的液体，具有可泵性，可溶解于有机溶剂中。
它是纯粹的碳氢化合物，对于炼油工艺无任何影响，其基本特点是添加量小、减阻效果明显、在管输原油和成品油中有良好的溶解性、对下游用户无不良影响。
使用时注入方便、不需要特殊的设备、产品本身无毒副作用等。
不过，减阻剂对流态有严格的要求，管道中的流体必须是湍流。
如果是层流，则减阻剂不起作用，并且只有管道中的直管段产生的摩阻损失才能通过减阻剂来降低，减阻剂不能对管道中弯头、法兰、阀等产生的这部分摩阻损失起作用。
2 hg减阻剂的减阻机理减阻作用是一种特殊的湍流现象，减阻效应是减阻影响湍流场的宏观表现。
它是一个纯物理作用。
减阻剂分子与油品的分子不发生作用，也不影响油品的化学性质，而只与其流动特性密切相关。
减阻剂加入到管道以后，靠本身的粘弹性，分子长链顺流向自然拉伸，其微元直接影响流体微元的运动。
来自流体微元的径向作用力作用在减阻剂微元上，使其发生扭曲，旋转变形。
减阻剂分子间引力抵抗上述作用力反作用于流体微元，改变了流体微元作用力的大小和方向，使一部分径向力转变为顺流向的轴向力，从而减少无用功的消耗，宏观上起到减少摩阻损失的作用。
原油减阻剂合成
原油减阻剂合成
原油减阻剂是一种用于降低原油粘度，提高流动性的化学品。
合成原油减阻剂有以下几种方法：
1. 添加剂法：将适量的原油减阻剂直接加入原油中，通过混合和搅拌使其充分溶解。
2. 反应合成法：通过有机合成方法，将适当的化学物质反应合成原油减阻剂。
这种方法可以根据具体需要设计合成的化合物结构，来满足减阻剂的性能要求。
3. 改性法：通过将某些物质加入到原有的原油减阻剂中，改变其分子结构和性质，来达到改善减阻剂性能的目的。
4. 采用微生物发酵法：利用一定的微生物或酶对特定的原料进行发酵，产生具有减阻效果的化合物。
5. 高温、高压法：在适宜的温度和压力条件下，通过一定的化学反应过程，将原料转化为减阻剂。
以上是一些常用的方法，具体的合成过程会根据不同的原料和要求有所差异。
减阻剂在油气管道上的应用
减阻剂在油气管道上的应用摘要：油气在输送过程中与管壁之间的摩擦阻力是油气管道压降的主要原因，减阻剂能够降低摩擦阻力，减小压降。
本文总结了天然气、原油与成品油管道减阻剂的作用机理以及使用特点，减阻剂对在新管道设计以及运行管道管理的影响。
天然气管道与油品管道减阻剂在作用机理以及使用要求上有各自的特点。
关键词：减阻剂，天然气，油品，管道1.引言天然气、成品油、原油在管道输送过程中与管壁之间存在摩擦阻力，该阻力为管道压降的主要原因。
降低管道压降，对改善管道的设计与操作、提高企业效益有重要的积极作用。
对新建管道，可以在管道铺设前内涂层[1,2]的方式降低管壁粗糙度，降低流体流动时的摩擦阻力。
对于已建成的管道，重新涂敷内涂层难度很高，采用减阻剂为常用且有效的方法。
天然气管道与油品管道中使用的减阻剂均能对紊流下的流动起到减阻作用，但作用机理与使用方法各有特点。
2.天然气管道减阻剂天然气管道中的流动一般为紊流，靠近管壁处气体分子会产生径向运动，造成能量的额外损耗。
天然气减阻剂能够减弱气体的径向脉动，从而降低摩擦阻力。
天然气减阻剂分子一端为极性端，另一端为非极性端，极性端牢固地粘结在管道金属内表面，同时非极性端与管道内的气体接触，形成一层光滑的膜和特殊的气-固界面，该界面减少了气体的径向脉动,降低了摩擦阻力[3,4]。
在现场应用中，减阻剂不仅要具有减阻效果，同时还应对管道安全且对气体物性无影响，减阻剂应当具备四个特点：1.减阻剂与管壁之间需要有较强的吸附力，减阻剂分子能够牢固的吸附在管壁上，能在管壁上形成稳定的膜，同时减阻剂膜能够在管壁上稳定较长的时间；2.减阻剂能够吸收气体的湍能，降低气体运动的能量损耗；3.减阻剂自身应当无腐蚀性，同时不影响天然气的品质；4.减阻剂应当可以溶于某些溶剂，以便配制溶液，能够注入到天然气管道中。
由于天然气减阻剂必须粘附在管壁上且成膜才能发挥降凝作用，而受管道结构的限制，减阻剂只能在站场从管道的一端加入。
洪荆原油管道添加减阻剂增输试验
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（ １ ． 中石化管道储 运公 司湛江输油处 ， 广东湛江
军 ， 程世 宝
４ ４ ８ ０ ０ ２ ）
５ ２ ４ ０ ０ ０； ２ ． 中石化 管道储运公 司荆 门输油处 ， 湖北荆门
摘要 ： 随 着荆 门石化 年加 工 能力 的提 高 ， 洪 荆原 油管 道 的输送 能力 不能 满足 生产 需 求。为 此 ， 在 管
ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ， ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｐ ｕ ｔ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｗ ｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｉ ｔ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｄ ｏ ｎ ｏ ｔ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ，
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减阻、降粘、防蜡
油溶性减阻剂的研究与应用概述
此后几十年，世界上许多国家都进行了对减阻剂的 科研与应用实践，处于领先地位的有美国CONOCO
公司、Baker Hunghes公司，这些公司使得减阻剂
研发技术得到迅速发展，开发出了性能好、成本低 的减阻剂产品。
油溶性减阻剂的研究与应用概述
尤其是CONOCO公司，该公司的减阻剂产品从
油溶性减阻剂的特点
总之，油溶性高分子聚合物减阻剂在很小的用量 下就可以达到和好的效果，例如， CONOCO公司
的CDR102油相减阻剂在添加0.00005（wt）%时，
就可有9%的减阻率（平均流速2.5m/s，管内径 25mm，介质：0号柴油）。添加0.0001（wt）% 即能达到50%的减阻效率，因此在管道运输行业 中被普遍应用。
3、油溶性减阻剂的研究与应用概述
减阻剂的产生：降低摩阻，提高输量，快速缓 解产量与管线输油能力不足之间的矛盾，加速 原油的开发与利用 。 1972年诞生了第一个减阻剂的专利。1979年是 一个转折点，美国CONOCO公司生产的CDR减 阻剂在进行了大量的试验后，正式工业化生产 并应用于横贯阿拉斯加的原油管道上，揭开了 管道运输应用减阻剂的序幕。
称之为原油本体分散减阻，所用的活性剂称之
原油分散剂(dispersant)。
降粘
还有一类减阻剂称之为降摩阻剂(frictional reducer)。 降摩阻剂与降粘剂不同之处在于： 降摩阻剂一般不掺水或掺少量水(5%～10%)， 它通过改变原油和介质表面的作用力，进而减 小原油的流动阻力。而乳化降粘一般掺水为 30%左右，通过改变原油乳状液的类型，使其 转变为以水为连续相，油为分散相的水包油的 乳状液，进而降低在原油在流动过程中的阻力。 如果条件允许，可以掺稀油（轻油）输送稠油。
输油管道减阻剂
输油管道减阻剂减阻剂是一种能减少流体在输送时所受阻力的试剂。
多为水溶性或油溶性的高分子聚合物。
简介例如水溶性的聚环氧乙烷，只用25毫克/千克就能使水在管道中所受阻力下降75％，出水速率增加好几倍，用于灭火或其他紧急用水的场合；油溶性的聚异丁烯用量为60毫克/千克时，即可使原油在管道中的输送能力大大提高，起到增输节能的作用。
用于降低流体流动阻力的化学剂称为减阻剂(drag reducing agent)，简称DRA。
减阻剂广泛应用于原油和成品油管道输送，它是在特定地段提高管道流通能力和降低能耗的重要手段。
流体的摩擦阻力限制了流体在管道中的流动，造成管道输量降低和能量消耗增加，而高聚物减阻法是在流体中注入少量的高分子聚合物，使之在紊流状态下降低流动的阻力。
发展历史20世纪60年代末，美国Conoco公司研制成CDR-101型减阻剂，1972年取得专利，1977～1979年间首次商业化应用于横贯阿À­斯加的原­油管道的越站输送及提高输量方面，并取得巨大成功。
1981年又研制成功CDR-102型减阻剂，比CDR-101型的性能成数倍地提高。
20世纪80年代初，开展了成品油管道的减阻试验，用于汽油、煤油、柴油和NGL、LPG的减阻，到1984年正式在成品油管道上应用。
70年代中期，美国Shellco公司和加拿大Shell Inc公司提出申请减阻剂专利。
1983年，美国Atlantic Richfield co公司研制出Arcoflo减阻剂产品，加入5ppm即可达到20%的减阻效果。
减阻聚合物的生产条件很难控制，国际上只有极少数公司垄断了这项技术，其代表是美国的Conoco公司和Baker Hughes公司，他们的产品基本上代表了目前世界上减阻剂生产工艺的最高水平和发展方向。
1982年，我国浙½­大学开始国产减阻剂的开发和试验工作，1985年进行了EDR 型减阻剂的试生产，并在国内原­油管道上进行了中型试验，产品性能已达到国外70年代初期水平。
减阻剂在输油管道中的应用
入管道流体中后，呈连续相分散在流体中，依靠本身特有的粘弹性，分子长链沿流体流动方向自然拉伸，从而对流体微元的运动产生影响。
减阻剂分子间的引力与流体微元产生的反作用力相互影响，减少了无用功的消耗，宏观上得到了减少摩擦阻力损失的效果[3]。
另一种解释是：在输油管道中，由于受摩擦阻力的影响，流体流动表现为紊流状态，造成管道输量降低或能耗增加。
在管道内注入减阻剂后，靠近管壁的层流底层和缓冲区面积增加，管道直径截面上流体的紊流区域面积减少，如图2所示，从而降低整个管线中流体的摩擦阻力[4]。
图2 流体在管道中的流动结构变化示意图2 减阻剂的减阻作用减阻剂注入油品后，能限制油品分子径向运动，使其沿减阻剂长链分子方向运动(即沿管道方向运动)，有效减小油品的紊流程度。
根据流体力学原理，层流趋势越高，摩阻系数越小，减阻剂便是通过这种方式实现减阻、增输的目的。
管道流体流动阻力的降低，实际上是摩阻系数的降低，因此减阻率可以表示为式(1)：100%RRλλλ−=× (1)式中：λ0为未加减阻剂工况下的摩擦系数；λR为注入减阻剂后管道内油品流动的摩阻系数。
根据式(1)，通过计算注入减阻剂前后管道油品摩阻系数0 引言液体在管道中流动时有两种流动状态，一种是层流，另一种是紊流，通常采用雷诺数(Re)来确定流动状态。
流体在管道中流动时受管道沿程阻力和局部阻力的影响，导致系统能量消耗，降低管道输送能力和输送效率。
减阻剂是一种长链、高分子量聚合物，可降低摩擦压力损失，提高烃类产品在管道中的流量，是油品管道输送系统中的重要组成部分，可降低输油管道运行的总能耗费用，提高管道输送效率。
1 减阻剂的组成及减阻机理减阻剂是高分子碳氧化合物聚合物，呈粘稠状，属于非牛顿流体。
其中，油溶性减阻剂的分子结构呈线性长链，具有较强的柔弹性，常将油溶性减阻剂用于油品管道。
减阻剂按类型可分为水溶性和油溶性两大类。
水溶性减阻剂包括聚氧化乙烯、皂角籽、聚丙烯酰胺等，而油溶性减阻剂包括聚异丁烯、甲基丙烯酸酯、聚长链α-烯烃等。
减阻剂研究概述
人工智能、大数据等智能化技术有望在减阻剂性 能预测、优化设计等方面发挥重要作用，提高研 究效率和应用水平。
06
结论与建议
研究成果总结
01
减阻剂能有效降低流体在管道中的摩擦阻力，提高流体的输送效率。
02
不同类型的减阻剂在不同流体和管道条件下具有不同的减阻效果，需 要根据实际情况进行选择。
复合型减阻剂
将不同类型减阻剂进行复合，发挥各自优势，提高综 合减阻效果。
03
减阻机理与方法
边界层控制理论
边界层概念
在流体与固体壁面之间形成的薄层，其中流体速度从零逐渐增加 到主流速度。
边界层分离
当边界层内的流体受到逆压梯度作用时，流体会从壁面分离，形成 涡旋和阻力。
减阻方法
通过改变边界层内的流动状态，如增加壁面粗糙度、引入吹气或吸 气等方式，可以延缓边界层分离，从而降低阻力。
数值模拟精度有待提高
数值模拟方法虽然具有成本低、周期短等优点，但目前数值模拟精度仍有待提高，特别 是对于复杂流动和新型减阻剂的模拟预测。
未来发展趋势预测
1 2 3
新型减阻剂研发
随着材料科学和纳米技术的发展，未来有望研发 出性能更优、环境友好的新型减阻剂。
多学科交叉融合
减阻剂研究涉及流体力学、化学、材料科学等多 个学科领域，未来多学科交叉融合将成为推动减 阻剂研究发展的重要趋势。
表面活性剂减阻剂
界面活性
01
表面活性剂能降低流体与固体壁面间的界面张力，减少流动阻
力，提高流体的流动性。
吸附作用
02
表面活性剂在固体壁面上形成吸附层，改变壁面润湿性，降低
摩擦阻力。
泡沫与乳状液
03
部分表面活性剂可形成泡沫或乳状液，进一步降低流动阻力。
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可以看出：
综合处理后的原油比热处理后的原油有更好的低温流动性，表现在析 蜡点以后原油粘度更低和原油具有牛顿特点的温度范围更宽(即反常点 出现的温度更低)。
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原油降凝剂
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2、化学降凝法
概念 化学降凝法就是指在原油中加降凝剂的降凝法。 在化学降凝剂中主要用两种类型的原油降凝剂： ü 表面活性剂型原油降凝剂如石油磺酸盐和聚氧乙烯烷
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原油按凝点的分类
(1)低凝原油 指原油疑点低于0℃的原油。在这种原油中，蜡的质量分数小于 2×10-2。 (2)易凝原油 指原油疑点低于0~30℃的原油。在这种原油中，蜡的质量分数在 2×10-2~20×10-2范围。 (3)高凝原油 指原油疑点高于30℃的原油。在这种原油中，蜡的质量分数大于 20×10-2。
1. 物理降凝法
原油产地 W(蜡)×1 W(胶质+沥 热处理前凝 02 青质)×102 点/℃ 大庆油田 中原油田 江汉油田 火烧山 油田 34.5 10.4 10.7 20.5 8.43 21.2 24.2 20.9 32.5 32.0 26.0 20.5 热处理温 度/℃ 70 85 80 70 热处理后凝 点/℃ 17.0 21.0 14.0 7.0
(1)热处理对原油粘温曲线的影响
①析蜡点后，原油粘度降低；
②原油具有牛顿流体特性的温 度范围加宽，即反常点降低；
③反常点后，原油粘度随剪切 速率的变化减小。
一种原油热处理前后的粘温关系
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(聚甲基丙烯酸酯)
RCO CH)m (CH2-CH) n (CH
COOR (α-烯COOR -苯乙烯共 聚物)
(乙烯-马来酸酯共聚物)
COOR COOR (聚 酰 基 苯乙烯 )
(苯乙烯-马来酸酯共聚物)
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(2)极性基团含量和极性大小的影响 降凝剂极性基团含量是影响降凝剂的结晶性能的因素。
降凝剂中极性基团含量增加时，长链烷基的含量相对减少，因而
降凝剂的结晶度降低。 极性基团含量增加到很高时，由于空间排布的障碍，链的刚度增 加，降凝剂结晶更加困难。 如果降凝剂的结晶度低，则其与蜡分子共晶析出的能力降低。但 如果降凝剂结晶能力太高，降凝剂的极性则会相对地降低，那么降凝 剂对蜡晶的分散作用下降。 因此，降凝剂中极性基团与长链烷基的含量要有一最佳比例， 才能获得最佳的改性效果。
图为一种多蜡原油在上述 三种情况下的粘温曲线。 在进行热处理时，该原油 被加热至85℃后冷却；在进 行综合处理时，该原油在 60℃时加入100mg/L降凝 剂(乙烯与乙酸乙烯酯共聚物)， 再升温至85℃后冷却。
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原油失去流动性的两个原因
一、是由于原油的粘度随温度的降低而升高，当粘度升高到一定程 度时，原油即失去流动性； 二、是由原油中的蜡引起，当温度降低至原油的析蜡温度时，蜡晶 析出，随着温度进一步降低，蜡晶数量增多，并长大、聚结，直到形成 遍及整个原油的结构网，原油即失去流动性。
1、降凝剂的分类
目前国内外各油田应用的原油流动改进剂，主要是具有下列结构的 梳形聚合物。
(CH2-CH2)n (CH2-CH)m O (CH -CH ) 2 2 n R-C O
(乙烯-羧酸乙烯酯共聚物)
(CH2-CH2) n (CH2-CH) m
(CH2-CH) m (CH O CH3-C O CO
原油降凝剂的概念
是一种油溶性高分子有机化合物或聚合物。在含蜡原油中添加适量 的降凝剂，在一定条件下就能改变原油中蜡晶形态和结构，从而显著地 降低含蜡原油的凝固点，改善含蜡原油的低温流动性能，因此，降凝剂 又叫流动改进剂(Flow Improver )。
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３、化学—物理降凝法
这是一种综合降凝法。该法要求在原油中加入降凝剂并对加剂原 油进行热处理。 为将热处理与综合处理进行对比，可测定下列三种情况下的粘温 曲线：即未处理原油的粘温曲线、热处理原油的粘温曲线和综合处理 原油的粘温曲线。
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原因分析
原油升温后引起各成分存在状况的变化在冷却时不能立即得 到复原。这意味着，原油降温至析蜡点时，蜡是在比升温前有更 多沥青质堆叠体和曲分中有更高的胶质含量的条件下析出。由于 沥青质堆叠体可通过充当晶核的机理起作用，胶质则通过与蜡共 晶和吸附的机理起作用，因此处理后原油析出的蜡晶将更分散、 更疏松，形成结构的能力减弱，因而热处理后原油的凝点降低。
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原油按凝点的分类
我国原油的凝点与蜡含量的统计关系
从上面的分类及我国原油的疑点与蜡含量的统计关系可 以看到：原油的疑点越高，原油的蜡含量也越高。
CH) p CO
C O
OR
(乙烯-丙烯酸酯共 聚物) O
CH3 (CH2-CH)n (CH2-C)m
2 COOR
(乙烯-醋酸乙烯酯-顺酐共聚物)
CH3 (CH2-C) n COOR
(CH -CH)n (CH2-CH)m
COOR
(CH2-CH)n
(丙烯酸酯-甲R 基丙烯酸酯共聚物) CH)m (CH2-CH2) n (CH
2、化学降凝法
聚丙烯酸酯是一种典型 的原油降凝剂。降凝剂中有 许多结构与蜡分子相同，因 而在析蜡时有可能与蜡分子 共同结晶的非极性部分(烷 基，箭头指处)，也有使蜡 晶晶型产生扭曲的极性部分 (—COO—)。 溶于油中的聚丙烯酸酯
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由上表：热处理后原油的疑点有明显的下降
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(2)热处理对原油中各成分存在状况的影响
①原油中的蜡晶全部溶解，蜡以分子状态分散在油中。 ②沥青质堆叠体的分散度由于氢键减弱和热运动加剧的 影响而有一定提高，即沥青质堆叠体的尺寸减小，但数量增 加。 ③在沥青质堆叠体表面的胶质吸附量由于热运动的加剧 而减少，相应地原油油分中胶质的含量增加。
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(2)极性基团含量和极性大小的影响
降凝剂分子中的极性基团，可以吸附在蜡晶表面建立起某种能 障，改变蜡的结晶习性，阻止晶体微粒的相互接近，从而改善原油的 低温流动性能。
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1. 物理降凝法
这是一种热处理方法。该法首先将原油加热至最佳的 热处理温度，然后以一定的速率降温，达到降低原油凝点 的目的。
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(Pour Point Depressant)
什么是凝点
指在规定的热力、剪切条件下，被测油样刚失去流动 性的最高温度，它反映了蜡晶颗粒形成网状结构的难易程 度。
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基胺，它们是通过在蜡晶表面吸附的机理，使蜡不易形成 遍及整个体系的网络结构而起降凝作用。 ü 是聚合物型原油降凝剂，它们在主链和(或)支链上都 有可与蜡分子共同结晶(共晶)的非极性部分，也有使蜡晶 晶型产生扭曲的极性部分。
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一种多蜡原油不同剪切速 率下的粘温关系
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原油的降凝方法
原油的降凝输送 是指用降凝法处理过的原油在长输管道中的输送。
1. 物理降凝法
包括：
2. 化学降凝法 3. 物理－化学降凝法
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(2)极性基团含量和极性大小的影响
降凝剂中极性基团极性强或表面活性高，可以增加蜡晶粒子相互间 及沥青质粒子间的相互排斥，因此，与降凝剂结合的蜡晶不易相互结 合形成大的晶体，提高其分散性和抗沉积能力， 在宏观上表现出对原油具有良好的降凝、降粘和抗剪切性能，从而 改善原油的低温流动性；但活性太高，分子极性太强，会造成降凝剂 在原油中的溶解度下降，即在原油中的溶解性变差，也就会影响降凝 剂降凝降粘效果。
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含蜡原油的粘温曲线
特征点： A点为析蜡点，含蜡原油降温 至该点所处的温度时，即有蜡 晶析出； B点是反常点，从该点起继续 降温，含蜡原油的粘度即随剪 切速率变化，说明多蜡原油已 由牛顿流体转变为非牛顿流体。
2、降凝剂降凝效果的影响因素