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        淺談含水率對原油集輸管道結(jié)蠟的影響

        2014-09-29 23:44:51何坤倫王雙生顧明劉炳峰
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年30期
        關(guān)鍵詞:含水率

        何坤倫 王雙生 顧明 劉炳峰

        摘 要:文章便對原油集輸管道石蠟沉積機(jī)理進(jìn)行了深入的研究,在建立原油集輸管道石蠟沉積模型的過程中采用的為沉積傾向系數(shù)法,詳細(xì)的分析了含水率對原油技術(shù)管道結(jié)蠟的影響,在分析后我們認(rèn)為含水率對原油集輸管道的結(jié)蠟問題是有著很大的影響的,結(jié)蠟率最高的位置應(yīng)是轉(zhuǎn)向點附近的位置,所以,在對集輸管道工程進(jìn)行設(shè)計的過程中,應(yīng)盡量降低含水率對此位置處的影響。

        關(guān)鍵詞:原油集輸管道;結(jié)蠟機(jī)理;含水率

        1 原油集輸管道結(jié)蠟的機(jī)理

        1.1 分子擴(kuò)散

        如果油流溫度析蠟點溫度都是高于管道溫度的,那么在原油中管壁位置處的石蠟分子就可能會析出結(jié)晶,那么此位置處的石蠟分子濃度就是小于流動的石蠟分子濃度的,在擴(kuò)散定律的影響下,管壁處的石蠟分子與原油中流動的石蠟分子之間就會形成濃度梯度,石蠟分子逐步的移動到管壁附近,并且在管壁附近沉積下來??梢姡绻鼙跍囟仁切∮谟土鞯臏囟纫约拔鱿烖c溫度的,那么石蠟分子就會在管壁位置處形成結(jié)蠟。

        1.2 剪切彌散

        這一機(jī)理認(rèn)為導(dǎo)致石蠟晶體向管壁方向遷移的原因是因為速度梯度,而不是分子擴(kuò)散機(jī)理中的濃度梯度,如果管壁的溫度是大于油流的溫度或是兩者之間不存在溫度差時,在管壁位置處如果出現(xiàn)了石蠟沉積的現(xiàn)象,那么起到作用的就是剪切彌散作用。

        1.3 重力沉降

        所謂的重力沉降機(jī)理就是指液態(tài)原油與已經(jīng)析出的石蠟晶體顆粒之間是存在著密度差的,那么在重力作用的影響下,石蠟晶體顆粒就會沉積在管壁位置處。

        1.4 布朗運動

        這一機(jī)理就是指在原油中處于懸浮狀態(tài)的石蠟晶體顆粒的熱運動往往都是無規(guī)則的,如果其又是存在著的濃度梯度的,那么油流中濃度較高的石蠟晶體就會逐步的向管壁附近移動,并且在此位置處沉積下來。

        1.5 剪切剝離作用

        在原油的流動速度不斷提高的情況下,管壁處的剪切應(yīng)力也會越來越大,如果其增大到足以破壞石蠟沉積層的強(qiáng)度時,在管壁上沉積著的石蠟沉積物就會被沖刷下來,這些物質(zhì)會與油流一同被沖走,在這種作用下,沉積物的硬度和厚度是要受到原油的流速、流型和流態(tài)等因素的影響的。

        1.6 老化機(jī)理

        隨著石蠟沉積時間的不斷增長,那么石蠟的硬度以及平均碳原子數(shù)都會越來越多,當(dāng)原油的溫度高于其溫度時,在管壁位置處會先形成一層凝油層,之后淺層的石蠟分子、沉積層表面以及油流都會通過這層凝油層并移動到管壁位置處,然后析出結(jié)晶。另外,沉積層中的輕烴的擴(kuò)散方向與原油的流動方向是相反的,那么就會降低沉積層的含油量,提高沉積層的含蠟量,這就是所謂的“老化”過程。

        2 原油集輸管道的石蠟沉積模型

        導(dǎo)致原油集輸管道出現(xiàn)結(jié)蠟問題的因素有很多,并且其沉積的機(jī)理也十分復(fù)雜,所以,世界上的多個國家都在對原油集輸管道的石蠟沉積問題進(jìn)行了深入的研究和探討,同時也建立了很多石蠟沉積速率模型,這其中的很多模型的建立都是以理論分析為基礎(chǔ)的,那么就要借助于流動模型以及基礎(chǔ)實驗的計算結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合,從而得到其中的經(jīng)驗性參數(shù),這些參數(shù)都是可以應(yīng)用在集輸管道實際的結(jié)蠟的計算和預(yù)測工作中的。下面我們在建立原油集輸管道的石蠟沉積模型時,采用的為蠟沉積傾向系數(shù)法。

        這一模型考慮到徑向溫度梯度和剪切應(yīng)力的影響,其計算公式為f=ktm(dT/dr)n,其中,f為石蠟沉積的傾向系數(shù),t為管壁位置處的剪切應(yīng)力,而dT/dr則為管壁位置處的徑向溫度梯度,k、n、m都是在實驗中可以確定的常數(shù),而石蠟沉積速率的計算公式為w=f(1/u)(dC/dT)(dT/dr),其中w為石蠟的沉積速率,u為原油粘度,dC/dT則為石蠟晶體的溶解度系數(shù)。本文便以油田的某一特定區(qū)塊為例,對其進(jìn)行了室內(nèi)管流的模擬實驗,計算中可以得到k、m、n、p等常數(shù),從而計算出石蠟的沉積速率。

        3 不同含水率對原油集輸管道結(jié)蠟的影響

        下面我們便以某一油田地區(qū)年季節(jié)的最低土壤溫度和最高土壤溫度的條件,深入的分析了不同含水率對原油集輸管道結(jié)蠟的影響,該油田地區(qū)一年中的最低土壤溫度為-9攝氏度,而最高土壤溫度則為9攝氏度,在這兩種土壤條件下,我們又分別的研究了不同集油溫度和不同流量的情況下,原油含水率對集輸管道的結(jié)蠟規(guī)律是有著怎樣的影響的,具體如下圖:

        當(dāng)流量為45m3/d時,不同含水率對原油集輸管道結(jié)蠟的影響:

        當(dāng)流量為30m3/d時,不同含水率對原油集輸管道結(jié)蠟的影響:

        當(dāng)流量為15m3/d時,不同含水率對原油集輸管道結(jié)蠟的影響:

        當(dāng)流量為5m3/d時,不同含水率對原油集輸管道結(jié)蠟的影響:

        不同含水率對原油粘度的影響分析:

        根據(jù)上述曲線圖我們可以看到,原油集輸管道結(jié)蠟速率的最高點都出現(xiàn)在轉(zhuǎn)相點附近,當(dāng)原油的含水率不斷增加時,集輸管道結(jié)蠟的速率是有著下降的趨勢的。在同一含水率和同一集油溫度下,原油流量越小,結(jié)蠟的速率就越大,而在同一含水率和同一流量下,結(jié)蠟速率會隨著集油溫度的增大而減小。在不同的土壤溫度下,土壤的溫度越低,結(jié)蠟的速率越高。這樣我們便總結(jié)出原油集輸管道的結(jié)蠟規(guī)律為:在含水率不斷增加的情況下,結(jié)蠟的速率是越來越小的,并且結(jié)蠟速率最大點為轉(zhuǎn)相點附近。

        究其原因,我們認(rèn)為當(dāng)轉(zhuǎn)相點在60%位置處時,其是處于油包水型的條件,管道橫截面上并未形成明顯的水環(huán),而管壁與原油是緊密的接觸著的,那么石蠟晶體顆粒與溶解的石蠟分子的徑向濃度梯度就會越來越大,在管道的液、固界面附近就會結(jié)合并且析出,加快了其結(jié)蠟的速率,而在含水率不斷增加的情況下,體系的粘度是會不斷降低的,那么結(jié)蠟的速率也會隨之不斷降低。

        通過以上的論述,在設(shè)計集輸管道工程中,我們應(yīng)充分認(rèn)識到原油集輸管道的結(jié)蠟機(jī)理,深入的了解不同含水率對原油集輸管道結(jié)蠟規(guī)律所產(chǎn)生的影響,盡可能的避免結(jié)蠟率相對較高的地方,確保原油的順利輸送。

        參考文獻(xiàn)

        [1]魏勝.低產(chǎn)油田低能耗摻水集輸技術(shù)探討[J].石油石化節(jié)能,2013.

        [2]張帆.原油含水對管道運行的影響[J].油氣儲運,2008.

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