实验环道结蜡层温度场计算

原油输送过程中因管壁结蜡而使输送能力降低,特别是在定压输送的情况下,当沉积层较厚的含蜡油管道在低温、低流速下输送时,可能发生初凝、停流现象,因此研究原油结蜡过程中管道结蜡层温度分布是非常有意义的。为此在实验室内,通过对试验环道上测试段相关数据的测试,对比分析测试段管壁有沉积物和无沉积物时测试段管壁内温度分布的不同表达式,根据能量方程建立了无量纲温度分布方程,利用贝赛尔函数推导出原油在层流状态下沉积层表面温度分布、沉积层热流密度、油流温度分布等相关温度场的计算公式,为研究蜡沉积规律,定性分析管路结蜡层厚度和制定合理的清管方案提供理论依据。     

蜡沉积速率的逐步回归模型

含蜡原油在管道输送过程中经常会有蜡析出，并有一部分蜡沉积到管道内壁上形成结蜡层。结蜡层对管道经济运行有一定的影响，它使管道的输送能力下降，严重时甚至会造成凝管事故，给管道运输造成很大的安全隐患。为了解决上述问题，必须研究含蜡原油管道的蜡沉积规律。针对影响蜡沉积速率的主要因素有管壁处的剪切应力，管壁处温度梯度，管壁处蜡分子浓度梯度和原油的动力粘度，在小型环道上对太庆原油进行管道蜡沉积试验，采用逐步回归的方法对实验数据作回归处理，从而建立了大庆原油蜡沉积速率模型，为进一步研究原油管道蜡沉积规律和管道优化运行奠定了基础。     

蜡沉积速率的逐步回归模型

含蜡原油在管道输送过程中经常会有蜡析出,并有一部分蜡沉积到管道内壁上形成结蜡层。结蜡层对管道经济运行有一定的影响,它使管道的输送能力下降,严重时甚至会造成凝管事故,给管道运输造成很大的安全隐患。为了解决上述问题,必须研究含蜡原油管道的蜡沉积规律。针对影响蜡沉积速率的主要因素有管壁处的剪切应力,管壁处温度梯度,管壁处蜡分子浓度梯度和原油的动力粘度,在小型环道上对大庆原油进行管道蜡沉积试验,采用逐步回归的方法对实验数据作回归处理,从而建立了大庆原油蜡沉积速率模型,为进一步研究原油管道蜡沉积规律和管道优化运行奠定了基础。     

保温原油实验环道温度场计算及分析

通过对保温原油实验环道的传热分析,建立保温含蜡原油实验环道温度场计算模型,计算得到管道内部温度分布,以及管道内壁温度梯度变化规律。对不同环境温度、油流速度和有无结蜡对管道温度场分布的影响规律进行分析。结果表明,管内油温与套管中的冷却水温差越大,管壁的平均温度梯度越大;管壁的平均温度梯度随油流速度增加而增大;当管壁上有了沉积物,沉积层内表面的温度梯度比初始时刻有所降低,降幅随着距离入口端长度的增加逐步减小。     

含蜡原油热输管道管壁结蜡厚度的计算

根据石蜡沉积机理,考虑到在含蜡原油热输管道的实际运行中油温高、热流强度大、油流粘度比较小、剪切弥散的作用非常小,因此石蜡在管壁处的沉积主要是由于分子扩散形成的。应用Fick扩散方程来计算石蜡沉积扩散速率,并根据含蜡原油比热容随温度变化的一般规律,采用热力学与动力学相结合的方法推导出了计算含蜡原油热输管道管壁结蜡厚度的计算公式,并用对分法对公式进行求解,得到了管壁结蜡厚度与运行时间以及输送距离之间的关系,并画出了其关系曲线。采用该计算方法能够计算出任意时刻管道沿线任一点处的管壁结蜡厚度,模拟了沿管线长度管壁结蜡厚度的分布规律。此方法为确定管道的经济清蜡方案及保证管道安全运行提供了一定的理论依据。     

含蜡原油在模型环道中温度场的数值模拟

结合室内模型环道装置进行蜡沉积实验,应用Fluent软件对环道测试段温度场进行数值模拟计算。模拟了不同壁温、油温条件下管道轴向不同位置内管壁的径向温度场,利用等效导热系数的方法对不同蜡沉积层厚度下管道内管壁的温度分布进行模拟。模拟结果表明,油温与壁温间温度差、蜡沉积层厚度均会对内管壁处温度梯度产生影响;油温与壁温间的温度差越大,内管壁处的温度梯度越大;随着沉积层厚度增加,保温效果变得明显,内管壁处的温度梯度减小。随着轴向位置距离的增加,内管壁的温度梯度值呈现减小的趋势。     

塘燕原油管道蜡沉积规律研究

塘燕原油管道输送原油种类多、 油品切换频繁, 增加了蜡沉积预测的难度。根据管输原油物性, 运用 普适性蜡沉积模型, 研究了塘燕线不同季节、 输送不同种类原油时的蜡沉积速率, 并结合管道运行参数, 预测了塘燕 线管道沿线的蜡沉积层厚度及分布。塘燕线冬季的蜡沉积最多, 春、 秋季居中, 夏季最少; 输送埃斯坡、 马西拉原油 蜡沉积较少, 输送杰诺、 沙中、 沙重原油蜡沉积相对较多; 管道沿线的蜡沉积分布不均匀, 主要集中在靠近进站管段 处, 在管道全线运行压力变化不大时, 对于蜡沉积严重的管段, 其压降迅速增加, 造成管道安全运行隐患, 建议每年 秋季进行一次清管作业。     

七里村采油厂油井结蜡机理

对七里村采油厂易结蜡区块典型原油基本物性、析蜡点、石蜡胶质沥青质含量进行了分析,考察了原油含水量、轻组分含量、流速、温度和管线表面状态等对原油结蜡的影响。结果表明:原油凝点低,粘度低,密度低,石蜡胶质沥青质含量高,析蜡点高;原油结蜡速率随原油含水量、轻组分含量增加而减小,随着原油温度升高先增大后减小,随着结蜡室温度升高而降低,管线表面越光滑结蜡速率越小。其结蜡机理为:原油中蜡、胶质含量高轻组分含量低,地层压力低,地层温度与原油析蜡点相近,在开采过程中,原油中伴生气溢出使轻组分减少,降低了原油对蜡的溶解能力,因此导致原油结蜡。试验区域油井普遍产量低,采取间断方式采油,原油在油管中流速低、滞留时间长,有利于析出蜡晶在油管表面附着、聚集长大并吸附在油管内壁和油杆外壁,从而造成油井结蜡现象发生。     

原油管道蜡沉积若干问题的研究综述

我国多数油田生产的原油为含蜡原油。管道输送含蜡原油会带来很多问题：减少管道的有效通流截面,增大输送压力,降低输送能力,严重时还可能堵塞管道。为了解决沉积蜡的问题,应从原油管道蜡沉积的危害,原油管道蜡沉积的测试,影响管道蜡沉积的因素,以及原油管道如何防蜡、脱蜡、清蜡等方面去进行研究。     

含蜡原油管道的温降离散数值计算方法

提出了含蜡原油管道温降离散数值计算方法.温降步长的可调性可使原油物性转换温度始终位于计算段节点,很好解决了输送过程站间管道不同位置油流流态及结蜡状况因油温变化引起的计算处理麻烦.在考虑摩擦热影响的计算要求时,不必使用迭代试算方法,较按长度离散方法更显简单.按输量、油温及埋设条件自动选择计算步长的方法,提高了计算速度和精度.计算结果可直观给出流型和结蜡分布范围及它们的转变位置,为深入了解管道运行状况提供了良好参考.所编制软件可实现管道离散过程的自动进行.实际算例表明,方法实用可靠,计算精度明显提高.     

结蜡厚度对输油成本的影响

含蜡原油管道 ,尤其是北方的含蜡原油管道 ,普遍存在结蜡现象 ,必须及时进行清蜡才能实现管道的经济运行。当输量高于或等于设计输量时 ,保证完成输送任务是生产中优先考虑的问题 ,因此清蜡后的残余蜡层应尽可能小。当输量低于设计输量时 ,管道运行的经济性上升为主要问题 ,清蜡后的残余蜡层是否还应尽可能小值得研究。在输量一定的情况下 ,随着结蜡层的增厚 ,管道的总传热系数减小 ,热力费用下降 ;同时 ,管道的有效内径减小 ,摩阻变大 ,动力费用增加。为此 ,建立了以输油成本为目标函数 ,以结蜡厚度为决策变量的数学模型 ,从结蜡厚度的角度研究管道的经济运行。采用黄金分割法对模型进行了求解。结果表明 ,对于给定输量 ,存在一个结蜡厚度 ,使得输油成本最小 ;当输量低于设计输量时 ,允许存在一定量结蜡厚度在经济上是合理的     

结蜡对含蜡原油管道安全影响分析

对低输量含蜡原油管道,每次清蜡时都保留一定的结蜡厚度,这是因为蜡的"保温"效果有利于管道的经济运行。然而,从安全的角度考虑,管线保留一定的结蜡厚度存在一定的风险。保留一定的结蜡厚度,管径变小,一旦管线停输或输量下降,管线中单位体积的原油所携带的热量减少,相对降温速率加快,原油形成胶凝结构的速度加快,管线允许的停输时间大大降低,并且管径越小管线停输后的再启动越困难。同时,管线停输后,在某些特殊管段特别是上倾管段,石蜡沉积物会发生破坏滑脱并聚集在管道低洼处,造成蜡堵凝管。因此,建议定期彻底清除管壁结蜡。     

秦京线输送冀东原油低输量运行特性研究

根据中国石油股份公司规划,针对 2008年以后秦京线输送冀东原油低输量运行需求,研究了冀东原油基本物性和流变特性,冀东原油最佳热处理温度是 60℃。筛选出针对冀东原油最佳改性效果的降凝剂,凝点降低幅度13 .5℃,降粘率86 .6%。制定了秦京线输送冀东原油 2 .8×106 t/a的运行方案。针对秦京线在低输量条件下的管道运行特性,包括热负荷能力、结蜡规律、能耗费用、最优清管方案和加剂原油流动性变化规律进行了深入研究,秦京线冬季工况下结蜡厚度最大值50 .24 mm,经济清管周期是 34 d。研究成果为秦京线 2008年以后输送冀东原油提供了安全保障和技术支持。      

渤中沙河街原油析蜡及其乳化特性实验研究

针对渤中沙河街原油海底管道输送的潜在安全隐患,采用影像分析仪及配套的程控水浴,观测和分析了沙河街原油从65℃到20℃的析蜡过程,确定了其析蜡点与析蜡高峰温度范围.采用HAAKE RS600流变仪,测定了沙河街原油及其掺高温水的油水乳状液的流变曲线与粘温曲线,评价了沙河街原油的乳化特性.结果表明:沙河街原油的析蜡点与粘温异常点分别为51℃与30℃,析蜡高峰温度为35～20℃;当掺水量低于70%时,80℃的沙河街油水混合液在25℃的室温下自然冷却,同时用700～800 r/min的转速搅拌,在2 h内均可充分乳化,其反相点为70%,这为沙河街原油海底管道掺高温水输送的安全操作提供了依据,并可供其他原油的相关研究参考.     

空心抽油杆内连续管下入深度对井筒温度分布的影响

稠油举升过程中,由于地温变化造成井筒内温度压力降低,导致原油黏度增大、溶解气析出,最终造成原油结蜡、油井堵塞.空心抽油杆内连续管热水循环加热工艺作为一种经济有效的采油工艺方法,能有效防止稠油在井筒内结蜡.在满足稠油油井生产要求的前提下,为了优化连续管下入深度,减少投资成本,建立热水循环加热井筒温度场的二维轴对称稳态模型,选取不同连续管下入深度,计算井筒温度分布.研究表明连续管不同下入深度对井筒温度具有较大影响;连续管下深700～1200 m均可满足防蜡降黏要求;当连续管下深为700 m时,循环水出口温度约为60.5℃,产出液出口温度约为59℃,现场应用时可将连续管下深至700 m以最大限度节约成本.     

析蜡温度确定方法的研究与分析

选择合适的析蜡点测试方法可降低方案成本。采用4种测试方法测定了SY油田和KF油田高凝油在不同条件下的析蜡点。研究发现,显微观测法、差示热量扫描法、激光法、流变法所测析蜡温度依次降低,根据测试条件可依次划分为析蜡结晶温度、临界蜡沉积温度、沉积影响温度;析蜡温度与含蜡量高低无关,受高碳数石蜡影响较大;饱和压力附近含气原油析蜡温度最小,与脱气原油相比下降9 ℃;脱气原油压力从0.1 MPa增至24 MPa析蜡温度增加3.1 ℃;含气原油相同压力下剪切速率从10 s-1增至1 191 s-1时析蜡温度下降了2.9 ℃;受沥青质沉积影响,压力低于15 MPa后沉积影响温度高于临界蜡沉积温度;流变法测试结果满足工程需要,结合实验结果建议采用活化能法处理。该研究可以为工程中析蜡温度的选取提供理论和技术支持。     

塔河油田原油降凝降粘工艺技术研究与应用

塔河油田开采过程中，由于原油粘度大、凝固点高、含蜡等特点，影响油井正常生产。化学清防蜡降凝粘是原没开采稳产及远距离输送必须解决的一项重要技术，化学清防蜡降粘剂得到了广泛重视和应用，化学清防蜡降粘剂具有投资少、节省人力、物力等特点，而且施工工艺简单，因此虽一种潜力极大，发展前景广阔的处理原油结蜡降降粘的方法。新研制DC油溶性高分子化学清防蜡降粘剂，能适合塔河油田四、六区的需要，改善原油流动状态，减缓油井结蜡趋势，降低生产成本，提高经济效益。     

不含水原油结蜡的影响因素分析

针对川中地区原油基本不含水、含蜡量较高的特性,采用测定原油析蜡点和结蜡量的方法,分析原油自身组成、温度、压力、流量、pH值和微粒等因素对原油结蜡的具体影响关系。分析认为pH值和微粒对不含水原油结蜡影响较小,原油自身组成、温度、流速等因素的影响相对更大。     

大庆原油加剂前后的蜡晶分形特性研究

针对蜡晶颗粒定性描述存在的不确定性问题,探讨了蜡晶形态的定量表征方法,提出基于蜡晶体积特征的粒度分布分形模型.以大庆南三联原油和林源原油为研究对象,采用流变学测试法与影像分析技术,测试它们加剂前后的析蜡过程及粘温特性;采用NcMiVnt图像分析软件,处理试样析蜡过程中的蜡晶形态图像,确定蜡晶粒度分布分形维数;进而分析温度与流动改进剂对原油蜡晶分形特性的影响.结果表明,基于蜡晶颗粒体积特征的分形模型可定量表征蜡晶形态;两种原油加剂前后的蜡晶分形维数随温度降低而增大,其析蜡量及蜡晶颗粒数量一般随之增加,宏观表现为原油低温流动性变差;两种原油加剂后的蜡晶分形维数明显增大,而蜡晶颗粒数量大幅减少,宏观上呈现出原油低温流动性提高.     

含特殊管段的含蜡原油管道热力计算与分析

针对含蜡原油长输管道管内外情况均十分复杂的特点,详细研究了含特殊管段的含蜡原油长输管道,利用有限元法对热油管道处于不同工况下的热力模型进行了求解,并在计算过程中对特殊管段进行了巧妙的处理,最后通过算例详细分析了特殊管段对处于不同工况的原油管道热力特性的影响。结果表明,结蜡层的存在会使处于正常运行管道中的原油散热能力减弱,但却会使停输管道内的原油温降速率增大;而管道沿线浸水段的存在,不仅会使管道正常运行中末端油温偏低,还可能使管道在停输中中间浸水段的油温远远低于末端温度,严重影响对停输管道顺利再启动的判断。