东临管输原油降凝剂的研制及改性效果评价

东临线管输原油为多蜡和胶质沥青质原油，对多种原油降凝剂的化学感受性很差。为此研制了对该原油蜡质组分和胶沥组分有明显效果的化学剂，复配了改性效果好的化学剂，确定了最佳配比。考察了不同处理温度对该原油必凝剂改性处理效果的影响及加剂改性原油的静态稳定性。实验结果表明，东临线管输原油添加该原油必凝剂的最佳处理温度为６０℃，加剂改性处理后的原油表现出良好的静态稳定性。     

如何评价管输含蜡原油的处理效果

本文使用自行研制的管式静态石蜡沉积装置测定了不同处理条件下濮阳原油的静态蜡沉积特性和对应条件下原油的凝固点。发现濮阳原油经添加剂(EVA)处理后,其石蜡沉积特性和流动特性的变化趋势不一致。石蜡沉积强度的抑制效果,严格地取决于原油处理条件和油品温度。提出应探索新的评价管输含蜡原油处理效果的标准。应能根据管线的温度条件,综合考虑含蜡原油的石蜡沉积特性和流动特性两项指标,从而选择最优的原油热处理温度、化学添加剂类型和添加浓度。     

原油组成对电场改性效果的影响北大核心

电场改性是一种新型的原油改性方法,其基本原理是电流变效应,机理是蜡晶的界面极化。目前研究发现,不同原油电场改性效果差异较大,机理尚不明确。以胶质、沥青质含量介于4%~23%的8种含蜡原油为实验对象,测试其电场改性效果,发现胶质、沥青质含量少(总质量分数5%以下)的原油,在实验条件下电场降黏效果随累计析蜡量增大呈先升后降趋势;对于胶质、沥青质含量中等的原油(总质量分数10%左右),在实验条件下电场降黏效果随累计析蜡量增大单调上升;对于胶质、沥青质含量较高(总质量分数15%以上)的原油,在实验条件下电场降黏效果不明显。结合界面极化机理,得出电场改性效果强弱与原油中胶质、沥青质的充足程度及聚集程度密切相关。     

评价防蜡剂和减阻剂的新方法

介绍了一种可以在现场运行条件下连续测量流变性变化和筛选评价防蜡剂和减阻剂的新方法,同时提出了寻求有效防蜡剂的选择标准。对于特定的原油和流动条件,此标准可以保证所选择的化学剂是最有效的,9家化学公司参加了为北海油田开发选择有效防蜡剂的工作,针对几种含蜡原油,应用这种新方法测试评价了20多种防蜡剂。这种新方法可以提供运行温度范围内的流变数据、蜡沉积速度、防蜡效果、总平均防蜡效果和流体流动性改进程度。通过试验,多数防蜡剂在高温下有较好的防蜡效果,而低温下不理想,减阻剂在北海海底温度条件下效果不佳。     

有关原油流变性与石油化学的讨论

含蜡原油综合改性处理输送工艺技术已成功地应用于低输量管道,为了进一步提高含蜡原油综合改性处理工艺技术的效能和扩大应用范围,认为选择廉价高效的化学剂是关键,应把原油流变性与石油化学紧密地结合起来,从原油与化学剂相互作用的机理出发开展专门研究会取得一些突破。讨论了原油化学类别,原油中蜡的组成形态和结晶习性,原油中胶质、沥青质及其与蜡的综合作用,原油中液态烃类对原油流变性和改善原油流动性的影响。指出在科学研究中要采用多种现代分析手段,从分析与综合两个方面深入开展研究,以求取得进展。     

大庆原油加剂处理工艺的实验研究

介绍了大庆原油加降凝剂后先急冷后缓冷处理工艺的室内试验,试验结果表明,改性原油凝点比不加剂原油降低了１４．５℃,比加剂后单纯慢速降温处理降低了７℃,而且低温下的粘度也明显降低。采用这种新型处理工艺将拓宽原油加降凝剂输送的应用范围,并可大幅度降低管道运行中的燃油消耗。     

含蜡原油静态磁处理降黏试验

为探究磁处理技术对含蜡原油降黏效果的影响,利用自行研制的静态磁处理装置研究磁场强度、磁处理温度、磁处理时间对含蜡原油降黏效果的影响;采用偏光显微镜对磁处理前后含蜡原油蜡晶结构进行观察,并分析磁处理含蜡原油的降黏原因。静态磁处理结果表明,最佳磁处理条件是:磁场强度100 mT,磁处理温度49 ℃,磁处理时间10 min,影响磁处理效果的因素按影响程度高低依次是磁处理温度、磁处理强度、磁处理时间;通过显微观察试验发现,磁场促进了含蜡原油中小蜡晶颗粒的聚集,使得大蜡晶颗粒的数量增多,液态烃的流动截面积增大,进而降低了含蜡原油的黏度,改善了含蜡原油的流动性。     

重复加热对加剂改性原油蜡晶形态与结构的影响

研究重复加热对加剂改性CQ原油宏观流动性与微观蜡晶形态的影响,有助于探究重复加热影响降凝剂改性效果的内在原因。对降凝剂改性CQ原油进行重复加热实验,研究发现重复加热对改性CQ原油蜡晶形态与结构的影响规律与对流动性的影响存在对应关系:将加剂CQ原油预热至60℃后再动态降温至20℃,然后重复加热至不同温度,当重复加热温度小于35℃时,随重复加热温度的升高,蜡晶尺寸减小,分形维数变小,改性油的宏观流动性变差;当重复加热温度为35℃时,蜡晶尺寸与分形维数达到最小值,降凝剂改性效果完全丧失;当重复加热温度大于35℃时,随重复加热温度的升高,蜡晶尺寸与分形维数逐渐增大,改性油的宏观流动性逐渐变好;重复加热恶化温度区间与原油的析蜡点到溶蜡点温度区间对应。研究成果为分析重复加热对加剂原油流动性的影响提供理论支撑。(图5,表5,参24)     

原油加剂改性的影响因素

研究了苏丹原油加剂时的处理温度、处理中的温升、原油含水量、处理过程听轻组分的挥发等因素对加剂处理效果的影响。研究结果表明，对于高凝点、高粘度的苏丹混合原油，随着处理温度的升高，原油粘度降低幅度增大；在原油处理过程中，温度回升将抑制化学剂的改性效果；原油中水含量减小，加剂生效果明显；在非密闭处理装置中，原油轻质组分的挥发是影响加剂改性效果的重要因素之一，特别在慢降温处理过程中影响更大。     

蜡对原油流变性的影响

蜡的组成、含量、性质及其在原油中的形态等是导致含蜡原油流变性复杂化的根本原因。论述了蜡含量、蜡的性质、蜡的形态和结构对含蜡原油流变性的影响。析蜡点和溶蜡点是表征蜡在原油中结晶析出和溶解的特征温度，溶蜡点一般高于析蜡点10℃以上。在析蜡点温度以上，含蜡原油具有牛顿流体的特性，其粘温关系符合Watther经验式和Arrhenius指数方程。研究表明，直接影响含蜡的油流变性的关键因素是已结晶析出的蜡量，而不仅仅是油中的蜡含量。另外，蜡晶的形态和结构对含蜡原油的流变性也有着重要的影响。     

不同温度下单相含蜡原油的蜡沉积规律

针对石油工业中的蜡沉积问题,利用冷指实验装置研究了单相含蜡原油体系冷却液温度、油流温度和同一温差不同温度区间对蜡沉积规律的影响,得到了单相含蜡原油蜡沉积规律的宏观特性,并利用高温气相色谱（HTGC）装置分析沉积物组分的宏观变化。在相同油温条件下,随着冷却液温度的升高,蜡沉积速率减小而沉积物中高碳数组分比例增大;在相同冷却液温度条件下,随着油温从凝点附近增大至析蜡点以上,蜡沉积量先减小后增加最后再减小,沉积物中高碳数组分比例增大;在同一温差条件下,随着温度区间温度的升高,蜡沉积量的变化有波动但油温在析蜡点附近沉积量达到最大值,沉积物中高碳数组分比例一直增大。针对实际管流,环境温度基本恒定,通过升高入口油温减少沉积的发生,因此,在含蜡原油管输中,入口油温的选取对整个管输过程中蜡沉积的形成以及形成后的清理很重要。根据实验结果,入口油温不是越高越好,应保证入口油温低于析蜡点且整个管输过程中高于凝点5℃左右。（图6,参12）     

降凝剂对模拟油中蜡析出的影响

研究了降凝剂(PPD)对模拟油中蜡析出的影响,用高速离心机对特定温度下析出的蜡进行了分离,得到了加剂前后不同温度下的析蜡量;用气相色谱法测定了降凝剂以及模拟油加剂前后析出的蜡的碳数分布及烷烃含量。试验结果表明,不同温度下的析蜡量均减少,降凝剂浓度为0.2%和0.5%时降低的趋势几乎一致,浓度为1%的降凝剂在相对低温时对蜡的析出有很大的抑制作用;析出的蜡与原蜡在碳数分布上有一定的区别,析出的蜡碳数呈双峰分布;降凝剂对模拟油中小碳数烷烃的析出有抑制作用,而对碳数较大的烷烃的析出有促进作用。     

原油族组成及碳数分布对其低温流动特性的影响

不同原油因族组成和碳数分布差异,低温流动性往往差别较大。以阿赛管道沿线站场原油为研究对象,测定各油样族组分及碳数分布,利用灰色关联模型,分别以原油凝点和黏度为评价指标,系统分析了原油族组成及碳数分布中各单因素对原油凝点及黏度的影响程度,给出了各因素对原油低温流动性的贡献大小。结果表明：在原油组分中,蜡含量是影响原油低温流动特性最主要的因素,胶质、沥青质的影响则相对较小,油分含量对原油低温流动性的影响也不容忽视;在原油的碳数分布中,碳数分布在C16以下的油质对原油低温流动性的影响最大,而碳数分布在C16～C25和C31～C33的非晶蜡对原油低温流动性的影响程度较碳数分布在C25～C30和C34～C53的微晶蜡高。（图1,表4,参13）。     

含蜡原油蜡沉积影响因素对比试验

为探究不同蜡沉积因素对大庆原油结蜡规律的影响,采用单一变量法,控制不同的结蜡时间、油壁温差、温度区间、剪切速率等影响因素,利用某新型动态蜡沉积试验装置对大庆原油进行蜡沉积对比试验。结果表明:当剪切速率一定时,随着结蜡时间延长,蜡沉积量逐渐增多,蜡沉积速率逐渐降低;当结蜡筒壁温度不变且在析蜡点以下时,随着油温的升高,蜡沉积量逐渐增大;当油壁温差保持不变且温度区间逐渐上升时,蜡沉积量逐渐减小;剪切应力与剪切剥离蜡量并非线性关系,当剪切力达到某一临界值时,蜡沉积层会被油流冲刷下来。研究结果可为未来含蜡原油管道的输送提供借鉴与技术支持。     

管输剪切作用对加剂原油流动性的影响

在管输过程中，添加降凝剂的原油必然受到泵剪切和管流剪切作用。研究表明，在原油析蜡高峰区的温度范围内，泵剪切和管流剪切都会影响加剂原油的低温流动性。在缓慢降温过程中，管流剪切的影响可以超过泵剪切的影响。     

管流剪切对加剂原油低温流动性的影响

在长距离的加剂常温输送管道中,加剂原油必然经受长时间的管流剪切。研究表明,在缓慢降温过程中的管流剪切会对油样的低温流动性产生显著影响,影响程度的大小与降温速率及剪切时间密切相关,而且存在一个“最佳降温剪切率”。描述了最佳降温剪切率在加剂原油粘度变化和倾点(凝固点)变化中的体现。研究证实,油样中高碳蜡的含量对中低速剪切效应有影响,影响程度的大小与降温速率及剪切时间密切相关。     

终冷温度对加剂改性大庆原油蜡沉积的影响

为了分析终冷温度对加剂改性原油蜡沉积规律的影响,保持油壁温差相同,控制不同的终冷温度,采用搅拌槽蜡沉积装置、流变仪、差热扫描量热仪等试验仪器,对添加纳米降凝剂的大庆油、添加EVA降凝剂的大庆油以及大庆空白油进行静态蜡沉积对比试验与动态剪切对比试验。同时,结合分子扩散、胶凝等机理,分析不同试验条件下加剂改性大庆油的结蜡规律。结果表明:当终冷温度较低时,加剂油结蜡总量明显高于空白油,但结蜡总量中含凝油多、蜡晶结构较弱;空白油结蜡总量低,但蜡晶结构较强;随着终冷温度升高,加剂油与空白油的结蜡量逐渐降低并趋于一致。终冷温度较低且剪切剥离强度较弱时,添加降凝剂会增加管输蜡沉积量;一旦经过高剪切或提高终冷温度,加剂油的结蜡量将明显降低,管输安全性提高。     

石空-兰州含蜡原油管道运行方案优化

根据石空-兰州原油管道沿线油温、地温数据以及油品物性,采用常温、加热及加剂综合热处理3种输送工艺,其下游进站油温应分别不低于22℃、20℃和17℃。将全年分为春夏秋冬4个运行时段,对不同输量下的运行方案进行细化,给出了详细的油温控制要求、异常工况应对方案,以及加剂输送时加剂系统故障工况下的保障方案。运行方案要求：进站油温须高于凝点3℃;沿线启炉加热出站油温不低于50℃;1、2月份综合热处理加剂量不低于25g／t,其他月份不低于12．5g／t。此外,在经济性方面,加剂综合热处理输送工艺明显优于加热输送工艺。（图1,表2,参12）     

含蜡原油乳化机制影响下的蜡晶形态及聚集行为

以含蜡原油-水两相为代表的混输是油田集输生产中普遍采用的储运工艺,在油田地面工艺优化及节能增效开发的背景下,混输过程中面临的流动保障问题因油水乳化机制的影响而更为复杂、严峻。集偏光显微观察实验与普通光显微观察实验于一体,通过建立油水乳化体系中蜡晶形态及聚集行为的表征方法,实现了乳化水存在下蜡晶微观形态及聚集结构特征的直观再现,并定量化构建了乳化机制影响下蜡晶特征参数的分布规律。结果表明:随着温度升高、乳化剪切作用增强,蜡晶形态、结构趋向规则化,且其聚集行为受到抑制;含水体积分数对油水乳化体系中蜡晶形态及其聚集行为的影响则表现出在转相点附近发生特征转变。对乳化环境下蜡晶形态及其聚集行为的定量表征和分析,为深化理解管输剪切流场中油水两相蜡沉积过程的作用机制提供了必要基础和依据。     

管输改性原油凝点的测定

测定原油凝点的方法有国标法、直接冷却法、熔化法和凝点法等四种。原油的凝点主要与其化学组分和热处理有关。通过试验表明，用不同的方法测得原油的凝点其结果不同。根据原油蜡晶的结构性质提出了不同的原油应采用不同的凝点测试方法进行测定，同时指出新疆原油和室内试验采用直接法和凝点法测定，并建议尽快建立一种测定管道实际运行中的原油凝点测定方法。