原油蜡沉积规律及沉积物性质的径向差异

为了科学解决原油管道的蜡沉积问题,使用设有测试段和参比段的室内环道试验研究了油温、壁温、流速等因素对单相原油蜡沉积过程的影响,系统总结了含蜡原油蜡沉积规律。通过特殊手段将沉积物从管中心至管壁分为5层,运用显微观察、差示扫描量热仪法及高温气相色谱法,分析了沉积物性质的径向分布差异,包括不同层位沉积物的含蜡量、时析蜡量及碳数分布的差异。结果表明:越靠近管壁,沉积物的含蜡量越大,其大碳数分子的质量分数越大;相反,越靠近管流的沉积物,其含蜡量越小,大碳数分子的质量分数越小。大于临界碳数的分子随着蜡沉积的进行会向管壁扩散并析出,小于临界碳数的分子则向沉积层表面反扩散,临界碳数随油品性质及沉积条件的不同而不同。研究结果对于深入研究蜡沉积机理,进而建立更加精确的蜡沉积预测模型具有一定的指导意义。     

管输含蜡原油沉积物的性质

随着石油开发逐渐向深海发展,海底管道蜡沉积已成为石油工业面临的一个严峻的流动安全保障问题。采用室内环道装置进行了2组不同温度、不同流速条件下不同沉积时间的蜡沉积试验,分析了含蜡原油沉积物密度、含蜡量、碳数分布、屈服强度等性质的变化情况。结果表明:1沉积物质量随时间延长而增加,且在开始阶段增加较快,而后变缓,沉积厚度是油壁温度与油流冲刷共同作用的结果;2沉积物密度、含蜡量、屈服应力随时间延长而增大,且随着时间延长,沉积物中大于临界碳数的蜡分子含量增加,而小于临界碳数的蜡分子含量减小;3油温越高,更多大碳数的蜡分子可以扩散到壁面并沉积下来,峰值蜡分子向大碳数方向移动。     

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。     

蜡沉积层冲刷实验

准确预测管道,特别是长期不清管的管道沿线的蜡沉积分布是原油管道蜡沉积研究的一个重要方向。任京管道采用正反输送工艺,蜡沉积规律与其它输油管道不同。设计、安装了冷指实验装置,动态模拟了原油的蜡沉积,研究了原油冷指温差、原油温度区间、搅拌转速对沉积物析蜡点和含蜡量的影响。研究结果表明:原油冷指温差与温度区间是影响蜡沉积的主要因素,沉积物的析蜡点和含蜡量均随着冷指处蜡分子质量分数梯度的升高而降低。现场实验表明:出站油温的提高能够有效地融化管道的蜡层,而输量的提高对蜡层的冲刷影响很小。     

乳化含蜡原油沉积层含水研究进展

乳化含蜡原油沉积层含水是油水两相管流蜡沉积研究领域的新热点。近年来,国内外学者基于冷指、环道沉积实验等手段,分析了乳化原油蜡沉积层含水的影响因素,明确了油相体积含水率、分散水滴粒径等因素的影响。综述了乳化原油沉积层含水的影响因素及相关机理,讨论了含水对沉积层含蜡量、流变性的影响,列举了当前主流的乳化油水体系蜡沉积预测模型及方法,并展望了今后含水乳化原油沉积机理的研究方向,以期为深海含蜡原油混输管道的设计、运行及管理提供理论依据。     

油水乳状液蜡沉积规律与扩散系数

蜡沉积问题是含蜡原油输送管路中面临的突出问题之一,而针对油水乳状液中蜡沉积问题的研究较少。以大庆原油(含水率为0)及其配置的含水率为10%、20%和30%的乳状液为实验样品,利用冷指实验装置,通过改变冷指温度、冷指和罐壁间温差以及含水率等变量,分析了油水乳状液中的蜡沉积规律。实验发现,相同温差下油壁温度降低会使蜡沉积质量增加,沉积量随含水率增大而减小。推导了蜡沉积扩散系数的计算方法,并得到了扩散系数的分布规律。平均温度的降低和含水率的升高会使扩散系数减小,高温区间下水相对扩散系数的影响比低温区间更明显。研究结果对大庆含蜡原油混输管道中蜡沉积规律的认识和清管周期的确定具有现实意义。     

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）     

单相输油管道蜡沉积研究进展

含蜡原油在管道输送过程中的蜡沉积问题突出,严重威胁管道的流动安全。从蜡沉积机理、蜡沉积试验装置及蜡沉积模型角度,介绍了国内外蜡沉积问题的最新研究成果,阐述了蜡沉积厚度测量的新方法,着重分析了原油温度和流速对蜡沉积厚度和沉积层含蜡量的影响,并介绍了蜡沉积模型的研究进展。根据相关研究现状,提出输油管道蜡沉积问题研究应从蜡沉积机理入手,结合环道试验装置,分析蜡沉积试验特性,同时应该考虑原油析蜡后表现出的非牛顿特性对蜡沉积的影响。研究结果对解决输油管道蜡沉积问题,保障含蜡原油管道的输送安全,提高输送效率具有重要的工程意义。     

基于差示扫描量热法的含蜡原油析蜡特性测试

含蜡原油析蜡特性是含蜡原油管道输送经济安全运行和流动安全保障技术的基础参数，传统差示扫描量热（Differential Scanning Calorimetry,DSC）实验方法测量结果受测试条件影响，且测量结果可重复性差。为此，采用DSC和调制差示扫描量热（Modelated Differential Scanning Calorimetry,MDSC）两种方法开展实验测试，分析含蜡原油的析蜡特性，结果表明：降温速率对传统DSC法测量含蜡原油的析蜡特性影响较大，相同条件下，MDSC实验测得的析蜡点温度、累计析蜡量明显高于DSC实验测得的数值；MDSC实验蜡晶析出终了温度明显高于传统DSC实验结果，但两种实验方式蜡晶析出终了温度的累计析蜡量相差不大，且MDSC实验受降温速率的影响较小；从获取含蜡原油析蜡特性效果看，MDSC实验测试结果优于传统DSC实验。研究成果可为含蜡原油析蜡特性测试实验方法及条件的选取提供依据。（图14，表3，参25）     

气液两相间歇流流型下的蜡沉积规律

利用多相流动蜡沉积试验环道,以高含蜡量原油为试验介质,对气液两相流的蜡沉积规律开展试验研究,得到间歇流流型下蜡沉积层厚度随液相折算速度、气相折算速度和间歇频率等流型影响因素的变化规律。结果表明：在间歇流流型中,蜡沉积物在管壁环向分布较为均匀。当液相折算速度恒定,平均蜡沉积层厚度随气相折算速度的增大而减小。若气相折算速度保持恒定,液相折算速度较低时,平均蜡沉积层厚度随液相折算速度的增大而增大;液相折算速度较高时,平均蜡沉积层厚度随液相折算速度的增大而减小。若气相折算速度相同,段塞频率随液相折算速度的增大而显著增大,导致平均蜡沉积层厚度呈现减小趋势。研究结果为建立气液两相流动蜡沉积动力学模型奠定了基础。（图6,参6）     

紊流状态下含气含蜡原油的蜡沉积

在紊流状态下，含蜡原油的非牛顿假塑性明显地影响蜡沉积速率。紊流状态下含蜡原油的蜡沉只显著地减少，同时紊流还降低了最大蜡沉积速率发生的温度。原油组分是影响蜡沉积的一个因素，通常在紊流状态下，蜡沉积速度随原油泡点压力的升高而下降，沉积在管壁上的琪硬度和碳数随着滞留时间而增加。介绍了在紊流状态下测量含气含同蜡沉积的实验室测试方法。     

高含蜡胶凝油的蜡晶显微特性

为了研究管道蜡沉积物蜡晶形态与结构强度的关系,室内制备了不同含蜡比例的胶凝油,模拟现场管道蜡沉积物。借助软件Image J对不同实验条件下拍摄的胶凝油蜡晶显微图像进行处理,确定40℃是该实验蜡晶显微图像的拍摄温度。结果表明:随着胶凝油含蜡量的增大,蜡晶颗粒数与面积分数增大,蜡晶圆度也增大,但长径比减小,且长径比集中分布在1.50~2.00的范围内,表明大部分蜡晶形态呈长棒状。此外,结合胶凝油的屈服应力特性测试,分析蜡晶形态与其结构强度之间的关系:随着含蜡量的增大,蜡晶的边界盒维数增大,屈服应力也随之增大。由此可知:胶凝油内部的蜡晶形态差异是导致其结构强度随含蜡量变化的根本原因,研究结果为今后原油管道的清管工作提供了技术支持。     

成品油管道蜡沉积倾向的实验分析

为解决长输成品油管道在地温较低的季节输送高凝成品油时易出现混油大量增加的非正常混油变化的问题,在理论推导的基础上建立了成品油管道蜡沉积的理论模型,确定出成品油管道蜡沉积倾向与输油温度、输量和运行时间有关.并通过室内管流蜡沉积实验,分析了蜡沉积层倾向与输油温度、输量和运行时间的关系.运用sigmaplot软件建立了实验室蜡沉积倾向与各影响因素之间的计算公式,为成品油管道的实际操作提供了一定的理论依据.     

管输含蜡原油蜡沉积速率影响因素权值的确定

含蜡原油蜡沉积速率影响因素多而复杂,确定各影响因素的主次对于建立蜡沉积预测模型尤为重要。从蜡沉积影响因素中选择7个主要影响因素,采用主成分分析法确定了蜡沉积速率影响因素之间的关系,量化了各影响因素的权值,并对这7个影响因素的影响程度进行排序。对青海原油两种实验条件下的蜡沉积速率实验数据进行分析,结果表明:管壁剪切应力、油温、蜡分子浓度梯度这3个影响因素对蜡沉积速率的贡献较大,且两种实验条件下各因素权值大小顺序基本一致,这也证实了该方法确定蜡沉积影响因素权值的可靠性。     

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。     

W/O型乳状液蜡沉积影响因素

利用自行设计制造的冷指实验装置,在油-水两相体系下,系统研究了含水率、冷指温度、乳状液温度和温度区间对W/O型乳状液蜡沉积规律的影响,得到了W/O型乳状液蜡沉积规律的宏观特性:在相同温度区间下,蜡沉积速率随含水率的增大而减小,且冷指温度较高时,蜡沉积速率随含水率增大而减小的趋势明显,冷指温度较低时,该趋势较平缓;蜡沉积速率随乳状液与冷指表面温差的增大而增大;在乳状液和冷指表面温差相同的情况下,蜡沉积速率随乳状液温度的升高而减小.基于静态条件下W/O型乳状液中沉积物相对质量基本不随含水率变化这一特性,提出了利用沉积物相对质量预测W/O型乳状液蜡沉积速率的新方法.     

分散相粒径对油水乳状液蜡沉积的影响

利用冷指实验装置,针对油包水型乳状液分散相粒径大小及分布,对油水体系中蜡沉积规律的影响进行实验研究,结果表明:在相同的搅拌时间下,随着配制乳状液时搅拌速率的增大,分散相中小液滴的数量增多,大液滴的数量减少;在相同的含水率下,随着乳状液体系中分散相液滴直径的减小和小液滴数量的增多,蜡沉积速率减小.对沉积物组分进行了高温气相色谱(HTGC)分析,指出在相同的实验时间条件下,油包水型乳状液分散相粒径大小及分布仅对蜡沉积层厚度有显著影响,对沉积层中蜡质量分数的影响可以忽略不计.该研究成果为进一步研究油水流动条件下的蜡沉积特性奠定了基础.     

原油组分对含蜡原油析蜡特征的影响规律

准确预测析蜡特征对于把握清防蜡时机尤为重要。在原油组分和组成分析的基础上制备了3个系列的模拟原油,利用高温气相色谱分析了油样的组分及其对应蜡组分的碳数分布,并应用差示扫描量热法(DSC)测量了模拟原油的析蜡点、析蜡高峰温度及平均放热焓等参数的变化规律。结果表明:胶质和沥青质质量分数增加对析蜡点和析蜡高峰温度影响较小;芳烃质量分数增加会显著降低析蜡点和析蜡高峰温度,但在一定质量分数下会造成沥青质析出;含蜡量增加会大幅提高析蜡点和析蜡高峰温度,不利于加热法解除近井蜡堵。试验结果有利于热力学预测高含蜡原油析蜡特征及指导油井清蜡。(图5,表1,参23)     

户外用蜡浸注木工艺及物理力学性能

为提高木材在户外应用性能,采用性质稳定的高熔点聚乙烯合成蜡对户外常用木材进行高压浸注处理,研究了蜡浸注木材的物理力学性能。结果表明:蜡处于熔融状态时性质稳定、黏度小、流动性好,在压力下易渗入木材孔隙;木材蜡渗透性是蜡浸注量的决定性因素,樟子松和辐射松木材蜡渗透性较好,欧洲云杉和白云杉较差,柳叶桉居中;浸注蜡可使木材硬度、弹性模量略有提高,使木材横纹抗拉强度、抗弯强度和吸水性显著降低;采用3阶段浸注工艺可使樟子松和辐射松木材全截面含蜡,含蜡量分别为40.21%和41.45%;樟子松和辐射松蜡浸注木抗冻融性能及抗紫外光老化性较好,可应用于户外木结构工程。     

基线选取对DSC法测试原油含蜡量的影响

差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry,DSC)中基线的选取对原油析蜡潜热及含蜡量的测试计算结果有较大影响。针对目前基线选取不统一的问题,采用DSC法对大庆油田两个采油区块的原油进行测试计算,获得了原油降温过程的DSC曲线。分别采用两种常用的基线选取方法对两油样测得的DSC曲线进行分析并计算含蜡量。与氧化铝吸附法测得的含蜡量的对比结果表明:采用内插基线法处理测试结果时,两油样的相对误差分别为4.7%和-3.1%;采用反向延长线法处理测试结果时,两油样的相对误差分别为52.6%和34.7%。因此,利用DSC法测量原油析蜡潜热及含蜡量时,采用反向延长线作基线的测试计算结果误差过大,宜采用内插基线法确定基线。