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。     

易凝高黏含蜡原油蜡沉积规律及老化现象

分别选取含蜡量为20.95%、27.5%、35.0%的3种易凝高黏原油,利用冷指实验装置进行蜡沉积实验,并结合高温气相色谱仪分析沉积物组分的变化,探究了蜡沉积层的老化现象以及温度条件对老化的影响。结果表明:随着时间的延长,沉积速率呈增大趋势,且含蜡量越高的油品增长幅度越大;随着时间的延长,高碳数蜡分子不断向沉积层中扩散,低碳数蜡分子则从沉积层中向油流中反扩散,即老化过程,这一过程导致沉积层中的高碳数蜡分子含量不断增加,低碳数蜡分子比例不断减小,且高温度区间时的扩散与反扩散作用更加强烈,相应碳数变化幅度更加明显;温度区间越低,沉积层含蜡量的最大值出现时间越早。     

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）     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

蜡沉积物固相蜡浓度模型的建立

近50年来,原油管道蜡沉积问题一直是流动保障较为关心的问题之一。为准确定量表征蜡沉积物中固相蜡浓度随温度的变化关系,在蜡沉积物析蜡特性的基础上,建立由析出焓、析出熵表示的蜡沉积物固相蜡浓度模型;依据van’t Hoff方程,进一步推导出由结晶活化能表示的蜡沉积物固相蜡浓度模型,有助于理解蜡晶析出过程。将模型计算结果与现场管道蜡沉积物的实验结果进行对比,采用不同油蜡比例的实验蜡沉积物进行模型拟合,对模型进行验证。基于固相蜡浓度模型,探究不同影响因素对蜡沉积物蜡晶析出过程的作用机理。结果表明：冷却速率和蜡沉积物的碳数组成均通过改变结晶自由能来影响蜡沉积物中正构烷烃的析出过程。该模型可以很好地描述蜡沉积物固相蜡浓度随温度的变化关系,为蜡沉积物强度研究奠定了理论基础,并具有在原油管道清管技术领域推广应用的价值。（图6,表3,参38）     

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。     

含蜡原油管道蜡沉积放大模型（待续）

用建立的蜡沉积放大模型可以把实验室数据放大应用于含蜡原油管道。可以根据这个模型预测冷管沿线的蜡沉积分布、可能出现的蜡沉积问题和清管周期。由于考虑了紊流的影响，大大提高了预测的准确性。准确预测蜡沉积可以节约含蜡原油生产系统的建设和运行费用。许多蜡沉积模型只考虑了分子扩散而忽略了剪切的影响。但紊流对蜡沉积有很大影响，这在蜡沉积模型中是不能忽略的。提出了将临界蜡强度作为放大参数，对剪切影响的放大方法和蜡     

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)     

栽培措施对双低油菜苏油4号产量和品质的影响

种植密度、施肥水平、肥料运筹等栽培措施对苏油4号产量和品质影响的研究结果表明:(1)移栽密度7 500株/667 m2、施纯氮22 kg/667 m2和基、腊、苔花肥配比4∶2∶4是苏油4号获得高产的适宜栽培措施,其产量达到207.33 kg/667 m2。(2)影响产量的主导因子是施肥水平,其次是种植密度和肥料运筹。(3)随密度和施氮量增加,单位面积有效角果数呈增多趋势,但在低密度条件下,受肥料运筹影响;千粒重随密度的增加而减少,随施氮量的增加而增加,肥料运筹对千粒重的影响不显著。施肥水平对每角粒数起正向作用。(4)苏油4号高产栽培的主攻重点是单位面积有效角果数。(5)随着施氮量的增加,含油率、蛋白质含量降低;就肥料运筹而言,随着基、腊肥的增加,苔花肥的减少,含油率、蛋白质含量增加。     

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。     

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）     

水热液化玉米秸秆制备生物油实验及动力学研究

本文以玉米秸秆为原料,开展快升温速率(260℃/min)下秸秆的水热液化实验,研究温度和时间对产物分布和生物油理化性质的影响,并对不同温度下的液化反应进行动力学研究。结果表明:在亚临界水中液化时,相同液化温度下,生物油产率随着停留时间的延长先增加后降低,而在超临界条件下,生物油产率则呈直线下降趋势。随着温度和时间的增加,生物油中C含量从67.21%升高到73.23%,O含量从24.84%降低到18.77%;GC/MS分析表明生物油中主要包含酸类和酚类物质,且液化时间显著影响其化学物质组成。当液化时间延长至45 min时,酚类物质高达18.21%,酸类物质降低至13.5%。热重分析结果表明:适当延长反应时间(25 min)可以增加生物油中汽油和煤油的馏分,但是当时间过长(45 min)结果相反。动力学计算结果表明玉米秸秆水热液化反应活化能Ea=34.5 kJ/mol,指前因子A=254.17 s~(-1)。     

不同植茶年限土壤团聚体有机碳的分布特征

【目的】探索和了解茶园土壤有机碳的稳定性及碳固持能力。【方法】采用野外调查和室内分析相结合的方法,开展植茶年限为15 a、22 a、30 a和50 a土壤团聚体有机碳分布特征研究。【结果】随着土壤团聚体粒径的减小,团聚体总有机碳、活性有机碳、颗粒有机碳、水溶性有机碳和可矿化碳含量增加,最大值主要集中于＜0.25 mm、0.5—0.25 mm团聚体中,而团聚体微生物量碳含量则随粒径减小而先增加再减小,最大值分布于5—2 mm团聚体中,团聚体中各组分有机碳占总有机碳比例随团聚体粒径减小而减小;随植茶年限的延长,团聚体中总有机碳含量增加,活性有机碳和颗粒有机碳先降低再增加,植茶22 a时含量最低,而水溶性有机碳、可矿化碳和微生物量碳则呈现先增加再降低的趋势,植茶30 a时含量最高,且团聚体中各组分有机碳占总有机碳比例均随着植茶年限的延长呈现下降的趋势;土壤团聚体总有机碳以及各个碳组分含量均为0—20 cm土层大于20—40 cm土层,而土壤团聚体各组分有机碳占总有机碳的比例均为20—40 cm土层大于0—20 cm土层。【结论】较小粒径团聚体有机碳稳定性较强,土壤有机碳固持能力存在临界植茶年限;0—20 cm土层碳汇效应较20—40 cm土层强。