高含水期原油低温集输黏壁特性实验

高含水期油井可在原油凝点以下进行低温集输,但当集输温度低于其黏壁温度时,会发生原油在壁面黏附积聚的情况,影响油田实际生产运行。基于大量的油田现场实验,利用可视化实验装置,通过停三管伴热降低油水进站温度的方法,分析华北油田高阳区块油水两相流在不同进站温度下的管输流动特性,得到了进站温度与压降间的关系,并发现黏壁温度下压降突增的现象,从而得到油田现场测定高含水期油井原油黏壁温度的方法,并测得高阳区块3口典型油井的黏壁温度,其实际生产条件下的黏壁温度均低于原油凝点3～4℃,且油井液量越大,含水率越高,黏壁温度越低。提出的黏壁温度测试方法,对华北油田高含水期油井实现低温集输具有指导意义。(图5,表1,参24)     

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。     

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。     

含蜡原油油水两相的降温胶凝特性

含蜡原油的胶凝特性决定了原油-水两相体系在温降过程中依然存在由溶胶体系向凝胶体系转变的行为过程,且对以集输生产为代表的原油储运工艺有着重要影响。通过描述含蜡原油油水两相降温胶凝特性的方法及原理,对非牛顿含蜡原油油水两相体系的胶凝特征温度及胶凝结构强度进行了流变测量,研究了含蜡原油不同水含量体系在不同温降过程中黏弹性参数的变化规律,实现了对含蜡原油油水两相胶凝特征参数的定量表征,构建了含蜡原油油水两相降温胶凝过程特性的普适性规律,解释了两相体系的降温速率及含水量对其胶凝行为的影响与作用机制,为含蜡原油油水两相节能输送工艺中流动保障技术的应用与优化提供了理论和实验依据。     

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）     

基于人工神经网络的含水原油视粘度计算

对大庆含水原油视粘度与含水率、剪切速率和油温的关系进行了全面研究,结果表明,含水原油的视粘度是温度、含水率以及剪切速率的函数.在转相点以前,视粘度随含水量的上升而增加,且受温度影响较大,同时剪切速率的影响也相当明显.随着剪切速率的增加,转相点的视粘度明显下降.在转相点以后,视粘度随含水量的增加而降低,且受温度和剪切速率影响,乳状液视粘度进入高含水区后变化趋于平缓.运用人工神经网络的方法来模拟各种影响因素与含水原油视粘度之间的映射关系,建立了含水原油视粘度计算公式.这种方法综合考虑了温度、含水率以及剪切速率对含水原油的视粘度的影响,模型计算精度高,为准确计算高含水原油管道工艺参数奠定了基础.     

W/O型含蜡原油乳状液触变特性

海上油田多产高含蜡原油,W/O型含蜡原油乳状液是油水混输管道输送介质的一种常见存在状态,其触变性是管道停输再启动计算和可泵性评价的重要基础资料。滞回环是物料触变特性表征方法之一,通过应力线性增加又线性减小形成滞回环的加载模式研究了W/O型含蜡原油乳状液凝点温度附近胶凝状态的触变特性。结果表明:W/O型含蜡原油乳状液胶凝体系触变性的强弱不依赖于加载条件,随着含水率的增加,滞回环面积减小,原油乳状液触变特性减弱,表征结构恢复的滞回环面积比减小,胶凝体系结构恢复程度变小,这是由于分散相液滴的存在,阻碍了蜡晶空间网状结构的恢复。     

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。     

含蜡原油凝点附近的胶凝特性

含蜡原油的储能模量G′、耗能模量G″和损耗角δ等粘弹性参数可以表征原油内部结构特征,其在凝点附近随温度变化的特性可描述含蜡原油的胶凝特性.在粘弹性实验基础上采用相对温度对比研究了大庆、中原、胜利加剂和不加剂原油在凝点附近的粘弹特性,旨在探讨不同含蜡原油在凝点附近的胶凝特性及其在热油管道输送安全性评价中的作用,以全面评价含蜡原油的低温流变性与可泵送性.     

含蜡原油管道胶凝形成机理研究进展

介绍了国内外献中对含蜡原油胶凝形成机理的研究成果。研究结果表明，在含蜡原油管道中，当油温低于浊点时，易在管壁处形成一层类似固体的凝胶物质。含蜡原油管道胶凝的形成主要受热历史和剪切历史的影响，胶凝湿度随冷却速度的减小而降低，随剪切应力的增大而降低，而浊点与冷却速度和剪切应力无关。在环境湿度高于油温的情况下， 即便油温低于浊点湿度，含蜡原油也不会形成胶凝。由于胶凝具有类似固体的机械特性，因此冷却速率越快，石蜡晶体越小，越多，屈服应力也越大，胶凝屈服应力取决于蜡晶的大小和数目。     

热历史对西部原油管道外输吐哈油物性的影响

针对重复热处理初始温度相同和不同两种情况,研究了热历史对西部原油管道冬季外输加剂吐哈油在沿线各站的凝点变化规律,结果表明:初始油温高于20℃,重复热处理对加剂吐哈油的凝点影响较小;初始油温低于20℃,重复热处理对油品的凝点影响较大,重复热处理温度在20～35℃之间将使原油物性明显恶化。开展了现场跟踪试验,结果表明:西部原油管输加剂吐哈油出站油温高于50℃、进站油温高于20℃,能够确保安全生产;出站油温为20～35℃,加剂吐哈油的凝点明显升高,安全生产将难以保证;采用首站一站式启炉,目前尚可满足管道安全运行的需要,一旦其因管道输量变化不能满足要求时,中间热泵站启炉热处理温度需避开20～35℃温度区间。     

控应变流变仪测试含蜡原油的胶凝过程

含蜡原油的粘弹性参数储能模量G′和耗能模量G″可用来表征原油内部结构特征,它们在凝点和倾点附近随温度变化特性能够描述含蜡原油的胶凝特性和流动特性。采用ARES-G2控应变流变仪对大庆原油和马岭原油进行不同温度的应变测试,结果表明:随着应变增大,原油从线性粘弹区过渡到非线性粘弹区,并且线性粘弹区范围随着温度的升高而增大。在线性粘弹区范围内对经50℃恒温热处理的大庆原油和经33℃恒温热处理的马岭原油进行振荡剪切温度扫描,降温速率分别为1℃/min和0.8℃/min,应变为0.5%,频率为1Hz。结果表明:储能模量曲线和耗能模量曲线的两个交点温度可分别用以表征原油的凝点和倾点,且凝点和倾点之间符合线性经验关系。     

胶凝原油试验管路的启动特性

针对胶凝原油管道停输后再启动压力远低于计算预测启动压力的技术难题,使用管流试验装置研究了胶凝原油管路的启动特性。依据对胶凝原油管道停输启动过程的理解,提出胶凝原油管道存在对应的临界启动剪切率和启动屈服应力。胶凝原油管路启动过程分为控制流量启动过程和控制压力启动过程。控制流量启动过程研究发现,受含蜡原油轻组分影响,试验管路内胶凝原油表现出"韧性"和"脆性"两种特性,"韧性"原油不含轻组分,胶凝结构强度与停输前的预剪切过程、停输静止时间、停输降温幅度、启动温度及启动剪切率相关;"脆性"原油含轻组分,胶凝结构强度主要取决于停输降温幅度和启动温度。胶凝原油的启动屈服应力取决于胶凝结构强度和静态降温过程的体积收缩;试验管路的启动速度与胶凝原油的结构强度和启动剪切率相关。控制压力启动过程研究发现,启动油温越高,试验管路全线启动速度越快;在相同启动油温下,启动压力越低,试验管路全线启动速度越慢;对应相同启动温度,存在临界启动压力。相关研究结果为深入研究胶凝原油停输再启动过程和指导工程实践奠定了理论基础。     

新疆红山嘴油田红003稠油掺水的流动特性

针对新疆红山嘴油田红003井区稠油特性以及集输难题,结合该井区的地形特征,对比分析了常用稠油输送方法的优势与不足,提出了红003井区稠油掺水集输方法。以红003井区原油T1和TA为研究对象,采用原油含水率、流变学及密度测试方法,评价了两种原油的基本性质、流变与粘温特性;采用水平环道装置,对两种原油掺水的反相点及降粘减阻效果进行了试验。结果表明:红003井区原油T1和TA分别属于典型的普通稠油与特稠油,可以采用掺水等措施提高其流动性;其W/O型乳状液反相点分别约为40%和45%;当油水混合液含水率分别大于50%和55%时,在60～70℃的温度范围内管流表观粘度均在100mPas左右,降粘减阻效果显著,可实现顺利集输。     

油气水三相流体高温高压流变特性实验

以大庆外输含蜡原油为实验介质,利用自行研制的高压流变特性测试系统,测试了实验油样在氮气和天然气两种气质加压条件下,油气两相和油气水三相在不同剪切速率、含水率及压力下的粘温特性,探讨了氮气和天然气的溶解度对含蜡原油析蜡点和溶蜡点的影响。结果表明：在氮气和天然气两种气质加压条件下,油气两相和油气水三相混合物的视粘度均随剪切速率的增大而减小,且温度越低剪切稀释性越明显。在相同的压力条件下,原油含水率低于20%时,油样视粘度随着含水率的增大而增大。在低于泡点压力的条件下,当以天然气加压时,油气水三相和油气两相混合物的溶蜡点和析蜡点均随压力升高而降低,而以氮气加压时的变化规律与此相反,说明天然气溶解于原油有利于改善原油的流动性。     

减四线含蜡油流动特性的研究

对中石化抚顺石油一厂减四线含蜡油的流变特性和粘温特性进行了分析测试，采用RV2旋转粘度计了在61－70℃范围含蜡原油的流动特性参数，当油温在70℃以上时，原油为牛顿流体，低于70℃时，为非牛顿流体，而且油温越低其非牛顿特性超强。减四线含蜡油的粘温关系与原油类似，其粘温曲线可分为放射段和直线段，但非牛顿特性强于原油。     

纳米技术在含蜡原油管道输送中的应用

总结了含蜡原油管道加剂综合热处理工艺技术的局限性和纳米材料的特殊效应,讨论了将纳米技术用于含蜡原油降凝降粘管道输送的优越性,在秦京线迁安—宝坻工业管道、宝坻—宝坻中试环道进行了纳米材料改性含蜡原油的现场应用试验。结果表明纳米材料改性剂可参与石蜡的结晶过程并影响晶体的结构,使低温原油的内部结构强度减弱并且动、静态时效稳定性变好,有效改善了含蜡原油的低温流动性,其降凝降粘效果明显优于传统的化学降凝剂,可实现含蜡原油的安全、节能输送。     

小振幅温降扫描法确定含蜡原油的胶凝温度

在不破坏原油结构的前提下,采用RS 150流变仪小振幅振荡剪切温度扫描法,对降温过程中含蜡原油粘弹性参数随温度的变化规律进行了研究.试验结果表明,当小振幅温度扫描试验的降温速率控制在0.5～1℃/min,储能模量(G′)和耗能模量(G")相等时的胶凝温度与按SY/T0541-94方法测定凝点基本一致,说明用小振幅振荡剪切温度扫描法来确定含蜡原油的凝点是可行的.     

油品混合输送在西部原油管道的应用

对塔里木油、哈国油和北疆油以不同比例混合后进行凝点测试,分析不同热处理温度与相同热处理温度下不同加剂量对油品凝点的影响,得到不同混油比例热处理温度及加剂量对油品凝点的影响规律,即重复热处理温度需高于40℃,加剂量控制在25 mg/kg.基于实验室研究结果,在西部原油管道输送混合原油的过程中,沿线取样进行凝点测试,获得不加剂和加剂混合原油经沿线复杂热历史和剪切历史作用后凝点的变化情况,由此得出:首站一站启炉即可保证管道的安全运行,同时可结合管道特点制定安全、经济的运行方案.