含蜡原油及其乳状液蜡沉积研究现状

蜡沉积是含蜡原油及其乳状液管输过程中的常见问题,深入研究蜡沉积问题对保障管道安全经济运行具有重要意义。基于此,对国内外含蜡原油及其乳状液蜡沉积的相关研究成果进行系统评述,具体包括:蜡沉积机制及影响因素,不同实验研究方法及其装置的优缺点,以及现有动力学模型,进而指出原油蜡沉积模型的构建机理、特点及待完善之处。含蜡原油乳状液蜡沉积模型均以单相原油蜡沉积模型为基础构建,总结了其构建方法,并对现有乳状液模型进行对比分析。通过对目前含蜡原油及其乳状液蜡沉积机理、模型、方法及装置等进行全面总结,为今后深入开展相关研究提供必要的参考。     

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。     

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。     

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。     

原油蜡沉积研究进展

从蜡沉积装置、蜡沉积热力学模型及蜡沉积动力学模型出发,系统总结了目前国内外原油蜡沉积的研究进展状况,分析了不同蜡沉积装置的优缺点,指出了蜡沉积动力学模型和热力学模型的适用范围及其存在的主要问题.     

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。     

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     

含蜡原油管道蜡沉积物性质研究进展

蜡沉积问题是含蜡原油管道面临的最为严重的流动保障难题,研究蜡沉积物性质对保证原油管道安全运行具有重要意义。迄今,关于蜡沉积物性质的研究较少,导致现场清管作业严重依靠经验。阐述了两种最常用于研究蜡沉积物性质的实验装置的主要原理及特点,分析了冷指装置、环道装置在不同流场条件下的原油组成以及流动条件对蜡沉积物性质和形态的影响。结合原油管道蜡沉积物性质的研究现状,提出了未来研究的方向,可为进一步明确原油管道内蜡沉积物性质提供参考与借鉴。(图2,参76)     

含蜡原油触变模型研究现状

黏弹-触变特性是含蜡原油重要的流变特性,对输油管道停输后再启动过程的水力特性及管道运行安全具有重要影响.介绍了含蜡原油黏弹-触变特性的成因、机理和特点,总结了常用触变性测试方法及优缺点.评述了现有触变模型的研究现状,分析了现有黏塑性触变模型和黏弹-触变模型的特点与缺陷.对于目前最常用的结构动力学类触变模型,阐述了采用单一结构参数存在的问题,详尽分析了现有速率方程的一些数学特性及其存在的缺陷,总结了现有的一些改进方法.     

高含蜡原油电火花处理对其流变性的影响

由于原油中蜡含量高，在输送过程中石蜡沉积的形成可降低代输管道的输油效率，增加水力摩阻和使原油性质变坏。使用清管器或球形隔离塞、只能排除或预防石蜡沉积的形成，不能完全消除高含蜡原油中的石蜡。俄罗斯能源运输问题研究所研制出一种对高含蜡原油进行电火花处理的装置，该装置可以改善原油的流变性，输送时可减少水力摩阻，在处理后２－４个月内改善管道的启动条件。     

原油管道清管蜡层剥离研究进展

蜡沉积是含蜡原油在管输过程中面临的重要流动保障难题,生产上常采用机械清管的方法清除管壁蜡沉积物。由于目前对蜡层剥离机理认识不足,现场清管作业仍然依赖操作经验,卡球蜡堵事故时有发生。通过对原油管道通球清蜡研究的关键问题进行系统阐述,分别从蜡层剥离机理、清蜡效率、蜡层破坏力3个方面详细梳理当前原油管道通球清蜡领域的研究进展,指出蜡层强度、清管器前油蜡浆液流变特性和流动规律以及蜡沉积物积聚成塞条件应是该领域今后研究的关键问题和主要方向。     

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。     

胶质沥青质对含蜡原油胶凝特性的影响研究进展

蜡晶析出形成三维网络结构是导致含蜡原油胶凝的直接原因,作为极性组分的胶质沥青质与蜡分子相互作用,会参与蜡结晶过程,改变析蜡特性,使原油胶凝行为研究趋于复杂。胶质沥青质与蜡分子间的微观动力学行为对介观蜡晶形态产生影响,进而在含蜡原油多相体系宏观流变性能上发挥决定性作用。在此从宏观层面基于流变实验归纳了胶质沥青质对含蜡原油流变性的影响及表征方法;从介观层面借助显微实验和分子模拟分析了胶质沥青质对蜡晶形态和粒度大小的影响,以及胶质沥青质与蜡晶间的协同作用机理;从微观层面通过分子动力学模拟介绍了分子聚并及相间作用,论述了胶质沥青质分子对含蜡原油胶凝特性的影响。最后提出分子动力学模拟含蜡原油胶凝领域的应用前景,以期为含蜡原油管道输送技术的发展奠定理论基础,对降凝剂的研发与应用提供参考。（图7,表1,参64）     

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。     

含蜡原油加蜡晶改进剂热处理的技术经济问题

用蜡晶改进剂改善含蜡原油的低温流动性,是研究实现常温集输和长距离管输的途径之一。国外六十年代就开始了含蜡原油及重燃料油加蜡晶改进剂降凝减粘的研究,并针对不同组成的含蜡原油及重燃料油研制了若干系列蜡晶改进剂和分散剂。为了节省能源消耗,近年来国内对含蜡原油加蜡晶改进剂热处理也进行了一系列实验研究,并取得了一定成果。国外十几个公司也应邀用他们研制的蜡晶改进剂和分散剂对我国大庆等原油进行了筛选实验。由     

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）     

含蜡原油乳状液磁处理降黏实验

油田集输工艺中油水混合物形成的原油乳状液流变特性较为复杂，可能影响管道安全经济运行。为探究磁处理对含蜡原油乳状液的降黏效果，利用自行研制的静态永磁处理装置，调整磁场强度、磁处理温度及磁处理时间，对乳状液的黏度变化进行实验研究。对磁处理前后原油乳状液黏度与油水界面张力进行测量，观察乳状液液滴分布情况，分析乳状液降黏原因。通过磁处理实验发现，当磁处理温度为58℃、磁场强度为200 T、磁处理10 min时，乳状液黏度降低幅度最大，降黏率达到14.5%；通过界面与显微实验发现，乳状液经磁处理后油水界面张力降低，施加不同的磁处理条件后液滴分布不变，磁场作用通过降低油水界面张力与原油黏度进而降低乳状液黏度。研究成果可为含蜡原油乳状液降黏输送技术提供指导，保障原油集输安全。（图10，表4，参26）     

阿赛管道蜡沉积速率模型与计算实例

针对阿赛输油管道结蜡严重,导致清管频率高、清管器无法到达预定位置等问题,探讨了蜡沉积速率计算方法、模型及其构建方法。考虑油流冲刷对蜡沉积的影响,基于Fick扩散定律,确定了蜡沉积速率模型的形式。在理论分析和实验研究的基础上,确定了管壁剪切应力、管壁温度梯度与蜡沉积倾向系数之间的关系。运用蜡沉积预测软件,基于阿赛管道输送原油的基本物性,构建了蜡沉积速率模型,预测了不同工况下管道沿线蜡沉积速率分布情况。研究成果对于优化进站油温具有一定的指导意义。     

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。