淺談含水率對原油集輸管道結蠟的影響

何坤倫 王雙生 顧明 劉炳峰

摘 要：文章便對原油集輸管道石蠟沉積機理進行了深入的研究，在建立原油集輸管道石蠟沉積模型的過程中采用的為沉積傾向系數法，詳細的分析了含水率對原油技術管道結蠟的影響，在分析后我們認為含水率對原油集輸管道的結蠟問題是有著很大的影響的，結蠟率最高的位置應是轉向點附近的位置，所以，在對集輸管道工程進行設計的過程中，應盡量降低含水率對此位置處的影響。

關鍵詞：原油集輸管道；結蠟機理；含水率

1 原油集輸管道結蠟的機理

1.1 分子擴散

如果油流溫度析蠟點溫度都是高于管道溫度的，那么在原油中管壁位置處的石蠟分子就可能會析出結晶，那么此位置處的石蠟分子濃度就是小于流動的石蠟分子濃度的，在擴散定律的影響下，管壁處的石蠟分子與原油中流動的石蠟分子之間就會形成濃度梯度，石蠟分子逐步的移動到管壁附近，并且在管壁附近沉積下來。可見，如果管壁溫度是小于油流的溫度以及析蠟點溫度的，那么石蠟分子就會在管壁位置處形成結蠟。

1.2 剪切彌散

這一機理認為導致石蠟晶體向管壁方向遷移的原因是因為速度梯度，而不是分子擴散機理中的濃度梯度，如果管壁的溫度是大于油流的溫度或是兩者之間不存在溫度差時，在管壁位置處如果出現了石蠟沉積的現象，那么起到作用的就是剪切彌散作用。

1.3 重力沉降

所謂的重力沉降機理就是指液態原油與已經析出的石蠟晶體顆粒之間是存在著密度差的，那么在重力作用的影響下，石蠟晶體顆粒就會沉積在管壁位置處。

1.4 布朗運動

這一機理就是指在原油中處于懸浮狀態的石蠟晶體顆粒的熱運動往往都是無規則的，如果其又是存在著的濃度梯度的，那么油流中濃度較高的石蠟晶體就會逐步的向管壁附近移動，并且在此位置處沉積下來。

1.5 剪切剝離作用

在原油的流動速度不斷提高的情況下，管壁處的剪切應力也會越來越大，如果其增大到足以破壞石蠟沉積層的強度時，在管壁上沉積著的石蠟沉積物就會被沖刷下來，這些物質會與油流一同被沖走，在這種作用下，沉積物的硬度和厚度是要受到原油的流速、流型和流態等因素的影響的。

1.6 老化機理

隨著石蠟沉積時間的不斷增長，那么石蠟的硬度以及平均碳原子數都會越來越多，當原油的溫度高于其溫度時，在管壁位置處會先形成一層凝油層，之后淺層的石蠟分子、沉積層表面以及油流都會通過這層凝油層并移動到管壁位置處，然后析出結晶。另外，沉積層中的輕烴的擴散方向與原油的流動方向是相反的，那么就會降低沉積層的含油量，提高沉積層的含蠟量，這就是所謂的“老化”過程。

2 原油集輸管道的石蠟沉積模型

導致原油集輸管道出現結蠟問題的因素有很多，并且其沉積的機理也十分復雜，所以，世界上的多個國家都在對原油集輸管道的石蠟沉積問題進行了深入的研究和探討，同時也建立了很多石蠟沉積速率模型，這其中的很多模型的建立都是以理論分析為基礎的，那么就要借助于流動模型以及基礎實驗的計算結果進行數據擬合，從而得到其中的經驗性參數，這些參數都是可以應用在集輸管道實際的結蠟的計算和預測工作中的。下面我們在建立原油集輸管道的石蠟沉積模型時，采用的為蠟沉積傾向系數法。

這一模型考慮到徑向溫度梯度和剪切應力的影響，其計算公式為f=ktm（dT/dr）n，其中，f為石蠟沉積的傾向系數，t為管壁位置處的剪切應力，而dT/dr則為管壁位置處的徑向溫度梯度，k、n、m都是在實驗中可以確定的常數，而石蠟沉積速率的計算公式為w=f（1/u）（dC/dT）（dT/dr），其中w為石蠟的沉積速率，u為原油粘度，dC/dT則為石蠟晶體的溶解度系數。本文便以油田的某一特定區塊為例，對其進行了室內管流的模擬實驗，計算中可以得到k、m、n、p等常數，從而計算出石蠟的沉積速率。

3 不同含水率對原油集輸管道結蠟的影響

下面我們便以某一油田地區年季節的最低土壤溫度和最高土壤溫度的條件，深入的分析了不同含水率對原油集輸管道結蠟的影響，該油田地區一年中的最低土壤溫度為-9攝氏度，而最高土壤溫度則為9攝氏度，在這兩種土壤條件下，我們又分別的研究了不同集油溫度和不同流量的情況下，原油含水率對集輸管道的結蠟規律是有著怎樣的影響的，具體如下圖：

當流量為45m3/d時，不同含水率對原油集輸管道結蠟的影響：

當流量為30m3/d時，不同含水率對原油集輸管道結蠟的影響：

當流量為15m3/d時，不同含水率對原油集輸管道結蠟的影響：

當流量為5m3/d時，不同含水率對原油集輸管道結蠟的影響：

不同含水率對原油粘度的影響分析：

根據上述曲線圖我們可以看到，原油集輸管道結蠟速率的最高點都出現在轉相點附近，當原油的含水率不斷增加時，集輸管道結蠟的速率是有著下降的趨勢的。在同一含水率和同一集油溫度下，原油流量越小，結蠟的速率就越大，而在同一含水率和同一流量下，結蠟速率會隨著集油溫度的增大而減小。在不同的土壤溫度下，土壤的溫度越低，結蠟的速率越高。這樣我們便總結出原油集輸管道的結蠟規律為：在含水率不斷增加的情況下，結蠟的速率是越來越小的，并且結蠟速率最大點為轉相點附近。

究其原因，我們認為當轉相點在60%位置處時，其是處于油包水型的條件，管道橫截面上并未形成明顯的水環，而管壁與原油是緊密的接觸著的，那么石蠟晶體顆粒與溶解的石蠟分子的徑向濃度梯度就會越來越大，在管道的液、固界面附近就會結合并且析出，加快了其結蠟的速率，而在含水率不斷增加的情況下，體系的粘度是會不斷降低的，那么結蠟的速率也會隨之不斷降低。

通過以上的論述，在設計集輸管道工程中，我們應充分認識到原油集輸管道的結蠟機理，深入的了解不同含水率對原油集輸管道結蠟規律所產生的影響，盡可能的避免結蠟率相對較高的地方，確保原油的順利輸送。

參考文獻

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[2]張帆.原油含水對管道運行的影響[J].油氣儲運，2008.