淺談含水率對(duì)原油集輸管道結(jié)蠟的影響

何坤倫 王雙生 顧明 劉炳峰

摘 要：文章便對(duì)原油集輸管道石蠟沉積機(jī)理進(jìn)行了深入的研究，在建立原油集輸管道石蠟沉積模型的過(guò)程中采用的為沉積傾向系數(shù)法，詳細(xì)的分析了含水率對(duì)原油技術(shù)管道結(jié)蠟的影響，在分析后我們認(rèn)為含水率對(duì)原油集輸管道的結(jié)蠟問(wèn)題是有著很大的影響的，結(jié)蠟率最高的位置應(yīng)是轉(zhuǎn)向點(diǎn)附近的位置，所以，在對(duì)集輸管道工程進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)盡量降低含水率對(duì)此位置處的影響。

關(guān)鍵詞：原油集輸管道；結(jié)蠟機(jī)理；含水率

1 原油集輸管道結(jié)蠟的機(jī)理

1.1 分子擴(kuò)散

如果油流溫度析蠟點(diǎn)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(huì)析出結(jié)晶，那么此位置處的石蠟分子濃度就是小于流動(dòng)的石蠟分子濃度的，在擴(kuò)散定律的影響下，管壁處的石蠟分子與原油中流動(dòng)的石蠟分子之間就會(huì)形成濃度梯度，石蠟分子逐步的移動(dòng)到管壁附近，并且在管壁附近沉積下來(lái)。可見(jiàn)，如果管壁溫度是小于油流的溫度以及析蠟點(diǎn)溫度的，那么石蠟分子就會(huì)在管壁位置處形成結(jié)蠟。

1.2 剪切彌散

這一機(jī)理認(rèn)為導(dǎo)致石蠟晶體向管壁方向遷移的原因是因?yàn)樗俣忍荻龋皇欠肿訑U(kuò)散機(jī)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(shí)，在管壁位置處如果出現(xiàn)了石蠟沉積的現(xiàn)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(jī)理就是指液態(tài)原油與已經(jīng)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(huì)沉積在管壁位置處。

1.4 布朗運(yùn)動(dòng)

這一機(jī)理就是指在原油中處于懸浮狀態(tài)的石蠟晶體顆粒的熱運(yùn)動(dòng)往往都是無(wú)規(guī)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(huì)逐步的向管壁附近移動(dòng)，并且在此位置處沉積下來(lái)。

1.5 剪切剝離作用

在原油的流動(dòng)速度不斷提高的情況下，管壁處的剪切應(yīng)力也會(huì)越來(lái)越大，如果其增大到足以破壞石蠟沉積層的強(qiáng)度時(shí)，在管壁上沉積著的石蠟沉積物就會(huì)被沖刷下來(lái)，這些物質(zhì)會(huì)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(tài)等因素的影響的。

1.6 老化機(jī)理

隨著石蠟沉積時(shí)間的不斷增長(zhǎng)，那么石蠟的硬度以及平均碳原子數(shù)都會(huì)越來(lái)越多，當(dāng)原油的溫度高于其溫度時(shí)，在管壁位置處會(huì)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(huì)通過(guò)這層凝油層并移動(dòng)到管壁位置處，然后析出結(jié)晶。另外，沉積層中的輕烴的擴(kuò)散方向與原油的流動(dòng)方向是相反的，那么就會(huì)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(guò)程。

2 原油集輸管道的石蠟沉積模型

導(dǎo)致原油集輸管道出現(xiàn)結(jié)蠟問(wèn)題的因素有很多，并且其沉積的機(jī)理也十分復(fù)雜，所以，世界上的多個(gè)國(guó)家都在對(duì)原油集輸管道的石蠟沉積問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究和探討，同時(shí)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(chǔ)的，那么就要借助于流動(dòng)模型以及基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，從而得到其中的經(jīng)驗(yàn)性參數(shù)，這些參數(shù)都是可以應(yīng)用在集輸管道實(shí)際的結(jié)蠟的計(jì)算和預(yù)測(cè)工作中的。下面我們?cè)诮⒃图敼艿赖氖灣练e模型時(shí)，采用的為蠟沉積傾向系數(shù)法。

這一模型考慮到徑向溫度梯度和剪切應(yīng)力的影響，其計(jì)算公式為f=ktm（dT/dr）n，其中，f為石蠟沉積的傾向系數(shù)，t為管壁位置處的剪切應(yīng)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(shí)驗(yàn)中可以確定的常數(shù)，而石蠟沉積速率的計(jì)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(shù)。本文便以油田的某一特定區(qū)塊為例，對(duì)其進(jìn)行了室內(nèi)管流的模擬實(shí)驗(yàn)，計(jì)算中可以得到k、m、n、p等常數(shù)，從而計(jì)算出石蠟的沉積速率。

3 不同含水率對(duì)原油集輸管道結(jié)蠟的影響

下面我們便以某一油田地區(qū)年季節(jié)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(duì)原油集輸管道結(jié)蠟的影響，該油田地區(qū)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(duì)集輸管道的結(jié)蠟規(guī)律是有著怎樣的影響的，具體如下圖：

當(dāng)流量為45m3/d時(shí)，不同含水率對(duì)原油集輸管道結(jié)蠟的影響：

當(dāng)流量為30m3/d時(shí)，不同含水率對(duì)原油集輸管道結(jié)蠟的影響：

當(dāng)流量為15m3/d時(shí)，不同含水率對(duì)原油集輸管道結(jié)蠟的影響：

當(dāng)流量為5m3/d時(shí)，不同含水率對(duì)原油集輸管道結(jié)蠟的影響：

不同含水率對(duì)原油粘度的影響分析：

根據(jù)上述曲線圖我們可以看到，原油集輸管道結(jié)蠟速率的最高點(diǎn)都出現(xiàn)在轉(zhuǎn)相點(diǎn)附近，當(dāng)原油的含水率不斷增加時(shí)，集輸管道結(jié)蠟的速率是有著下降的趨勢(shì)的。在同一含水率和同一集油溫度下，原油流量越小，結(jié)蠟的速率就越大，而在同一含水率和同一流量下，結(jié)蠟速率會(huì)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(jié)蠟的速率越高。這樣我們便總結(jié)出原油集輸管道的結(jié)蠟規(guī)律為：在含水率不斷增加的情況下，結(jié)蠟的速率是越來(lái)越小的，并且結(jié)蠟速率最大點(diǎn)為轉(zhuǎn)相點(diǎn)附近。

究其原因，我們認(rèn)為當(dāng)轉(zhuǎn)相點(diǎn)在60%位置處時(shí)，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(huán)，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(huì)越來(lái)越大，在管道的液、固界面附近就會(huì)結(jié)合并且析出，加快了其結(jié)蠟的速率，而在含水率不斷增加的情況下，體系的粘度是會(huì)不斷降低的，那么結(jié)蠟的速率也會(huì)隨之不斷降低。

通過(guò)以上的論述，在設(shè)計(jì)集輸管道工程中，我們應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到原油集輸管道的結(jié)蠟機(jī)理，深入的了解不同含水率對(duì)原油集輸管道結(jié)蠟規(guī)律所產(chǎn)生的影響，盡可能的避免結(jié)蠟率相對(duì)較高的地方，確保原油的順利輸送。

參考文獻(xiàn)

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