含蜡原油及油包水乳状液蜡沉积规律研究

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1、中图分类号：TE832单位代码：11414学号：2014314016题目含蜡原油及油包水乳状液蜡沉积规律研究学科专业油气储运工程研究方向油气长距离管输技术博士生范开峰指导教师黄启玉研究员二○一七年五月WaxDepositionofWaxyCrudeOilandWater-in-OilEmulsionDissertationsubmittedtoChinaUniversityofPetroleum,Beijinginpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeo

2、fDoctorofEngineeringByFanKaifeng（PetroleumStorageandTransportationEngineering）DissertationSupervisorProf.HuangQiyuMay,2017博士学位论文独创性声明郑重声明：本博士学位论文是作者个人在导师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人和集体已经发表或撰写的研宄成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证书所使用过的材料

3、。对本研宄做出贡献的个人和集体，均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承担相应责任。、Ｋ作者签名如．：＾日期：１导师签名：ｆｉｊ日期：ｗ１、ｏｗ（博士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等

4、复制手段保存和汇编学位论文；可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。本学位论文作者如需公开出版学位论文的部分或全部内容，必须征得导师书面同意一，且须以中国石油大学（北京）为第署名单位。作者签名：曰期：导师签名：ｊ，ｊ日期：７ｙ〇％ｌｌ摘要摘要近年来，多相混输技术在海洋石油开发中广泛应用，随之出现的多相混输管道蜡沉积问题日益突出。本文基于含蜡原油及油包水乳状液蜡沉积实验，重点研究了层流条件下的蜡沉积厚度、沉积物组分和老化特性的变化规律，建立了蜡沉积动力学模型，可以预

5、测沉积厚度及不同径向位置含蜡量。首先，利用冷指装置进行原油蜡沉积实验，采用数值软件分析了不同实验条件下的冷指装置温度场分布，研究了油温、时间和搅拌转速对蜡沉积规律的影响。根据Fick扩散定律计算的蜡分子扩散系数大于Hayduk-Minhas和Wilke-Chang关联式的计算值，Hayduk-Minhas关联式是在二元溶液体系实验基础上提出的，与原油体系性质差别大，在原油体系中适用性差。为此，对关联式系数及温度、黏度两项进行了修正，得到了适用于本原油的蜡分子扩散系数计算式。其次，在环道实验装置上研究了沉积时间

6、、流速、油温、壁温对原油蜡沉积的影响。采用DSC法、气相色谱法和显微观察法对不同径向位置沉积物的性质进行分析，发现沉积物底层中CCN+区间蜡含量和表层的CCN-区间蜡含量更大，但随时间增加变化速率越来越小。通过表征不同径向位置沉积物的含蜡量变化，提出了沉积物固化概念。从沉积物表层到底层，蜡晶长径比波动较小，平均值为1.64，但分布的不规则性增加。管壁沉积物的屈服应力与含蜡量有关，变化范围为5310~24500Pa，增加沉积时间、提高流速和油温都会增大屈服应力值。再次，表征了环道运行不同时间后的乳状液液滴分布特

7、征，包括数均直径d1,0、比表面积SA和多分散度PDI。对乳状液的流变性参数进行了测量，包括凝点和黏度，发现流变性与乳状液液滴分布同步变化。管流蜡沉积实验表明：沉积物质量随油温、流速升高先增大后减小，沉积物临界剪切应力随含水率升高而增大。根据含蜡量与析蜡点之间的对应关系解决了沉积物包含水滴时无法用DSC法测得准确含蜡量的问题。沉积物中的水相主要分布在表层的凝油膜中，10%、20%和30%含水率的油包水乳状液沉积物中的含水率平均值分别在2%、7%和14%以下。最后，建立了考虑分子扩散、老化和剪切剥离作用的蜡沉积

8、动力学模型，认为剪切剥离是否起作用与沉积物结构强度有关。模型可以预测油包水乳状液的蜡沉积厚度及不同径向位置、不同时间的沉积物含蜡量。关键词：油包水乳状液；扩散系数；老化特性；沉积物性质；蜡沉积模型-II-ABSTRACTWaxDepositionofWaxyCrudeOilandWater-in-OilEmulsionABSTRACTInrecentyears,multiphasetransport