含蜡原油管道结蜡规律研究

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1、第一章绪论1.1研究背景及意义我国最主要的原油运输方式是管道运输。管道运输有输量大，能耗低，输送距离长等优点。我国生产的原油大多含蜡高，凝点高，低温粘度大。在输送过程中经常会有蜡析出，并有一部分蜡沉积到管道内壁形成结蜡层。结蜡层会缩小管道的输送面积，降低管道输量，对管道经济运行有一定的影响，严重时扶至会造成凝管事故，给管道输送造成很大的安全隐患。管道输送具有原油输量大,运行费用较低，安全性高的特点，这使其成为当前石油工业中普遍采用的输油方式。含蜡原油在管道输送过程中经常会有析錯发生,并冇一部分错沉积到管道内壁上形成结錯层，因此管道输送含錯原油不可避免地

2、带來管道结蜡问题。含錯原油中的錯在油层条件下处丁•溶解状态。蜡的溶解度随原油温度的降低而下降，同时原油性质也发生一定改变在油温高于析蜡点时，錯溶解于原油中，原油具冇牛顿流体特性;油温在析蜡点和反常点之间吋，仍不易形成錯沉积;直至油温低于反常点时,原油为非牛顿流体。当壁温低于析錯点时，蜡晶不断在管壁上析出，将减少有效管径、降低输量和增大压降其至阻塞管道，形成蜡沉积。蜡沉积是导致管道输送能力降低的主要因素，管道结蜡将减少管路的有效流通截面，增人输送压力，降低输送能力，同时还会给管道停输后的再启动带来困难,严重时还口J能造成堵管事故。高含錯原油的高粘度和输送

3、过程中的高压力损失，会严重影响延程摩阻、延程温降等；同时,蜡沉积是研究停输再启动、清管周期等的基础，因此研究我国含蜡原油管道的錯沉积规律及影响因素，进而给出合理的蜡沉积模型，从而预测实际管线中沿线结蜡分布,对节约费用、管线设计、确保管线安全输送以及制定合理的清管方案都具有重要的实际意义。1.2蜡沉积研究现状1.2.1蜡沉积机理管道内的原油在运输过程中，原油中析出的蜡结晶与沥青质，胶质，部分原油和杂质在管道内壁上沉积，是管道的输送截面积减少，增人原油输送摩阻，减小有效水头，降低管输能力。国内外的学者运用最先进的研究工具和方法，对蜡沉积问题进行了深入的研究

4、，包括蜡的析出，沉积机理和影响因索，已经取得了比较一致的认识，并建立了许多有效的蜡沉积模型，在实际的运用中有重要意义。对蜡沉积机理的认识，主要有剪切弥散，布朗运动，分子扩散和重力沉降。1980年，Bern等人在对稳定原油研究的基础上认为，分子运动是造成蜡沉积的主要原因。1981年，Burger等人通过实验及理论分析，确定分子扩散，布朗运动，重力沉降及剪切弥散是造成蜡沉积的主要原因，英屮分子扩散和剪切弥散是导致蜡沉积的最主要因素，重力沉降和布朗运动对蜡沉积没有特别明显的影响。Burger等人还提出了基于分子扩散和剪切弥散的蜡沉积速率计算模型。Hamoud

5、a等人认为，剪切弥散对蜡沉降有影响，分子扩散对蜡沉积过程起主要作用，这时可以忽略剪切弥散对蜡沉积的影响，并建立了蜡沉积模型。Brown等人认为剪切弥散对蜡沉积没有影响。黄启玉等人的环道实验，测试没有温差或者温差很小时是否冇蜡沉积析出，这时分子扩散不起任何作用，蜡的沉积完全是完全是剪切弥散的作用。该实验的结果是管壁无蜡沉积，否定了剪切弥散对蜡沉积的影响。现在较为一致的观点认为分子扩散是管舉沉蜡的主要原因，重力因素，剪切弥散对管壁沉蜡的作用可以忽略。很多学者认为布朗扩散对蜡沉积的影响很小。1.2.2蜡沉积的影响因素综合国内外研究进展，原油蜡沉积的影响因索主

6、要包括原油的流动状态，流速，原油组分，原油所处温度场。原油的流动状态对蜡沉积的影响。Weingarten通过实验研究表明，在紊流状态下，蜡沉积的厚度随剪切应力的增大而减小；层流时，剪切应力增进管壁沉蜡作用。原油流速对管壁沉蜡的影响，主要表现在：流速越大，管壁沉蜡速率越小。主要是因为流速越大，原油与管壁的温差越小，剪切应力增大，层流时的蜡沉积比紊流时严重，Re数越小，蜡沉积速率越小。严大凡认为原油流速大，对管壁的冲刷也越大，蜡沉积越小。原油组分对蜡沉积的影响也是很重要的：当原油的含蜡量,PNA比例,碳数分布，含水量,机械杂质差异，胶质一沥青含量等的不同，

7、都会影响蜡沉积速率。温度场对蜡沉积的影响：在高于析蜡温度时，或低于凝点温度下输送原油时,管道屮的蜡沉积较少，在这两个温度值之间，有一个蜡沉积较为严重的区域。由蜡沉积机理可以解释这种现象：管内壁温度较高时，油温和内壁温度都较高，蜡分子的浓度较小，移向管壁的蜡分子不多，所以该管段内的蜡沉积很少；当油温较低时，原油与管壁的温差小，蜡分子扩散的动力不足，原油的粘度大，蜡扩散的系数小，剪切应力大，将蜡沉积的表层冲刷掉。管壁温差对蜡沉积的彩响：当凝析点温度高于管壁温度时，管壁温度与原油的温度相差越大，蜡分子浓度越大，分子扩散作用越强。由Fick扩散定律：dG门dC

8、小clCdT証二皿几苏=PwDw-~通过实验可知，当油温低于壁温时，蜡分子由管壁流向中心油流，