蜡沉积的机及影响因素.docx

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1、第二章蜡沉积的机理和影响因素实验室条件下的流体环道实验大多为层流,影响沉积的主要机理是分子扩散。在正常操作条件下,期望在现场管道中紊流流动,此时除分子扩散外的其他机理可能会占主导地位。下面对分子扩散、剪切弥散、布朗扩散、剪切剥离、重力沉降、颗粒扩散、惯性效应及老化机理进行简要描述。2.1蜡沉积的机理管道上的蜡沉积，来自原油中的蜡结晶与胶质，沥青质，部分原油及其他杂质沉积在管道内壁上，增大原油摩阻，减小有效水头，降低管道输送能力。蜡沉积的机理主要包括剪切弥散，分子扩散，布朗扩散和重力沉降。分子扩散和剪切

2、弥散使蜡沉积增强，重力沉降和布朗运动对蜡沉积的影响较小。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，其中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。Hamouda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

3、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有蜡沉积析出，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。2008年，Akbarzadeh等人指出颗粒扩散，惯性作用，剪切剥离及老化都会对蜡沉积产生影响，他们认为在实际输送条件下，颗粒扩散和惯性效应对蜡沉积将产生重要影响。现在较为一致的观点认为分子扩散是管壁沉蜡的主要原因，重力因素，剪

4、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。2.1.1分子扩散沉积分子扩散沉积是含蜡原油中蜡沉积的主要机理之一。浓度梯度是分子扩散沉积的驱动力，这种浓度梯度是由于温度梯度的存在而建立起来的。原油在管道流动时，生产油管中部的饱和原油温度最高，溶解的石蜡浓度较大，而靠近管壁一侧的温度较低，溶解的石蜡浓度较小，因此,溶解的石蜡将向输油管的管壁扩散。一般情况下，原油在管道流动中，周围环境温度低于油温，管内油流被冷却。当管壁温度达到蜡析出温度时，由于扩散而引起的质量交换将使石蜡的浓度

5、甚至超过溶解上限,出现这种情况时,析出的石錯粘附在生产油管的内壁上,进而形成石蜡沉积块。在原油体系内部与壁面间蜡浓度梯度的推动下,溶解于原油中的蜡分子以分子扩散机理向壁面迁移,浓度梯度促使蜡分子径向扩散,即分子扩散或浓差扩散,这种扩散符合Fick定律,即:dWmdt=ρDmAdCdr式中dWmdt----分子扩散速度(m2/s);ρ—蜡密度(kg/m3);Dm——蜡分子扩散系数(m2/s);其中Dm=Bμ.,其中B为常数,μ为动力粘度(Pa·S)；式中d415------15度时原油的相对密度；A--

6、----蜡沉积表面积（m2）；dCdr----径向浓度梯度（1/m）；r-------管壁半径（m）；蜡分子在原油中的扩散系数只与原油粘度相关,粘度越小,温度梯度越大,蜡沉积速度越快。径向温度梯度增大,錯分子扩散速度也变大,结錯速度相应增加。扩散机理引起的錯沉积主要发生在高温I即油温在原油析蜡点以上而壁温低于析蜡点的情况下。2.1.2剪切弥散下的蜡沉积在油流的剪切作用下,速度场中的錯晶粒子除了沿流线方向运动,还会以一定的角速度由髙速处向低速处迁移,并最终在壁面上停止不动(壁面油流的剪切作用基本为零)。

7、赌晶粒子借分子间范德华力向管壁运动并沉积于管壁上的过程即为剪切弥散。原油呈层流状态时,流体中任一位置的蜡分子浓度基本一致,但在原油为瑞流状态时,流体存在速度梯度,油流剪切效应开始起作用,中心油流速度最大,由于分子间范德华引力蜡晶由输油管中心处向油壁处迁移并最后沉积于管壁上。若原油流速增加到足以破坏蜡沉积时,由于冲刷作用,蜡沉积将会减少。一般情况下,原油粘度越高,流速越低。输油温度对粘度也有影响,同一种原油的粘度随着油温的升高而降低。剪切作用下,蜡沉积的快慢与剪切速率成正比。dWjdt=ρDjAdCdr

8、式中dWjdt-----剪切扩散速度(m2/s);Dj——蜡分子扩散系数(m2/s);其中Dj=0.1r2τCv;A------蜡沉积表面积（m2）；dCdr----径向浓度梯度（1/m）；r-------管壁半径（m）；2.1.3布朗运动下的蜡沉积当微小的固体蜡晶悬浮于油中时,它们会受到热搅动的油分子持续冲击。这样的碰撞会使悬浮的颗粒发生轻微的随机布朗运动。这些颗粒存在浓度梯度时,布朗运动会导致一种类似于扩散的网状输送。由于布朗运动的作用,蜡分子从浓度