油包水乳状液管流蜡沉积规律研究.pdf

第34卷第10期(2015.10)く行业论坛〉
油包水乳状液管流蜡沉积规律研究
杨居衡米瑞2全青王鵰守宫故
中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室2中国石油西南油气田分公司华油公司
3中国石油管道科技研究中心
摘要:以高含蜡原油、水为实验介质,探索了油包水乳状液在管流实验条件下的蜡沉积规
律,着重研究了温度及含水率条件的影响,分别从沉积物质曼、碳数分布和含水量的角度,定
量分析了油包水乳状液管流蜡沉积的相关机理。结果表明:沉积物质量随含水率増加呈先增大
后减小的趋势,但沉釈物含水量却始终增大,同时沉积层厚度与含水率关系图谱中拐点含水率
随温度降低而前移,由此揭示了多相管流蜡沉积中胶凝作用的影响,这将为油水混输管道的设
计、运行和管理提供相关理论支持
关键词:含蜡原油;油包水乳状液;蜡沉积环道实验;含水率;蜡沉积
doi:10.3969/.ss.1006-6896.2015.10.004
引言
液滴数量的增加而降低;在相同的搅拌速度下,蜡
沉积速率随分散相体积分数的增加、分散相中相对
我国产出的原油多为稠油和含蜡原油,在原油较小液滴数量的减少和相对较大液滴数量的增加而
的输送过程中,蜡沉积会导致管道有效流通面积减下降。王鹏宇等人利用带有搅拌功能的冷指实验
小,输送压力升高,降低了输送效率;还会带来防装置,研究了以高含蜡原油为实验介质的油包水乳
、除蜡和清管等一系列问题。另外,蜡沉积还会状液蜡沉积随含水率和剪切强度的变化规律,发现
给管道的停输再启动带来困难,甚至引发堵管、弃随含水率的增大蜡沉积量先减小后增大,且随着剪
管现象。目前蜡沉积研究主要集中在单相蜡沉积,切作用增强而逐渐减小。由此王鹏宁等人提出在
对于多相蜡沉积的研究尚处于起步阶段,对其沉积油包水型乳状液蜡沉积过程中,胶凝作用存在不可
机理还没有明确的认识,尤其在油水两相蜡沉积方忽视的影响。HsuJ.J.C.“?等人利用高压实验
面研究较少,且研究结论不一致。油水两相流型复环道,研究了紊流流态下水对蜡沉积的影响,实验
杂、稳定性差是开展油水两相蜡沉积的难点。随着结果表明:随着水相进入环道,蜡沉积量明显减
油田开采进入中后期,原油中携带的产出水逐渐増少。然而,GaoC.門在图尔萨大学1.5in(38.1mm)
多,受开采过程中加入的各类化学剂和油嘴等高剪管径的环道上做了含水率分別为25%、40%和75%
切设备的影响,生产过程中极易形成油包水乳状的油水两相蜡沉积实验。实验表明:油水两相流动
液。因此,利用环道实验装置模拟现场生产环境,巾的蜡沉积速率均高于单相流动下的蜡沉积速率。
研究油包水乳状液的蜡沉积规律对于保障油田现场 Bruno A.等人采用原油和凝析油两种油品分别进
的安全生产具有重要的指导意义。
行了不同含水率下油包水型和水包油型乳状液的蜡
由于油水两相蜡沉积影响因素的复杂性,目前沉积环道实验,然而两种实验油品的反相实验却观
内外学者针对油包水乳状液蜡沉积规律还没有达察到了不同的现象:反相后,前者没有蜡沉积发
成共识。 Couto G.H.等人叫利用冷指实验装置研究了生,后者却在管肇内壁形成了薄沉积层。 Sergio N.
油包水乳状液的蜡沉积实验规律,通过实验发现,利用环道实验研究了油水两相分别在分层流和环状
随着乳状液含水率的增加蜡沉积量减少。张宇等人流流型下的蜡沉积规律。实验发现:在油水分层流
利用冷指装置分别进行了乳状液总体积不变和油相流型下,蜡沉积仅发生在与油相接触的管段内壁的
总体积不变的含蜡油包水乳状液蜡沉积实验,研究上部;在水环一油核的环状流流型下,尽管水环隔
了冷指温度、含水率和液滴大小及分布等因素对油离了含蜡油与管内壁的接触,但管内壁仍然有蜡沉
包水乳状液蜡沉积的影响。结果发现,相同含水率积发生。
条件下,蜡沉釈速率随分散相液滴直径的减小和小
本文重点关注含水率、温度对油包水乳状液蜡
油气R画経(htp://www.yatdmgc.com
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沉积的影响规律,重在揭示胶凝作用在管流剪切条气体供给系统、测量系统、温控系统、测试段、参
件下的影响,提出从沉积物厚度、碳数分布及沉积比段、局部取样段、快关段、分离系统和数据采集
物中含水量的变化角度进行综合分析和研究。
系统,如图1所示。
实验装置及方法
环道总长25m,采用DN25不锈钢管。进入测
多相蜡沉积实验环道主要包括油品供给系统、试段之前的稳定直管段为4.4m、以保证实验测试
温控水浴
供油
參比段
快关管段
气液
分离器水罐加热盘管
油一
温控水浴
液体质量流量计
螺杆泵
局部取样
空气吹扫
测试段
供气
图1多相流动蜡沉积实验环道示意图
段中为充分发展的流动。该环道能够实现单相油随含水率的增加而增加,且含水率越高,增加的幅
流、油水乳状液和油气两相流动条件下的蜡沉积实度越大。采用显微鏡观测其液滴分布情况,结果显
验。利用该蜡沉积实验环道,能够方便地研究流体示含水率相同时,不同温度条件下的粒径差别很
小,如图3所示,因此液滴粒径及其分布的影响不
温度、壁温、温度区间、气液流速、流型和沉积时做讨论。
间等因素对蜡沉积的影响。
450
含水率
本次研究实验油样物性参数如表1所示。
0
5%
表1实验油品物性
1
15%
◆20%
密度kg·m3含蜡量%析蜡点/PC
倾点/℃
?300
425%
30%
870.1(20℃)
14.55
50.4
25
250
实验条件设定:测试段入口油温度和测试段冷
◆▲
却液温度分别控制在50、30℃,50、25C和45、
25C;流量均为2000kg/h;沉积时间均为24h。
用高温气相色谱( Agilent-7890A)对沉积物碳数
50
分布进行分析,用局部取样器对环道中的油包水乳
状液进行取样,用黏度仪( HAAKE-VT550)测量
温度/℃
其黏温特性,如图2所示。可以看出,乳状液黏度
图2乳状液黏温特性曲线(剪切率设为200s-)
25
50、30℃
50、30℃
45、25℃20
受10
8
农
含水率:10%
0
舍水率:30%
0
024681012141618
粒径尺寸/m
粒径尺寸/n
图3液滴粒径分布
2结果与讨论
度条件,对每个温度条件开展含水率为0~40%范围
内的油包水乳状液蜡沉积实验。乳状液的含水率间
选取50、30℃,50、25℃和45、25C三个温隔为5%,且针对某一温度区间和含水率都进行2
2
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