濮阳原油蜡沉积特性实验

2014-03-22

油气田地面工程 2014年11期

濮阳原油蜡沉积特性实验

李琛1白帆2王燕3

1西南石油大学2中国石油东北石油管道公司3中国石油大学（华东）

利用旋转式动态结蜡装置，对濮阳原油进行不同油温、不同温差、不同转速等条件下的蜡沉积实验。濮阳原油高含蜡量、双析蜡峰的特性使其蜡沉积规律具有较大的变化性，在管输濮阳原油的过程中要尤其注意输送温度，尽量避开原油的最大析蜡高峰区。其他条件不变时，随油温升高，蜡沉积速率与蜡晶溶解度系数的变化趋势相同；随油壁温差增大，蜡沉积速率逐渐增大；随转速增大，蜡沉积速率逐渐减小。

濮阳原油；蜡沉积特性；蜡沉积动力学模型；油壁温差

濮阳原油含蜡量高、双析蜡峰的特殊性使其成为原油蜡沉积特性研究中较有价值的实验样本。利用旋转式动态结蜡装置，对濮阳原油进行不同油温、不同温差、不同转速等条件下的蜡沉积实验。

1 实验装置及原理

实验研究采用旋转式动态结蜡装置，如图1所示。

装置的原理如下：用恒温热浴循环加热样品桶内的实验油样，以维持油样的油温不变；旋转电机通过电机传送带带动样品桶旋转，使桶内的油样产生旋转流场来模拟管道内部流场；结蜡桶内部通过恒温冷浴循环以维持恒定温度，形成冷指模拟管道壁面；待实验油样的流场、温度场稳定后，将冷指结蜡桶通过升降机构垂直浸入样品桶内进行蜡沉积实验。原油对结蜡层的剪切作用可通过扭矩传感器测量，但为了提高模拟精度，采用Fluent软件模拟流体的温度场及速度场，准确计算出剪切应力、温度梯度等参数。实验结束后，对结蜡筒壁面上的蜡沉积物进行擦拭并称重，计算蜡沉积速率。

图1 旋转式动态结蜡装置

2 原油的组成及物性

（1）原油基本组成。通过四组分分析法以及DSC实验，可测得濮阳原油的基本组成如下：沥青质为2.82%，胶质为10.73%，蜡为15.36%。

（2）原油热流曲线。采用差示扫描量热仪可测得濮阳原油单位质量热流与温度的关系曲线，由关系曲线可看出，濮阳原油析蜡点为47℃；在43℃和25℃左右形成两个析蜡峰，25℃左右形成的析蜡峰值较大。

（3）原油黏温曲线。对濮阳原油在50℃热处理条件下进行流变曲线的测量，从黏温曲线可看出，濮阳原油反常点为39℃。

3 原油的蜡沉积特性

（1）油温对濮阳原油蜡沉积特性的影响。设定结蜡装置转速为100r/min，油壁温差为5℃，进行不同油温区间濮阳原油的蜡沉积实验。由实验结果可以看出，原油温度在38～51℃范围内，蜡沉积速率先减小后增大，在油温为47℃时达到最大值，随后逐渐减小。通过对比可以看出，蜡沉积速率与蜡晶溶解度系数变化趋势相符。这是因为，随着温度升高，管壁处原油黏度变小，蜡晶扩散动力较大，剪切应力变小，蜡沉积层比较稳定。油流中蜡分子借助于浓度梯度往管壁处迁移，进而沉积下来，在蜡沉积过程中，管壁处蜡分子浓度梯度即蜡晶溶解度系数起主要作用。

（2）油壁温差对濮阳原油蜡沉积特性的影响。设定结蜡装置转速为100r/min，结蜡筒壁温为39℃，调整油温以控制油壁温差进行蜡沉积实验。由实验结果可看出，随着油壁温差增大，濮阳原油蜡沉积速率逐渐增大。转速和壁温一定时，结蜡筒壁面处原油的蜡晶溶解度系数、黏度、剪切应力基本相同。原油的温度越高，结蜡筒壁面处温度梯度越大，蜡分子迁移动力越大，蜡分子越容易迁移到管壁处并沉积下来。

（3）转速对濮阳原油蜡沉积特性的影响。转速对于原油蜡沉积速率的影响主要体现在油流对结蜡层的剪切作用上。控制原油的结蜡筒壁温/油温在42℃/47℃，调整结蜡装置的转速，对濮阳原油进行不同转速下的蜡沉积实验。由实验结果可看出，随着结蜡筒转速的增大，原油蜡沉积速率逐渐减小。油温及结蜡筒壁温一定时，管壁处原油的黏度及蜡晶溶解度系数基本相同，结蜡筒壁面处原油的析蜡能力以及蜡分子迁移的能力相当，此时油流对蜡沉积层的剪切作用占据主导地位。随管壁处剪切应力增大，油流对蜡沉积层的冲刷作用增强，不利于蜡沉积，从而导致蜡沉积速率减小。