浅谈含水率对原油集输管道结蜡的影响

何坤伦 王双生 顾明 刘炳峰

摘 要：文章便对原油集输管道石蜡沉积机理进行了深入的研究，在建立原油集输管道石蜡沉积模型的过程中采用的为沉积倾向系数法，详细的分析了含水率对原油技术管道结蜡的影响，在分析后我们认为含水率对原油集输管道的结蜡问题是有着很大的影响的，结蜡率最高的位置应是转向点附近的位置，所以，在对集输管道工程进行设计的过程中，应尽量降低含水率对此位置处的影响。

关键词：原油集输管道；结蜡机理；含水率

1 原油集输管道结蜡的机理

1.1 分子扩散

如果油流温度析蜡点温度都是高于管道温度的，那么在原油中管壁位置处的石蜡分子就可能会析出结晶，那么此位置处的石蜡分子浓度就是小于流动的石蜡分子浓度的，在扩散定律的影响下，管壁处的石蜡分子与原油中流动的石蜡分子之间就会形成浓度梯度，石蜡分子逐步的移动到管壁附近，并且在管壁附近沉积下来。可见，如果管壁温度是小于油流的温度以及析蜡点温度的，那么石蜡分子就会在管壁位置处形成结蜡。

1.2 剪切弥散

这一机理认为导致石蜡晶体向管壁方向迁移的原因是因为速度梯度，而不是分子扩散机理中的浓度梯度，如果管壁的温度是大于油流的温度或是两者之间不存在温度差时，在管壁位置处如果出现了石蜡沉积的现象，那么起到作用的就是剪切弥散作用。

1.3 重力沉降

所谓的重力沉降机理就是指液态原油与已经析出的石蜡晶体颗粒之间是存在着密度差的，那么在重力作用的影响下，石蜡晶体颗粒就会沉积在管壁位置处。

1.4 布朗运动

这一机理就是指在原油中处于悬浮状态的石蜡晶体颗粒的热运动往往都是无规则的，如果其又是存在着的浓度梯度的，那么油流中浓度较高的石蜡晶体就会逐步的向管壁附近移动，并且在此位置处沉积下来。

1.5 剪切剥离作用

在原油的流动速度不断提高的情况下，管壁处的剪切应力也会越来越大，如果其增大到足以破坏石蜡沉积层的强度时，在管壁上沉积着的石蜡沉积物就会被冲刷下来，这些物质会与油流一同被冲走，在这种作用下，沉积物的硬度和厚度是要受到原油的流速、流型和流态等因素的影响的。

1.6 老化机理

随着石蜡沉积时间的不断增长，那么石蜡的硬度以及平均碳原子数都会越来越多，当原油的温度高于其温度时，在管壁位置处会先形成一层凝油层，之后浅层的石蜡分子、沉积层表面以及油流都会通过这层凝油层并移动到管壁位置处，然后析出结晶。另外，沉积层中的轻烃的扩散方向与原油的流动方向是相反的，那么就会降低沉积层的含油量，提高沉积层的含蜡量，这就是所谓的“老化”过程。

2 原油集输管道的石蜡沉积模型

导致原油集输管道出现结蜡问题的因素有很多，并且其沉积的机理也十分复杂，所以，世界上的多个国家都在对原油集输管道的石蜡沉积问题进行了深入的研究和探讨，同时也建立了很多石蜡沉积速率模型，这其中的很多模型的建立都是以理论分析为基础的，那么就要借助于流动模型以及基础实验的计算结果进行数据拟合，从而得到其中的经验性参数，这些参数都是可以应用在集输管道实际的结蜡的计算和预测工作中的。下面我们在建立原油集输管道的石蜡沉积模型时，采用的为蜡沉积倾向系数法。

这一模型考虑到径向温度梯度和剪切应力的影响，其计算公式为f=ktm（dT/dr）n，其中，f为石蜡沉积的倾向系数，t为管壁位置处的剪切应力，而dT/dr则为管壁位置处的径向温度梯度，k、n、m都是在實验中可以确定的常数，而石蜡沉积速率的计算公式为w=f（1/u）（dC/dT）（dT/dr），其中w为石蜡的沉积速率，u为原油粘度，dC/dT则为石蜡晶体的溶解度系数。本文便以油田的某一特定区块为例，对其进行了室内管流的模拟实验，计算中可以得到k、m、n、p等常数，从而计算出石蜡的沉积速率。

3 不同含水率对原油集输管道结蜡的影响

下面我们便以某一油田地区年季节的最低土壤温度和最高土壤温度的条件，深入的分析了不同含水率对原油集输管道结蜡的影响，该油田地区一年中的最低土壤温度为-9摄氏度，而最高土壤温度则为9摄氏度，在这两种土壤条件下，我们又分别的研究了不同集油温度和不同流量的情况下，原油含水率对集输管道的结蜡规律是有着怎样的影响的，具体如下图：

当流量为45m3/d时，不同含水率对原油集输管道结蜡的影响：

当流量为30m3/d时，不同含水率对原油集输管道结蜡的影响：

当流量为15m3/d时，不同含水率对原油集输管道结蜡的影响：

当流量为5m3/d时，不同含水率对原油集输管道结蜡的影响：

不同含水率对原油粘度的影响分析：

根据上述曲线图我们可以看到，原油集输管道结蜡速率的最高点都出现在转相点附近，当原油的含水率不断增加时，集输管道结蜡的速率是有着下降的趋势的。在同一含水率和同一集油温度下，原油流量越小，结蜡的速率就越大，而在同一含水率和同一流量下，结蜡速率会随着集油温度的增大而减小。在不同的土壤温度下，土壤的温度越低，结蜡的速率越高。这样我们便总结出原油集输管道的结蜡规律为：在含水率不断增加的情况下，结蜡的速率是越来越小的，并且结蜡速率最大点为转相点附近。

究其原因，我们认为当转相点在60%位置处时，其是处于油包水型的条件，管道横截面上并未形成明显的水环，而管壁与原油是紧密的接触着的，那么石蜡晶体颗粒与溶解的石蜡分子的径向浓度梯度就会越来越大，在管道的液、固界面附近就会结合并且析出，加快了其结蜡的速率，而在含水率不断增加的情况下，体系的粘度是会不断降低的，那么结蜡的速率也会随之不断降低。

通过以上的论述，在设计集输管道工程中，我们应充分认识到原油集输管道的结蜡机理，深入的了解不同含水率对原油集输管道结蜡规律所产生的影响，尽可能的避免结蜡率相对较高的地方，确保原油的顺利输送。

参考文献

[1]魏胜.低产油田低能耗掺水集输技术探讨[J].石油石化节能，2013.

[2]张帆.原油含水对管道运行的影响[J].油气储运，2008.