基于超声波技术优选最佳原油降粘参数

孔德晶,徐秋仿,郭泽杰，冯亮,苏崇勇

（1.东北石油大学，黑龙江大庆163318;2.北京华油联合燃气开发有限公司,北京100176）

基于超声波技术优选最佳原油降粘参数

孔德晶1,徐秋仿1,郭泽杰2,，冯亮1,苏崇勇1

（1.东北石油大学，黑龙江大庆163318;2.北京华油联合燃气开发有限公司,北京100176）

目前，我国仍有八成以上的原油需要管道来输送，而管道长期运行过程中难免会因为原油粘度过大带来水力摩阻损失、结蜡等问题，导致原油输送效率降低，能耗增大。油田管道输送原油粘度过大的问题已经严重影响到输油工作的正常进行，超声波降粘技术作为一种新型的绿色环保技术越来越受到青睐。为了优选对比出超声波对原油降粘效果达到最佳的功率以及处理时间，设计了一套模拟超声波对管输原油的降粘装置，模拟不同功率以及不同时间下的超声波降粘效果实验。通过实验数据的对比分析，发现超声波功率在1.0kW，作用时间为25min时降粘效果最佳。

输油管道；超声波；降粘；最佳参数

目前，我国油田管道输送的大部分原油都是含蜡原油。含蜡原油具有“三高”的显著特征，即凝点高、粘度高、密度高。如果管输原油粘度过大，此时原油呈现出非牛顿流体的特征。如果不在管输之前对原油进行降粘处理，就会导致输送过程中的热处理消耗燃料过多、水力摩阻过大、输送效率不高、管道内壁易结蜡等诸多问题。随着绿色环保理念逐渐深入人心，超声波除垢技术作为后起之秀逐渐赢得人们的青睐。但由于超声波降解技术能耗过大且容易产生不必要的中间物质，其降解效率较低的问题有待进一步的解决。超声波降粘的原理是利用超声波的空化作用、机械振动作用及产生的热量使原油产生高温、高压、射流和冲击波，使决定原油粘度的胶质和沥青质发生分解和断链，从而降低原油的粘度[1-3]。本文分别对0.5、1.0、1.5kW 3种功率下的超声波进行降粘效果评估实验，通过实验优选出超声波的最佳降粘功率和处理时间。通过实验不仅可以使超声波降粘技术达到“理论指导与实践相结合”的效果，而且可以为各大油田的原油降粘技术提供实践经验。

1 实验器材及方案

1.1 实验器材

定义 1.2 称随机变量{X1,…,Xn}为负超可加(negatively superadditive dependence, NSD)随机变量, 如果存在相互独立的随机变量 使得对每个i, 与Xi同分布, 且

KMD-12012超声波发生器（功率1500W德国西门子公司）；S30/A25程控水浴（控制精度0.01℃德国哈克公司）；TH2000-Y超声波换能器（作用距离大于35m，频带宽度达到10kHz苏州海纳科技有限公司）；SYD-510G-Ⅱ流变仪（精度0.1℃上海昌吉地质仪器公司）。

本次实验利用超声波发生器和超声波换能器来发射超声波，在程控水浴底部采用超声波换能器来控制超声波功率。

1.2 实验方案

根据2011年国务院批复的《全国重要江河湖泊水功能区划》，长江流域及西南诸河共划定了1 521个水功能区（其中长江流域1 363个、西南诸河1 58个），并根据每个水功能区内的现状水质和开发利用程度以及规划用水需求确定了每个水功能区的水质管理目标。对于需要保护和严格控制开发的水功能区，确定了较严格的水质管理目标；对于要承载开发利用活动的水功能区，则以用水水质要求做作为管理目标。这些制度体现了水功能区管理统筹兼顾、分类指导的原则。

（1）将从现场取来的同一口油井产出的原油，将其分为质量相等的3份，分别标记为1、2、3号样本。

总而言之，在习作教学时，教师一定要改变只注重指导，只注重写作而不重视评改的理念，从评改入手，从多元的评改方式入手，激发学生修改的兴趣，培养他们自我修改的能力，切实提高学生的写作水平，从而提高学生的语文核心素养。

对问卷中定序和定距题目，共13道题进行项目鉴别度检验。各题目的t检验结果均为P<0.01，表明题目的分值差异显著，具有较强鉴别力。

油样粘度之所以一开始快速降低，之后逐渐趋于平稳，究其原因：在超声波处理的前期阶段，超声波的机械振动使得原油分子的产生激烈碰撞，从而使得原油分子间的距离增大。微观表现为分子间的范德华力减小，宏观表现为粘度降低。但随着处理时间的延长直至进入后期阶段，在同一超声波功率处理下的油样温度趋于稳定，不会在因为空化作用继续升高油温，因此，整个体系的活化能逐渐趋于定值。微观表现为反应体系的裂化及缩合反应常数也不会改变了，宏观表现为粘度趋于稳定[7,8]。

（2）将选好的原油样本装入与超声波发生器相连接的铁质反应釜中，将烧杯放入程控水浴中进行实验前预处理，设置程控水浴温度为70℃，同时开启超声波发生器，利用超声波产生的高温高压和空化作用进行降粘。

将经过不同时间处理的油样粘度数据统计好，并且计算出降粘率，将计算结果绘制成曲线图，见图1。

（5）记录、分析实验数据，并且绘制成图来进一步观察实验结果。

2 结果与讨论

从图2中可以看出，3种功率作用下的油样粘度变化趋势基本相同，都是开始迅速降低，后来逐渐趋于稳定。对比3条曲线，发现1.0kW功率下的油样降粘效果最好。考虑到发射超声波功率过大会增加耗电量，本着最优化原则，从节能降耗的角度考虑，优选1.0kW做为超声波最佳处理功率。

（4）得出最佳处理时间后再次进行实验，利用超声波换能器控制作用于1~3号样本的超声波频率分别为0.5、1.0、1.5kW，经过30min的超声波降粘处理，每隔5min取出相同质量的油样放入流变仪中测其粘度，优选出超声波降粘的最佳功率。

图1油样降粘速度随超声波处理时间的变化曲线Fig.1Curve of oil viscosity reduction speed with ultrasonic treatment time

从图1可以看出，在超声波功率为定值的情况下，原油粘度开始随着超声波处理时间的增大而显著降低，当处理时间大于25min之后，原油粘度趋于平缓，没有显著的变化趋势。考虑到发射超声波时间过长会增加耗电量，本着最优化原则，从节能降耗的角度考虑，优选25min做为超声波最佳处理时间。

（3）利用超声波换能器控制作用于1号样本的超声波功率为1.0kW，进行30min的超声波降粘处理，每隔5min取出相同质量的油样放入流变仪中测其粘度，优选出超声波降粘的最佳处理时间。

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2.2 超声波降粘的最佳作用功率

将经过不同超声波功率处理的的油样粘度随时间变化数据统计好，并且计算出降粘率，将计算结果绘制成曲线图，见图2。

图2不同超声波功率下油样降粘速度随超声波处理时间的变化曲线Fig.2Curves of viscosity reduction speed with ultrasonic treatment time under different ultrasonic power

2.1 超声波降粘的最佳处理时间

（2）网络爬虫抓取机制考虑到了专用与通用结合，在确保包装及印刷领域信息搜索的同时，尽量满足了包装及印刷各工序中多方面的信息查询需求。

超声波的空化作用可以产生的高温、高压可使原油内的重质分子链发生裂解，破坏其重质分子结构，从而使得油品粘度降低。一方面超声波功率的大小直接决定了超声波空化作用的强弱，超声波功率越大，原油体系获得的能量就越大。超声波空化现象能在微观上导致原油体系烃类自由基数量增加，宏观上导致原油降粘几率增大，降粘效果明显。另一方面超声波功率越大，所产生的机械振动就越强，从而加速裂解芳香烃化合物等重质分子链，导致分子由聚并变为分散状态，从而降低粘度。但功率过大反而降粘效果受到影响，究其原因：功率越大，超声波产生的温度越高，从而导致原油体系中水分子蒸发速度加快。由于分散相水滴急剧减少，这时的油分子之间的接触表面增大，可能导致油分子之间的摩擦碰撞几率增加，使得粘度上升[9-12]。

3 结论

（1）在超声波功率为1.0kW，作用时间为25min时原油降粘效果最好。

（2）随着超声波作用时间的延长，油品粘度先下降后趋于稳定。在相同的超声波时间下，超声波功率越大，降粘效果越显著，功率过大则适得其反。因此，在超声波处理时间相同的情况下可酌情提高功率。

（3）与水热催化裂解降粘、微生物降粘、磁处理降粘等技术相比较，水热催化裂解降粘效果受催化剂影响太大；微生物降粘时微生物对胶质、沥青质分解效率偏低；而磁处理降粘易受磁场影响[4-7]。超声波降粘技术有着成熟可靠、受外界影响小等巨大优势，可以作为原油降粘技术的不二之选。

（4）通过实验数据发现与理论上的分析还存在差距，一方面理论并非“无懈可击”，可能存在需要多种理论进行弥补的“短板”；另一方面实验数据存在误差，有些较大的误差导致与理论值存在较大出入。今后实验的重点应该放在如何最大限度的消除误差以及丰富理论知识。

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Optimum parameters for viscosity reduction of crude oil based on ultrasonic technology

KONG De-jing1,XU Qiu-fang1,GUO Ze-jie2,FENG Liang1,SU Chong-yong1
（1.Northeast Petroleum Uniuesity,Daqing 163318,China;2.Beijing H|uayou United Gas Development Co.,Ltd.,Beijing 100176,China）

At present,there are still more than 80%of the crude oil needs to be transported by pipeline.In the course of long-term operation of the pipeline,it will inevitably bring about hydraulic friction loss and wax formation,resulting in reduced crude oil transportation efficiency and energy consumption.Big.The problem of oil viscosity in oilfield pipelines has seriously affected the normal work of oil transportation.Ultrasonic viscosity reduction technology is becoming more and more popular as a new type of green environmental protection technology.In order to optimize the power and processing time of ultrasound to reduce oil viscosity,a set of simulative ultrasonic decompression device for pipeline crude oil was designed to simulate the effect of different power and different time.Through the comparative analysis of the experimental data,it was found that the ultrasonic power is 1.0kW and the effect time is 25min.

oil pipeline;ultrasonic wave;viscosity reduction;optimum parameters

TQ83

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170543

2017-02-08

孔德晶（1989-），女，山东省滨州市人，在读硕士研究生，研究方向：油气储运工程。