油—水两相管输剪切流场中蜡沉积的作用机制研究

来源 :东北石油大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:cpingpeng
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油水混输作为石油工业生产中一种较为普遍的工艺模式,与含蜡原油单相输送工艺一样,在管道输送过程中,原油相中作为蜡质主要组成的重链烷烃和一些环烷烃将在体系流动温度低于析蜡点温度时不断析出、结晶,并粘附在与其自身存在温差的管壁上,进而提供结晶核心而在管道沿线不断形成蜡沉积层,增加管输压降、降低管道输送能力、提高运行成本。在理解蜡沉积威胁与影响因素的同时,揭示复杂工况下的油-水两相管输蜡沉积行为,对于丰富含蜡原油蜡沉积理论具有重要意义。为此,本文以实际油田集输工程为背景,从微观层面考虑剪切作用,揭示并表征油-水两相中蜡晶的形态及其聚集行为,在宏观层面将管输流动特性与剪切流场做功相关联,从能量分析的角度建立油-水两相管输蜡沉积模型,从而描述油-水两相管输剪切流场中的蜡沉积规律及作用机制。剪切作用增强,蜡晶的圆度、圆度方差、粒度及粒度方差等特征参数均明显减小,蜡晶形态向规则形状转变,聚集行为受到抑制;在相同剪切作用下,对于同一温度条件,含水率升高,蜡晶特征参数在转相点附近呈现由增大特征向减小转变的趋势;相同剪切作用下,对于同一含水率体系,温度升高,则蜡晶形态、结构趋向规则化。从油-水两相管输蜡沉积量的平衡关系出发,区分蜡沉积作用机制并引入剪切能构建了其定量描述关系式,推导建立了基于剪切能分析的油-水两相管输蜡沉积模型,进而考虑共沉积行为,实现了对集输温度、含水率及管输液量工况影响下油-水两相蜡沉积规律的预测。年不同季节地温条件下,在低于原油凝固点约5℃的输送温度以上,蜡沉积速率随温度的降低而增大,而在低于原油凝固点约5℃的输送温度以下,蜡沉积速率则随温度的降低而减小;油-水两相含水率增大,蜡沉积速率减小,但在油-水两相乳化体系转相点附近时,蜡沉积速率的减小显著减缓;管输流量增大,蜡沉积速率则不断减小。所建立基于剪切能分析的蜡沉积模型对油-水两相管输剪切流场共沉积行为的描述具有较好的适用性,不同工况条件下的蜡沉积速率预测值与已有相关文献实验值的平均相对偏差在3.20%~6.79%。
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