含水率对原油集输管道结蜡的影响

含水率对原油集输管道结蜡的影响

姜盛

大港油田公司第五采油厂 天津市 300280

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

在原油输送过程中，由于集输管道沿线的温度逐渐降低，当温度低于析蜡点时，原油中会析出固体石蜡结晶，部分石蜡结晶会粘附在管道内壁上，形成石蜡结晶中心，或悬浮于原油中形成固、液两相系统。当温度继续降低时，管道壁面石蜡晶体开始长大、扩展，形成厚度不均匀的结蜡层，致使管道内径逐渐变小，内壁粗糙度增加，继而造成结垢而堵塞管道。当原油中石蜡晶体大量析出后，管道会降低集输油的能力、增加集输油的耗能，严重影响了原油的正常输送，甚至可能造成集输管道等事故，给原油管道的输送带来很大的安全隐患。各大石油公司每年都需花费上百亿美元用于化学药品投放和管道保温，以解决原油结蜡的问题。显然，原油结蜡问题已成为增大原油集输能耗的主要因素之一。

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

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都是在实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

本文分别以某油田地区年季节最高土壤温度和年季节最低土壤温度条件下，确定了不同含水率对原油集输管道结蜡的影响，确定该地区年季节最高土壤温度为9℃，年季节最低土壤温度为－9℃，本文针对两种土壤温度条件下不同流量、不同集油温度下原油含水率对集输管道结蜡规律的影响，如图1、图2所示。

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。

结语：

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

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