濮陽原油蠟沉積特性實驗

濮陽原油蠟沉積特性實驗

李琛1白帆2王燕3

1西南石油大學2中國石油東北石油管道公司3中國石油大學（華東）

利用旋轉式動態(tài)結蠟裝置，對濮陽原油進行不同油溫、不同溫差、不同轉速等條件下的蠟沉積實驗。濮陽原油高含蠟量、雙析蠟峰的特性使其蠟沉積規(guī)律具有較大的變化性，在管輸濮陽原油的過程中要尤其注意輸送溫度，盡量避開原油的最大析蠟高峰區(qū)。其他條件不變時，隨油溫升高，蠟沉積速率與蠟晶溶解度系數(shù)的變化趨勢相同；隨油壁溫差增大，蠟沉積速率逐漸增大；隨轉速增大，蠟沉積速率逐漸減小。

濮陽原油；蠟沉積特性；蠟沉積動力學模型；油壁溫差

濮陽原油含蠟量高、雙析蠟峰的特殊性使其成為原油蠟沉積特性研究中較有價值的實驗樣本。利用旋轉式動態(tài)結蠟裝置，對濮陽原油進行不同油溫、不同溫差、不同轉速等條件下的蠟沉積實驗。

1 實驗裝置及原理

實驗研究采用旋轉式動態(tài)結蠟裝置，如圖1所示。

裝置的原理如下：用恒溫熱浴循環(huán)加熱樣品桶內的實驗油樣，以維持油樣的油溫不變；旋轉電機通過電機傳送帶帶動樣品桶旋轉，使桶內的油樣產生旋轉流場來模擬管道內部流場；結蠟桶內部通過恒溫冷浴循環(huán)以維持恒定溫度，形成冷指模擬管道壁面；待實驗油樣的流場、溫度場穩(wěn)定后，將冷指結蠟桶通過升降機構垂直浸入樣品桶內進行蠟沉積實驗。原油對結蠟層的剪切作用可通過扭矩傳感器測量，但為了提高模擬精度，采用Fluent軟件模擬流體的溫度場及速度場，準確計算出剪切應力、溫度梯度等參數(shù)。實驗結束后，對結蠟筒壁面上的蠟沉積物進行擦拭并稱重，計算蠟沉積速率。

圖1 旋轉式動態(tài)結蠟裝置

2 原油的組成及物性

（1）原油基本組成。通過四組分分析法以及DSC實驗，可測得濮陽原油的基本組成如下：瀝青質為2.82%，膠質為10.73%，蠟為15.36%。

（2）原油熱流曲線。采用差示掃描量熱儀可測得濮陽原油單位質量熱流與溫度的關系曲線，由關系曲線可看出，濮陽原油析蠟點為47℃；在43℃和25℃左右形成兩個析蠟峰，25℃左右形成的析蠟峰值較大。

（3）原油黏溫曲線。對濮陽原油在50℃熱處理條件下進行流變曲線的測量，從黏溫曲線可看出，濮陽原油反常點為39℃。

3 原油的蠟沉積特性

（1）油溫對濮陽原油蠟沉積特性的影響。設定結蠟裝置轉速為100r/min，油壁溫差為5℃，進行不同油溫區(qū)間濮陽原油的蠟沉積實驗。由實驗結果可以看出，原油溫度在38～51℃范圍內，蠟沉積速率先減小后增大，在油溫為47℃時達到最大值，隨后逐漸減小。通過對比可以看出，蠟沉積速率與蠟晶溶解度系數(shù)變化趨勢相符。這是因為，隨著溫度升高，管壁處原油黏度變小，蠟晶擴散動力較大，剪切應力變小，蠟沉積層比較穩(wěn)定。油流中蠟分子借助于濃度梯度往管壁處遷移，進而沉積下來，在蠟沉積過程中，管壁處蠟分子濃度梯度即蠟晶溶解度系數(shù)起主要作用。

（2）油壁溫差對濮陽原油蠟沉積特性的影響。設定結蠟裝置轉速為100r/min，結蠟筒壁溫為39℃，調整油溫以控制油壁溫差進行蠟沉積實驗。由實驗結果可看出，隨著油壁溫差增大，濮陽原油蠟沉積速率逐漸增大。轉速和壁溫一定時，結蠟筒壁面處原油的蠟晶溶解度系數(shù)、黏度、剪切應力基本相同。原油的溫度越高，結蠟筒壁面處溫度梯度越大，蠟分子遷移動力越大，蠟分子越容易遷移到管壁處并沉積下來。

（3）轉速對濮陽原油蠟沉積特性的影響。轉速對于原油蠟沉積速率的影響主要體現(xiàn)在油流對結蠟層的剪切作用上。控制原油的結蠟筒壁溫/油溫在42℃/47℃，調整結蠟裝置的轉速，對濮陽原油進行不同轉速下的蠟沉積實驗。由實驗結果可看出，隨著結蠟筒轉速的增大，原油蠟沉積速率逐漸減小。油溫及結蠟筒壁溫一定時，管壁處原油的黏度及蠟晶溶解度系數(shù)基本相同，結蠟筒壁面處原油的析蠟能力以及蠟分子遷移的能力相當，此時油流對蠟沉積層的剪切作用占據(jù)主導地位。隨管壁處剪切應力增大，油流對蠟沉積層的沖刷作用增強，不利于蠟沉積，從而導致蠟沉積速率減小。

4 蠟沉積動力學模型的建立

根據(jù)濮陽原油在不同條件下的蠟沉積實驗結果，采用國內外認可的蠟沉積動力學模型，對濮陽原油的蠟沉積傾向系數(shù)進行最小二乘法的擬合計算，從而建立濮陽原油的蠟沉積動力學模型。

濮陽原油蠟沉積傾向系數(shù)為

濮陽原油蠟沉積動力學模型為

式中τw為管壁處剪切應力（Pa）；μ為管壁處原油的黏度（Pa·s）；為蠟晶溶解度系數(shù)，即溫降1℃析出蠟量占原油的百分數(shù)；為管壁處原油的徑向溫度梯度（℃/mm）。

5 結論

（1）濮陽原油高含蠟量、雙析蠟峰的特性使其蠟沉積規(guī)律具有較大的變化性，在管輸濮陽原油的過程中要尤其注意輸送溫度，盡量避開原油的最大析蠟高峰區(qū)。

（2）其他條件不變時，隨油溫升高，蠟沉積速率與蠟晶溶解度系數(shù)的變化趨勢相同；隨油壁溫差增大，蠟沉積速率逐漸增大；隨轉速增大，蠟沉積速率逐漸減小。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.025