環(huán)道法對蠟沉積規(guī)律實驗研究

丁 慧，張新宇，張 煜，張嘉興

（東北石油大學 石油工程學院，黑龍江大慶 163318）

環(huán)道法對蠟沉積規(guī)律實驗研究

丁 慧，張新宇，張 煜，張嘉興

（東北石油大學 石油工程學院，黑龍江大慶 163318）

環(huán)道法能夠測量原油溫度、原油與沉積面之間的溫差、冷卻速率、時間、剪切速率、流量等因素對含蠟原油管道蠟沉積規(guī)律的影響，測量的因素較全面；且環(huán)道法比其他蠟沉積實驗裝置更接近實際含蠟原油管道。在一定的工況下，研究了使用環(huán)道法實驗裝置的蠟沉積實驗。通過對油溫、壁溫和流量這3個影響蠟沉積的主要因素的控制，得出了不同工況下管道的蠟沉積規(guī)律。

含蠟原油；蠟沉積；實驗

我國大部分油田生產(chǎn)的原油具有高凝點和高含蠟量的特征，含蠟原油在輸送過程中，油溫逐漸下降，所含蠟的溶解度逐漸下降，當油溫降至析蠟點后原油中所含的蠟開始結晶析出，并在溫差、濃度梯度等因素的驅(qū)使下向管壁移動并沉積在管壁上。管壁上大量的蠟沉積會減少管道流通面積，增大輸送壓力，降低管道輸送能力，增加清管頻率，降低原油安全停輸時間，甚至可能造成蠟堵事故，威脅管道安全運行。因此，研究含蠟原油管道的蠟沉積規(guī)律對指導管道的生產(chǎn)和輸送具有極其重要的意義[1-4]。

1 實驗設計

1.1 實驗裝置

實驗裝置為小型環(huán)道，現(xiàn)將其各組成部分簡介如下：

（1） 測試段、參比段：管徑φ14mm×1mm，管長 1.5m，外部水套φ30mm×1mm，通過循環(huán)水可控制管壁溫度；

（2）水浴：用來控制油罐、測試段、參比段溫度，控溫精度0.2℃；

（3）差壓傳感器：測量測試段和參比段差壓；

（4）流量計：測量環(huán)道的流量；

（5）螺桿泵 ：通過變頻器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)泵的流量；

（6）計算機：采集、記錄實驗數(shù)據(jù)，計算實驗結果。

1.2 實驗方法及原理

小型環(huán)道是根據(jù)壓差法通過對比管道間的壓力差，測算管道的結蠟厚度。測量裝置的兩個管段分別為：測試管段和參比管段。兩管段的管壁溫度通過可控溫的水套進行調(diào)整，當管壁的溫度低于油品析蠟溫度時，測試管段就會出現(xiàn)結蠟現(xiàn)象，有蠟分子出現(xiàn)吸附在管壁上，從而使測試管段內(nèi)徑變小，管段兩端壓力差變大。同時，控制參比管段管壁溫度高于析蠟溫度，保證該管段不出現(xiàn)結蠟。兩管段采用兩組不同的水浴控溫，并選用保溫層和電伴熱進行保溫，以減少熱損失。

1.3 實驗油樣

以慶哈輸油管道輸送的原油為例，取樣分析，其基本物性指標如表1所示。

1.4 實驗方案

考慮到影響蠟沉積的因素包括管壁溫度、油品溫度、流量等，結合具體實驗條件，以測試管壁溫、油溫、流量為實驗變量，設計了4組實驗，具體實驗參數(shù)見表2：

表1 油品物性指標

表2 實驗方案及對應實驗條件

2 實驗數(shù)據(jù)處理及分析

2.1 原始數(shù)據(jù)整理

繪制測試 /參比管段壓差 -數(shù)據(jù)采集時間折線圖，初步判定實驗數(shù)據(jù)是否合理。

2.2 實驗數(shù)據(jù)處理

根據(jù)差壓法[5]，將原始實驗數(shù)據(jù)代入公式中，計算得出在不同實驗條件下相對應的蠟沉積厚度隨時間的變化。

2.3 實驗數(shù)據(jù)分析

2.3.1 不同油溫下的蠟沉積規(guī)律分析

繪制出在相同流量、相同測試管壁溫、不同油溫的條件下蠟沉積厚度隨實驗持續(xù)時間變化的折線圖（見圖1），對不同油溫下的蠟沉積規(guī)律進行分析。

圖1 其他條件相同、油溫不同時蠟沉積厚度對比折線圖

流量、測試管壁溫相同的條件下，在實驗進行的初始階段，油溫越低，蠟沉積的速度越快；隨著實驗的進行，油溫越高，蠟沉積的速度反而越快。因為，在這組對比實驗中，影響蠟沉積速率的因素有兩個：油溫和油壁溫差。二者對蠟沉積速率的影響相反：油溫越高，抑制蠟沉積；同時油壁溫差越大，促進蠟沉積。在實驗的初始階段，油溫對蠟沉積速率的影響占主導；隨著實驗的進行，油壁溫差對蠟沉積速率的影響占主導。

2.3.2 不同測試管壁溫下的蠟沉積規(guī)律分析

繪制出在相同流量、相同油溫、不同測試管壁溫的條件下蠟沉積厚度隨實驗持續(xù)時間變化的折線圖（見圖2）。

圖2 其它條件相同、測試管壁溫不同時蠟沉積厚度對比折線圖

在這組對比實驗中，影響蠟沉積速率的因素有兩個：測試管壁溫和油壁溫差。二者對蠟沉積速率的影響相同：測試管壁溫越低，促進蠟沉積；同時油壁溫差越大，促進蠟沉積。

2.3.3 不同流量下的蠟沉積規(guī)律分析

繪制出在相同測試管壁溫、相同油溫、不同流量的條件下蠟沉積厚度隨試驗持續(xù)時間變化的折線圖（見圖3）。

在這組對比實驗中，影響蠟沉積速率的因素只有一個：（體積）流量。流量越小，管道內(nèi)油品流速越慢，對管壁蠟沉積層的剪切剝離作用越小，促進蠟沉積。

3 結論

圖3 其他條件相同、流量不同時蠟沉積厚度對比折線圖

1）影響蠟沉積速率的因素不止一個時，需分清各因素哪個影響更占主導，從而決定哪個因素影響更大。

2）流量、油溫相同的條件下，在實驗進行的過程中，測試管壁溫越低，蠟沉積的速度越快。

3）壁溫、油溫相同的條件下，在實驗進行的過程中，流量越小，蠟沉積的速度越快。

[1] Solaimany Nazar A R.Measurement and modeling of wax deposition in crude oil pipelines[R].SPE，69425，2002.

[2] Coutinbo A P.Reliable wax wrediction for wlow assurance[R].SPE，78324，2002.

[3] Leontaritis K J.Cloud point an wax deposition measurement techniques[R].SPE，80267，2003.

[4] 孫國超，王岳，尤國武.含蠟原油熱輸管道管壁結蠟厚度的計算[J].石油化工高等學校學報，2003，16（4）：48-51.

[5] 蔡均猛，張國忠.用差壓新方法確定模型環(huán)道蠟沉積厚度[J].石油大學學報（自然科學版），2003，（6）：68-71+75-153.

Experimental Study on Wax Deposition Law of Annular Pipe

Ding Hui，Zhang Xin-yu，Zhang Yu，Zhang Jia-xing

Annular pipe to measurement of crude oil temperature，temperature difference between crude oil and sedimentary surface，cooling rate，time，shear rate and flow rate on the waxy crude oil pipeline law of wax deposition，the influence of measuring factors comprehensively；And the annular pipe method is closer to the actual wax-containing crude oil pipeline than other experiments with wax deposition.This paper mainly carried on，under certain conditions，the experiment of the wax deposition of the annular pipe experiment device.Through the control of three main factors affecting the wax deposition of oil temperature，wall temperature and flow rate，the principle of wax deposition of pipes under different operating conditions was obtained.

waxy crude oil；wax deposition；Experiment

TE65

A

1003-6490（2017）06-0147-02

2017-05-05

丁慧（1992—），女，山東梁山人，研究生在讀，主要研究方向為原油流變學。