渤中沙河街原油析蜡及其乳化特性实验研究

针对渤中沙河街原油海底管道输送的潜在安全隐患,采用影像分析仪及配套的程控水浴,观测和分析了沙河街原油从65℃到20℃的析蜡过程,确定了其析蜡点与析蜡高峰温度范围。采用HAAKE RS600流变仪,测定了沙河街原油及其掺高温水的油水乳状液的流变曲线与粘温曲线,评价了沙河街原油的乳化特性。结果表明：沙河街原油的析蜡点与粘温异常点分别为51℃与30℃,析蜡高峰温度为35～20℃;当掺水量低于70％时,80℃的沙河街油水混合液在25℃的室温下自然冷却,同时用700～800 r/min的转速搅拌,在2h内均可充分乳化,其反相点为70％,这为沙河街原油海底管道掺高温水输送的安全操作提供了依据,并可供其他原油的相关研究参考。     

采用焓法方程计算埋地管道含蜡原油停输温降

埋地热含蜡原油管道停输后,当管内原油温度降到析蜡点以下时,原油中的蜡晶将逐渐析出。根据含蜡原油降温过程中蜡结晶放热的特点,使用焓法方程对析蜡点以下伴随有析蜡胶凝现象的原油降温过程进行了数学描述,并详细给出了使用有限元法对焓法方程进行求解的方法。将焓法方程的计算结果与Φ426mm×6mm管道实测数据进行了对比。结果表明,土壤的计算温度和实测温度最大偏差在1.4℃以内,管内平均温度的计算值与实测值的偏差为0.3℃。由此证明了使用焓法方程计算埋地热油管道停输温降具有较高的准确性。     

采用焓法方程计算埋地管道含蜡原油停输温降

埋地热含蜡原油管道停输后,当管内原油温度降到析蜡点以下时,原油中的蜡晶将逐渐析出.根据含蜡原油降温过程中蜡结晶放热的特点,使用焓法方程对析蜡点以下伴随有析蜡胶凝现象的原油降温过程进行了数学描述,并详细给出了使用有限元法对焓法方程进行求解的方法.将焓法方程的计算结果与Φ426 mm×6 mm管道实测数据进行了对比.结果表明,土壤的计算温度和实测温度最大偏差在1.4 ℃以内,管内平均温度的计算值与实测值的偏差为0.3 ℃.由此证明了使用焓法方程计算埋地热油管道停输温降具有较高的准确性.     

热油管道停输介质温度分布数学模型分析与新模型的建立

研究热油管道的停输介质的温度分布场,对确定安全停输时间具有重要的指导作用.考虑析蜡潜热将能更准确地描述热油管道的停输介质的温度分布场,介绍了现有的热油管道停输介质温度分布数学模型并进行分析,用显热容法建立了新的数学模型.新模型无需跟踪相变界面,简单实用,易于多维推广.     

降凝剂对胜利外输原油流变性的影响

研究了降凝剂对高蜡原油流变性的影响,主要探讨降凝剂的筛选、不加剂和加剂高蜡原油的全粘温曲线的测定、重复加热和高速剪切对降凝剂的改性效果。由实验得到主要结论:降凝剂使原油的凝点和反常点降低,原油的牛顿流体温度范围变宽,并使非牛顿流体温度下的粘度减小,但牛顿流体温度范围内的粘度基本没有变化;在重复加热的温度高于原油的反常点10 ℃左右时,重复加热对降凝剂的改性效果没有显著影响,但重复加热温度低于原油的反常点,重复加热显著恶化降凝剂的改性效果;在原油的反常点以上,高速剪切对降凝剂的改性效果无影响。在原油析蜡高峰区高速剪切,将大大恶化降凝剂的改性效果。在低于析蜡高峰区的温度高速剪切,会使降凝剂的改性效果的恶化程度有所减弱。     

柴油稀释对原油流动性及析蜡过程的影响研究

以大庆林源原油和0#柴油稀释剂为研究对象,采用HAAKE RS600流变仪和XP-300C影像分析系统,测试分析大庆林源原油在65℃和/或50℃下添加10%、20%及50%稀释剂前后的流变特性、凝点、静屈服值及析蜡过程,评价它们在降温过程中的15s^-1动态粘温特性及其在终了温度20℃的蜡晶微观形态;采用Ncmivnt图像处理软件,分析蜡晶颗粒数量及其对称性;提出用相同视场下蜡晶颗粒的平均短轴与长轴长度之比来表征其对称性。结果表明：林源原油稀释前后的析蜡点和析蜡高峰温度分别在50～45℃与40～30℃,0#柴油稀释不会改变其析蜡过程与蜡结晶行为;稀释剂加量越大和/或处理温度越高,则蜡晶颗粒的数量越少、对称性越高、分散度越低,原油的低温流动改进效果也就越显著,这为下一步研究降凝剂与稀释剂的协同作用奠定了基础     

用差示扫描量热法确定原油的含蜡量

应用DSC热分析技术得到了原油析蜡过程的热谱图 ,测定出了原油的析蜡点、析蜡高峰点、析蜡热焓等特性参数。给出了根据DSC实验结果计算原油含蜡量和一定温度区间内原油析蜡量的方法。分别对大庆、中原、胜利油田的原油进行了DSC热分析实验 ,根据其DSC热谱图计算了 3种原油的含蜡量以及不同温度区间内的原油析蜡量。其计算结果与采用RIPP 90方法 (氧化铝吸附法 )的测量结果对比表明 ,二者吻合较好 ,从而验证了DSC方法的可靠性。计算原油含蜡量方法的关键是选取DSC热谱图基线及确定蜡的平均结晶热。蜡的平均结晶热与原油中蜡的分子结构、碳数值等因素有关。胜利原油蜡的平均结晶热取 2 15J/g ;对未知分子结构的原油 ,建议蜡的平均结晶热取为 2 10J/g。     

含蜡原油的超声衰减

在静态及常压条件下,对含曝的南海原油、丘陵原油及不同含蜡量的１０号白油的声衰减进行了实验研究。结果表明,各油样的衰减系数均随温度的下降而提高。温度高时,衰减系数变化缓慢;低于某一温度后,衰减系数随温度的降低而急剧增大。衰减系数随温度的变化曲线和原油的ＤＳＣ曲线的峰起点、粘温曲线的反常点等相对应,衰减温度曲线可以大致反映蜡晶的析出情况。提高声波频率可提高声衰减对析蜡状况的反映效果。对含蜡原油中换能器     

用差示扫描量热法确定原油的含蜡量

应用DSC热分析技术得到了原油析蜡过程的热谱图，测定出了原油的析蜡点、析蜡高峰点、析蜡热焓等特性参数。给出了根据DSC实验结果计算原油含蜡量和一定温度区间内原油析蜡量的方法。分别对大庆、中原、胜利油田的原油进行了DSC热分析实验，根据其DSC热谱图计算了3种原油的含蜡量以及不同温度区间内的原油析蜡量。其计算结果与采用RIPP－90方法（氧化铝吸附法）的测量结果对比表明，二者吻合较好，从而验证了DSC方法的可靠性。计算原油含蜡量方法的关键是选取DSC热谱图基线及确定蜡的平均结晶热。蜡的平均结晶热与原油中蜡的分子结构、碳数值等因素有关。胜利原油蜡的平均结晶热取215J/g；对未知分子结构的原油，建议蜡的平均结晶热取为210J/g。     

原油管道内壁蜡沉积模拟软件开发及沉积特性

通过对原油管道蜡沉积过程的详细分析,明确了蜡晶径向扩散与轴向沉积物理模型,建立了蜡沉积数学模型.选用分段迭代法,在VB开发平台上编制并发布了蜡沉积模拟软件,经过单位温降析蜡量计算数据和实测数据对比分析,验证了软件的有效性和计算精度.以涩-仙-敦原油管道为研究对象,采用DSC技术对实际输送原油性质进行了测试,利用编制的蜡沉积模拟软件针对油品出站温度和输量对蜡沉积的影响进行了研究.研究结果表明:油品出站温度升高,管壁初始结蜡位置后移,蜡沉积层最大厚度变化较小,沿线蜡沉积层厚度非线性变化;输量增大,管壁初始结蜡位置后移,蜡沉积层最大厚度明显减小,沿线蜡沉积层厚度非线性变化.     

含蜡原油的超声衰减

在静态及常压条件下,对含蜡的南海原油、丘陵原油及不同含蜡量的１０号白油的声衰减进行了实验研究。结果表明,各油样的衰减系数均随温度的下降而提高。温度高时,衰减系数变化缓慢;低于某一温度后,衰减系数随温度的降低而急剧增大。衰减系数随温度的变化曲线和原油的ＤＳＣ曲线的峰起点、粘温曲线的反常点等相对应,衰减温度曲线可以大致反映蜡晶的析出情况。提高声波频率可提高声衰减对析蜡状况的反映效果。对含蜡原油中换能器的频率特性及声衰减测量方法进行了讨论     

剪切对几种加剂原油流动性影响与其组成关系

为揭示剪切（泵的强剪切和管道的弱剪切）对原油流动性的内在影响机理,给新管线建设及管线安全运行提供决策依据,采用气相色谱、核磁共振、DSC热分析和偏光显微镜等分析方法,对5种原油的组成、蜡结构、析蜡点和蜡晶形态进行分析;按照参考文献报道的模拟实验方法,评价泵强剪切和管道弱剪切对5种原油添加降凝剂后的原油流动性影响。结果发现,在析蜡温度点以上,原油中仅有极少量的蜡晶析出,泵强剪切和管道弱剪切对原油的流动性无影响。在析蜡高峰温度区内,原油中有大量的蜡晶析出,泵强剪切对原油流动性有恶化作用;管道弱剪切对原油流动性的影响与原油的组成（蜡含量、胶质沥青质含量）和蜡的结构（碳数分布、支链度）有关,既对某些原油的流动性有改善作用而对某些原油的流动性有恶化作用,导致上述现象的主要原因是析蜡高峰温度区内的剪切对蜡晶形态和蜡晶生长影响较大。     

基于激光法的含气高含蜡原油溶蜡规律

为获得高含蜡原油溶蜡规律,同时进一步探索含气原油溶蜡特征,采用了显微观测法和激光法进行实验。首先通过显微观测法获得了升温过程中蜡晶变化特征;其次采用激光法对脱气原油进行了测试并与显微观测法进行对比联系,验证了激光法的可靠性;最后采用基于Beer-Lambert定律的激光衰减曲线获得了含气原油溶蜡点以及升温过程中蜡含量、平均等积圆平均直径和颗粒宽度系数等参数的变化特征。实验结果表明：脱气原油蜡晶升温溶解过程以凝固点为界可划分为慢速和快速两个溶解阶段;原油溶蜡特征与不同碳数的正链烷烃熔点有着密切联系,质量累积计分数曲线上97%所对应的烷烃熔点接近或高于实测原油溶蜡点,质量累积计分数曲线相近的原油溶蜡点相同;含气原油凝固点比地面条件下脱气原油低约7℃,溶蜡点低约2.5℃,并且凝固点后含蜡量以平均0.15%/℃的快速下降,后稳定在0.076~0.087%/℃。该研究可以预估和评价不同温度、压力下原油粘度以及清蜡速率,避免保守设计带来的经济损失。     

大庆原油加剂前后的蜡晶分形特性研究

针对蜡晶颗粒定性描述存在的不确定性问题,探讨了蜡晶形态的定量表征方法,提出基于蜡晶体积特征的粒度分布分形模型。以大庆南三联原油和林源原油为研究对象,采用流变学测试法与影像分析技术,测试它们加剂前后的析蜡过程及粘温特性;采用NcMiVnt图像分析软件,处理试样析蜡过程中的蜡晶形态图像,确定蜡晶粒度分布分形维数;进而分析温度与流动改进剂对原油蜡晶分形特性的影响。结果表明,基于蜡晶颗粒体积特征的分形模型可定量表征蜡晶形态;两种原油加剂前后的蜡晶分形维数随温度降低而增大,其析蜡量及蜡晶颗粒数量一般随之增加,宏观表现为原油低温流动性变差;两种原油加剂后的蜡晶分形维数明显增大,而蜡晶颗粒数量大幅减少,宏观上呈现出原油低温流动性提高。     

基于激光法的含气高含蜡原油熔蜡规律

为获得高含蜡原油溶蜡规律,同时进一步探索含气原油溶蜡特征,采用了显微观测法和激光法进行实验。首先通过显微观测法获得了升温过程中蜡晶变化特征;其次采用激光法对脱气原油进行了测试并与显微观测法进行对比联系,验证了激光法的可靠性;最后采用基于Beer-Lambert定律的激光衰减曲线获得了含气原油溶蜡点以及升温过程中蜡含量、平均等积圆平均直径和颗粒宽度系数等参数的变化特征。实验结果表明:脱气原油蜡晶升温溶解过程以凝固点为界可划分为慢速和快速两个溶解阶段;原油溶蜡特征与不同碳数的正链烷烃熔点有着密切联系,质量累积计分数曲线上97%所对应的烷烃熔点接近或高于实测原油溶蜡点,质量累积计分数曲线相近的原油溶蜡点相同;含气原油凝固点比地面条件下脱气原油低约7℃,溶蜡点低约2. 5℃,并且凝固点后含蜡量以平均0. 15%/℃的快速下降,后稳定在0. 076～0. 087%/℃。该研究可以预估和评价不同温度、压力下原油黏度以及清蜡速率,避免保守设计带来的经济损失。     

含蜡原油低温粘弹性研究的现状与分析

我国盛产含蜡原油,在低温(凝点温度附近)条件下,含蜡原油具有一定的粘弹性。概述了国内外含蜡原油低温粘弹性研究的主要进展。含蜡原油粘弹性起因于其内部形成的蜡晶结构。振荡剪切实验方法最适合于含蜡原油的粘弹性测量。粘弹性与胶凝温度、胶凝强度、屈服应力和触变性等参数有关。含蜡原油经历的热历史、剪切历史以及析蜡特性是影响粘弹性的主要因素。分析了在含蜡原油低温粘弹性认识上和研究中存在的问题。建议进一步研究含蜡原油粘弹性与屈服应力、触变性的关系,在机理研究方面加大力度;通过研究粘弹性与热历史、剪切历史的关系,建立管道运行和停输期间含蜡原油胶凝特性的预测模型,以更加有效地指导管道的安全运行。     

降凝剂对高蜡原油流变性的改性效果分析

研究了降凝剂对中原WC98 2井原油流变性的影响 ,探讨了降凝剂的筛选、不加剂和加剂原油全粘温曲线的测定、重复加热和高速剪切对加剂效果的影响及降凝剂改性效果的时效性。实验结果表明 ,降凝剂使原油的凝点和反常点降低 ,原油的牛顿流体温度范围变宽 ,并使非牛顿流体温度下的粘度减小 ,但牛顿流体温度范围内的粘度基本无变化。重复加热的温度高于原油的反常点 10℃以上时 ,重复加热对降凝剂的改性效果无明显影响 ;但重复加热温度低于原油反常点时 ,重复加热将显著恶化降凝剂的改性效果。加剂原油温度高于原油反常点时 ,高速剪切对降凝剂的改性效果无明显影响 ;但在原油析蜡高峰区温度范围内 ,高速剪切 ,将使降凝剂的改性效果严重变差     

含蜡原油低温粘弹性研究的现状与分析

我国盛产含蜡原油，在低温(凝点温度附近)条件下，含蜡原油具有一定的粘弹性。概述了国内外含蜡原油低温粘弹性研究的主要进展。含蜡原油粘弹性起因于其内部形成的蜡晶结构。振荡剪切实验方法最适合于含蜡原油的粘弹性测量。粘弹性与胶凝温度、胶凝强度、屈服应力和触变性等参数有关。含蜡原油经历的热历史、剪切历史以及析蜡特性是影响粘弹性的主要因素。分析了在含蜡原油低温粘弹性认识上和研究中存在的问题。建议进一步研究含蜡原油粘弹性与屈服应力、触变性的关系，在机理研究方面加大力度；通过研究粘弹性与热历史、剪切历史的关系。建立管道运行和停输期间含蜡原油胶凝特性的预测模型，以更加有效地指导管道的安全运行。     

降凝剂对高蜡原油流变性的改性效果分析

研究了降凝剂对中原WC98-2井原油流变性的影响，探讨了降凝剂的筛选、不加剂和加剂原油全粘-温曲线的测定、重复加热和高速剪切对加剂效果的影响及降凝剂改性效果的时效性。实验结果表明，降凝剂使原油的凝点和反常点降低，原油的牛顿流体温度范围变宽，并使非牛顿流体温度下的粘度减小，但牛顿流体温度范围内的粘度基本无变化。重复加热的温度高于原油的反常点10℃以上时，重复加热对降凝剂的改性效果无明显影响；但重复加热温度低于原油反常点时，重复加热将显著恶化降凝剂的改性效果。加剂原油温度高于原油反常点时，高速剪切对降凝剂的改性效果无明显影响；但在原油析蜡高峰区温度范围内，高速剪切，将使降凝剂的改性效果严重变差。     

剪切作用对添加降凝剂后新疆混合原油流变性的影响

系统地研究了模拟管流的中低速剪切持续时间对添加降凝剂的新疆混合原油流变性的影响。研究表明，在原油析蜡高峰区２～２０℃的温度范围内，将以１３１２ｓ＾－１高速剪切加剂原油的凝点及剪切温度以下的表观粘度大幅度上升，增加降凝剂的加入量反而会加剧剪切引起的流变性的恶化。如果高速剪切后温度保持恒定，则该温度下的（表观）粘度不受影响，２５℃以上的高速剪切对凝点及２℃时的原油的表观粘度均无影响。不论原油加降凝剂与