原油结蜡性质的研究

油管及防蜡器防蜡效果评价实验总结报告I项目完成情况自评报告原油在管道内流动过程中，随着介质环境的改变，油品中的蜡结晶会析出并沉积在管壁上，从而减小管道有效过流面积，增大原油流动的摩擦阻力。针对这一问题，。 。 。 。和。 。 。 。 。 合作，运用实验手段，研究在 3t/d 这一特定流速条件下，不同原油温度（20、30和 40） 、不同含水率（0%、20%、40%、60%和 80%）以及不同油管和防蜡器的结蜡情况，并参照 SY-T-0537-2008（本标准代替合同中 SY-T-0537-94 标准，下同）原油结蜡评价行业标准评价防蜡油管及防蜡器的防蜡效果。一、研究内容和考核技术指标1、研究内容（1）利用环道实验测定在一定流速（3t/d） 、不同原油温度（20、30和 40） 、不同含水条件下（0%、20%、40%、60% 和 80%） 、各油管及防蜡器（普通油管、防蜡防磨油管、防蜡防腐内涂层油管和防蜡防垢器）的结蜡情况，工作量为 60 个实验点；（2）参照 SY-T-0537-2008 原油结蜡评价行业标准，评价出防蜡油管及防蜡器防蜡效果。2、技术指标（1）利用环道实验测定原油流速在 3t/d 时，温度 20、30、40条件下，含水率在 0%、 20%、40%、 60%、80%条件下，对普通油管、防蜡防磨油管、防蜡防腐内涂层油管、防蜡防垢器结蜡测定实验，实验工作量：60 个点，并提供实验报告；（2）按照 SY-T-0537-2008 原油结蜡评价行业标准，评价出防蜡油管及防蜡器防蜡效果。II目 录第一部分 前言 .1第二部分 实验装置与方案.42.1 实验装置 .42.1.1 实验装置.42.1.2 实验步骤.52.2 实验方案 .52.2.1 实验方案.52.2.2 实验评价方法.6第三部分 实验结果与分析.83.1 凝油量的实验结果 .83.1.1 原油与水浴温差对凝油量的影响.83.1.2 含水率对凝油量的影响.113.1.3 管材对凝油量的影响.143.1.4 油温对凝油量的影响.163.2 结蜡量的实验结果 .173.2.1 原油与水浴温差对结蜡量的影响.183.2.2 含水率对结蜡量的影响.203.2.3 管材对结蜡量的影响.233.2.4 油温对结蜡量的影响.263.3 结蜡速率的实验结果 .273.3.1 原油与水浴温差对结蜡速率的影响.283.3.2 含水率对结蜡速率的影响.303.3.3 管材对结蜡速率的影响.333.3.4 油温对结蜡速率的影响.35结 论.37III附录 实验结果数据表.38附录 SY/T 05372008.431第一部分 前言原油在管道内流动过程中，随着温度降低，油品中的蜡结晶将会析出并沉积在管壁上，从而减小管道有效过流面积，增大摩阻。石蜡是正构烷烃、带支链（或异构）烷烃和环烷烃的复杂混合物。石蜡可以分为粗晶蜡（或石蜡）和微晶蜡两类。石蜡或粗晶蜡主要指 C16C30 的直链正构烷烃（含量约 9092%） ，少量支链位于碳链末端的异构烷烃（约 78%）和更少量的带长侧链的环状烃类和个别芳香烃（约 12%） 。在常温下石蜡呈固态，密度为 0.850.95g/m3，碳原子数为 1630，分子量约为 260500，平均分子量 360430，熔点范围 40650，主要存在于 500以下的馏分中。当胶质、沥青质存在时，因温度降低而从原油中石蜡呈晶体析出，一般以片状为主，只含少量针状晶体。石蜡晶体间易于结合成三维网状结构，将液态可流动油组分包围在其中形成凝胶，使含蜡原油流动性能变差，甚至失去流动性。微晶蜡主要指 C30C60 的多种饱和烃混合物，主要为支链在任意位置的长链异构烷烃、少量大分子正构烷烃和长侧链的环状烷烃。分子结构比石蜡更复杂，分子量更大，为 470780，微晶蜡常常与沥青质共同存在，它与原油中的液态组分形成凝胶比石蜡与原油中的液态组分形成凝胶强度大得多。原油中的蜡质是构成有机固相沉积物的主要成分，典型原油蜡沉积物由 4060%的石蜡和少于 10%的微晶蜡组成。石蜡沉积过程是一个非常复杂的问题，一方面因为油气体系组成十分复杂，各种组分对石蜡沉积的影响有待进一步研究；另一方面石蜡沉积过程中涉及到许多理论问题，如石蜡的溶解度与结晶、流体动力学、传质动力学以及传热学等等，目前对石蜡沉积的机理尚不完全清楚，存在多种解释理论，如溶解度理论、结晶理论、扩散理论。溶解度理论是把溶有石蜡的原油在稳定条件下视为真溶液，原油中的轻质组分能够维持重质组分（如石蜡）在原油中的稳定。不同的原油体系，石蜡碳数的分布范围是不同的，石蜡在原油中溶解与否或溶解多少是由石蜡在原油中的溶解度控制的。石蜡溶解度随体系温度升高而增大，随温度降低而减小。随温度的增加，当原油体系达到某一温度时，原油中石蜡含量小于石蜡的溶解度时，石蜡全部溶解于油中而2变为单一的液相；反之，温度下降，石蜡在原油中的溶解度降低，当温度达到某一值时即析蜡点时，溶液呈过饱和状态，开始有固体石蜡析出。在温度低于析蜡点时，析出的固体石蜡逐渐增多，使原油体系变成液固两相分散体系状态。随着原油进一步冷却，蜡析出量不断增加，蜡晶颗粒分散相逐渐转变为连续相而形成蜡晶网络，将油包围在网络结构内，当其强度达到一定程度时，分散介质则被分割包围在其而成为分散相，只有施加一定外力才能使原油发生流动，一般认为此时原油已发生结构性凝固。结晶理论认为原油中石蜡析出是以结晶方式出现，当体系的温度下降到析蜡点时，蜡晶体开始形成，带相当长侧链的非极性高分子物质在冷却结晶过程中，进入石蜡晶体结构中与石蜡共晶，而带有极性基团的高分子物质被吸附于蜡晶的表面，使蜡晶聚集。在含蜡原油中，无定型固体高分子物质作为晶种，能诱导晶核形成，加速蜡晶长大。此外，石蜡的结晶沉积受一定条件的影响，石蜡结晶时需要一个成核位置来形成晶核，不溶解的石蜡沉积在其周围，缺乏成核位置，石蜡可以以过饱和状态存在于原油中而不产生沉积。地层岩石的表面、井筒和地面设备的表面都是很好的成核位置，溶于原油中的沥青胶束以及原油中的砂粒等也可以成为晶核的中心。扩散理论认为，原油在流动过程中不断地向周围环境散热，当油温下降到原油浊点时，蜡晶微粒开始在油流中或管壁上析出，若原油体系内部和壁面有温差存在，那么在内部和管壁间必然有溶液内蜡分子或蜡晶微粒的浓度差存在，由于浓度梯度的存在，溶液中溶解的蜡分子和析出的蜡晶微粒将向管壁迁移，并借助分子间力而沉积于壁面上，迁移方式分为二种：（1）溶液中石蜡分子的径向扩散；（2）蜡晶粒子的剪切弥散。溶液中石蜡分子的径向扩散是指在正常生产时期，管道中部的饱和原油温度较高，溶解的石蜡浓度较大；而在管壁一侧，饱和原油温度较低，其所溶解的石蜡浓度较小，因此，溶解的石蜡将向管壁扩散。由于扩散而引起的质量交换将使石蜡的浓度甚至超过溶解上限，出现这种情况时，析出的石蜡粘附在生产油管的内壁上，进而形成石蜡沉积块。分子扩散机理所沉积的蜡质地坚硬、不易清除，这种沉积过程主要发生存高温区，即油温在原油浊点以上，壁温在原油浊点以下的流线中。蜡晶粒子的剪切弥散是指，在流体呈湍流形态时，悬浮于油流中的蜡晶粒子在涡流作用下迅速迁移，因此在流线的任一位置上蜡晶粒子的浓度基本上是均匀的。但是3在流体呈层流形态或在湍流时的边界层内，则存在着速度梯度。在速度梯度场中，悬浮于油流中的蜡晶粒子，若不考虑粒子间的相互作用，则除了沿流线方向运动外，在油流的剪切下，还可以一定的角速度转动。结果，蜡晶粒子将逐渐地由速度高处向速度低处迁移，即逐渐向壁面靠拢，当其达到壁面时，其线速度和角速度都将迅速减小，在壁面处油的剪切下最终停止不动，并借分子间范德华引力沉积于管壁上或并入己形成的不流动层上。由于石蜡沉积过程的复杂性，多用实验来处理结蜡问题。本项目主要通过结蜡实验环道进行四种实验管材结蜡实验。通过实验确定出四种管材在不同实验条件下的结蜡量，得出四种管材的结蜡规律。4第二部分 实验装置与方案2.1 实验装置2.1.1 实验装置运用实验手段研究原油输送过程中的结蜡现象，实验流程图见图 2.1，具体实验装置如图 2.2 所示。图 2.1 结蜡实验环道流程图图 2.2 结蜡实验环道实物图5实验用原油在热处理罐进行加热至要求温度，而后泵送入实验环道，利用控温仪将恒温水浴温度调至实验要求温度，通过调节旁通阀将管道内原油流量调至要求流量，而后运行一段时间，测量试验段石蜡沉积量。2.1.2 实验步骤（1）将实验管段连接至实验环道；（2）测量实验用原油含蜡量；（3）将实验用原油加入热处理罐，而后调至要求温度；（4）将清洗罐内清水调至与原油相同的温度；（5）将恒温水浴调至要求温度；（6）启动泵，通过调节旁通阀来调节流量，使其达到实验要求流量；（7）保证实验流量的稳定，运行 8 小时；（8）实验完毕，停泵，将流程倒至清洗流程；（9）启动泵，用清洗罐内清水驱替出实验段内的原油；（10）放空清水，测量出实验段内凝油含蜡量；（11）改变恒温水浴温度，重复步骤（5）（10） ；（12）改变原油的含水率，重复（2）（11） ；（13）改变实验管材，重复（1）（12） ；（14）改变原油温度，重复（4）（13） 。2.2 实验方案2.2.1 实验方案由于石蜡沉积量，不仅仅与原油物性有关，也与油温、外界温度、含水率、管材等参数有关，因此需要改变这些参数，分析确定结蜡规律。实验