油田地面集输低温节能管道技术及室内试验研究

1、油田地面集输低温节能管道技术及室内试验研究关键词:低温集输 低表面涂层 减阻文章编号:1004-4914(2010)10-061-02 在油田生产中,我国油田尤其是大庆油田,由于地理环境等因素,油田油气水集输,绝大部分是采用加热输送的方式,以提高流体的流动性。 目前,低温集输这种工艺,只有在原油粘度低、凝固点低、流动性能好的条件下,才能采用低温集输系统。 采用加热式油、气、水集输工程,投资和运行费用均很大,造成油田生产运行费用和操作成本不断上升。 当前,油气田所面临的形势是如何降低油气田开发建设投资,控制生产运行操作成本,提高生产综合经济效益。 如何简化井场设施,减少现场施工的工程量,降低能源

2、消耗,便于生产管理,为此,我们针对高寒地区对高含蜡、高凝固点原油实施低温集输技术进行了相关研究。 一、低表面能有机硅改性氟碳涂料理论研究 地面集输管低温集输的关键是降低介质及污垢对管壁的润湿性,而润湿性主要与表面张力有关,从杨氏定理ys=ysa yacos。 各种表面张力的作用关系扬氏公式表示: Ys=ysa yacos 式中:ys固、气之间的表面张力 ysa固、液之间的表面张力 ya液、气之间的表面张力 另:润湿效率BS=Ys-ysa 所以有BS=yacos 从式中可看出接触角越小,润湿效果越好,而接触角的大小是由表面张力来决定的,表面张力越小,接触角就越大,润湿效果就差,污垢也就不容易被粘

3、附。 将带有羟基的有机硅引入氟碳树脂中,有机硅是一种半无机高分子化合物。硅氧电负性大,因而耐热性、耐氧性及耐候性优良。另外硅氧分子也呈螺旋状链结构,甲基向外排列并围绕Si-O键旋转,分子体积大,内聚力密度低,Si-O键能大,分子链柔性大,表面能力低,键能比低特点,从而极大地增加了氟碳涂料憎水、憎油性抗粘污特性。 二、有机硅改性氟碳涂料特点 有机硅改性氟碳涂料具有光触媒特性、憎水性及独特的憎水迁移性,即憎水性可以迁移至污秽层表面。 涂层表面具有超低摩阻性、疏水性。 三、地面低温集输模拟现场对比试验及结论 1.试验依据。利用自制压差流阻测试装置研究各类管道内壁涂层即:空白涂层、环氧涂层、低表面能高

4、反应能涂层的减阻,对比讨论分析了低表面能高反应能涂层减阻性能。 通过低表面能管线减阻实验,以及流动压差的比较,得出低表面能涂层的管线在管道输送原油时,可以达到减阻效果明显这一结论。 2.模拟试验装置。压差计、电子天平、量杯、温控箱(含探头和加热管)、铁架台铁桶、循环泵、秒表、导管、电源线和插排若干。 3.试验材料。 无缝钢管15mm3000mm 无缝钢管内壁涂层分别为:低表面能涂层、环氧涂层和无涂层三种。 4.试验介质。 原油:三厂一矿联合站 污水:三厂一矿306队 5.试验方法。在相同条件下,测量带有不同涂层的无缝钢管在不同含水率、不同温度、不同流量条件下的压差,以此来比较各种涂层的减阻性能

5、。 6.试验过程。以涂有低表面能涂层的无缝钢管为载体,以含水率为60%的原油为介质,分别在温度为30、35、40、45、50条件下进行变换流量试验。用调整循环泵出口阀门的开度来实现流量的变换,每调整一次循环泵出口阀门,量取一定量的模拟原油进行称量并记录,同时记录下量取该模拟原油时的时间和该流量下的压差。含水率70%的原油重复上述试验。其它涂层的无缝钢管试验以此类推。 7.曲线数据分析。(1)原油含水率为70%时的减阻性能比较,数据曲线如下列图示所示。 ?譹?訛在30条件下,在同一流量下,低表面能涂层的减阻率(压差)最小,无涂层的减阻率(压差)最大,环氧涂层减阻率(压差)次之。其具体减阻率DR可

6、利用减阻经定义进行计算比较: DR=(P1-P2)/P1100% 无涂层与低表面能涂层减阻率 DR=(60-12)/60100%=80.00% 环氧涂层与低表面能涂层减阻率 DR=(30-12)/30100%=60.00% ?譺?訛在35条件下,在同一流量下,低表面能涂层的减阻率(压差)最小,无涂层的减阻率(压差)最大,环氧涂层减阻率(压差)次之。其具体减阻率DR计算比较: 无涂层与低表面能涂层减阻率 DR=(25-11)/25100%=56.00% 环氧涂层与低表面能涂层减阻率 DR=(19-11)/19100%=42.10% ?譻?訛在40条件下,在同一流量下,低表面能涂层的减阻率(压差)

7、最小,无涂层的减阻率(压差)最大,环氧涂层减阻率(压差)次之。其具体减阻率DR可利用减阻计算比较: 无涂层与低表面能涂层减阻率 DR=(30-13)/30100%=56.00% 环氧涂层与低表面能涂层减阻率 DR=(28-13)/28100%=53.00% ?譼?訛在45条件下,在同一流量下,低表面能涂层的减阻率(压差)最小,无涂层的减阻率(压差)最大,环氧涂层减阻率(压差)次之。其具体减阻率DR可利用减阻计算比较:无涂层与低表面能涂层减阻率 DR=(24-11)/24100%=54.10% 环氧涂层与低表面能涂层减阻率 DR=(19-12)/19100%=36.80% ?譽?訛在50条件下,

8、在同一流量下,低表面能涂层的减阻率(压差)最小,无涂层的减阻率(压差)最大,环氧涂层减阻率(压差)次之。其具体减阻率DR可利用减阻经计算比较: 无涂层与低表面能涂层减阻率 DR=(25-13)/25100%=48.00% 环氧涂层与低表面能涂层减阻率 DR=(27-13)/27100%=52.00% (2)原油含水率为60%时的减阻性能比较,数据曲线如下列图示所示: 在30条件下,在同一流量下,低表面能涂层的减阻率(压差)最小,无涂层的减阻率(压差)最大,环氧涂层减阻率(压差)次之。其具体减阻率DR经计算比较: 无涂层与低表面能涂层减阻率 DR=(79-18)/79100%=77.00% 环氧

9、涂层与低表面能涂层减阻率 DR=(55-18)/55100%=67.00% ?譺?訛在35条件下,在同一流量下,低表面能涂层的减阻率(压差)最小,无涂层的减阻率(压差)最大,环氧涂层减阻率(压差)次之。其具体减阻率DR经计算比较: 无涂层与低表面能涂层减阻率 DR=(74-30)/74100%=59.50% 环氧涂层与低表面能涂层减阻率 DR=(47-30)/47100%=36.20% ?譻?訛在40条件下,在同一流量下,低表面能涂层的减阻率(压差)最小,无涂层的减阻率(压差)最大,环氧涂层减阻率(压差)次之。其具体减阻率DR经计算比较: 无涂层与低表面能涂层减阻率 DR=(70-34)/70

10、100%=51.40% 环氧涂层与低表面能涂层减阻率 DR=(52-34)/52100%=34.60% ?譼?訛在45条件下,在同一流量下,低表面能涂层的减阻率(压差)最小,无涂层的减阻率(压差)最大,环氧涂层减阻率(压差)次之。其具体减阻率DR经计算比较: 无涂层与低表面能涂层减阻率 DR=(62-30)/62100%=51.60% 环氧涂层与低表面能涂层减阻率 DR=(48-30)/48100%=37.50% ?譽?訛在50条件下,在同一流量下,低表面能涂层的减阻率(压差)最小,无涂层的减阻率(压差)最大,环氧涂层减阻率(压差)次之。其具体减阻率DR经计算比较: 无涂层与低表面能涂层减阻率

11、 DR=(49-31)/49100%=36.70% 环氧涂层与低表面能涂层减阻率 DR=(41-31)/41100%=24.40% (3)经图(1)(10)分析得出:在同一流量下,减阻率与温度的关系如图11所示(图略)。 8.试验结果分析。根据图(10)、(11)分析数据得出: (1)在相同流量条件下,随着温度的升高,低表面能涂层与无涂层的减阻率、低表面能涂层与环氧涂层减阻率均逐渐减弱。在3040时,低表面能涂层与无涂层减阻率、低表面能涂层与环氧涂层减阻率均大于50%,效果显著。 (2)在相同温度条件下,随着流量的增大,低表面能涂层与无涂层的减阻率、低表面能涂层与环氧涂层减阻率逐渐增大。 (3)低表面能涂层减阻性能基本不随温度变化而变化,性能稳定。 9.结论。在本试验条件下,低表面能涂层的存在使层流边界层延迟转捩,并使湍流边界层的厚度增加。它的层流边界层延迟转捩及边界层厚度增大的数值发生了突变,引起了阻力的极大变化,从而抑止湍流,获得了比一般涂层体系优良的减阻性能。 基金项目:国家科技部(10C26212300579) 参考文献: 1.田军.徐锦芬等.地表面能涂层的减阻试验研究J.水动力学研究与进展,1997,12(1):27-32 2.余