论文部分内容阅读
蜡沉积导致原油管道流动阻力增加,甚至堵塞管道,给石油企业带来巨大经济损失。本论文在美国密西根大学Fogler教授课题组研究的基础上,在蜡沉积模型中引入了过饱和蜡分子在油流中析出对蜡分子径向传质的影响、提出了采用离心分离和气相色谱测量蜡在原油中溶解度的新方法,从而完善了该蜡沉积预测模型与软件。在此基础上,分析了操作温度对管道蜡沉积的影晌。 首先,通过对管道蜡沉积过程中传热传质现象以及蜡结晶动力学的研究,把过饱和蜡分子在油流中析出对蜡分子径向传质的影响引入蜡沉积模型,从而完善了课题组的蜡沉积预测模型与软件Michigan Wax Predictor(MWP)。完善后的MWP可以对3种可能的传热传质情况进行蜡沉积层增长速率的计算;采用传热传质互不影响假设条件,MWP将给出蜡沉积层增长速率的上限;采用固-液相平衡假设条件,MWP将给出蜡沉积层增长速率的下限;而采用蜡结晶动力学条件,MWP可准确预测蜡沉积层增长速率。将MWP应用到层流条件下的实验室环道和湍流条件下的中试环道表明,模型预测的蜡沉积层厚度随时间变化轨迹与实测值相符。在此基础上,本研究还将MWP扩展用于现场管道蜡沉积的预测。 蜡在原油中的溶解度曲线对蜡沉积的准确预测具有重要作用。本课题对离心分离和气相色谱结合测量蜡在原油中溶解度的方法进行了研究,发现前人的方法忽略了离心滤饼中溶于原油的蜡组分,导致原油析蜡量被高估,进而基于对离心滤饼和原油试样中液相部分的质量守恒分析,提出了新的计算方法,弥补了这一缺陷。对一种原油试样的实验和分析表明,采用本文提出方法得到的蜡在原油中溶解度曲线比DSC方法、Roehner等人的方法以及Marathon-Nenniger方法得到的结果可信度更高。这一研究成果大大提高了蜡沉积预测结果的准确性。 最后,在保持环境温度恒定的条件下,通过对一种原油进行一系列不同管道进口温度的环道实验,研究了操作温度(管道进口温度)对管道蜡沉积的影响。研究发现,蜡沉积层厚度随管道进口温度的下降而上升,与BidmuS等人采用模拟油进行环道实验所得到的实验结论相悖。本研究采用分子扩散蜡沉积机理对造成这两种不同趋势的原因进行了分析,总结得出控制蜡沉积层增长速率的3个决定性因素为蜡沉积层表面温度下蜡分子在原油中的扩散系数、蜡沉积层表面的温度梯度以及蜡沉积层表面温度下蜡在原油中溶解度曲线的斜率。从这3个决定性因素出发,研究发现造成原油及模拟油环道实验中两种不同实验结果的根本原因在于两种油中不同的蜡溶解度曲线,进而说明了蜡沉积层厚度随管道进口温度的变化并不存在普遍规律。