[發明專利]一種模擬原油管道輸送過程中蠟沉積的檢測方法及系統

有效

• 申請號: 201610116752.3
• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN105699415B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 韓善鵬;韓方勇;賈治淵;張勁軍;吳浩;李鴻英;趙蕓黎;楊艷;白曉東
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）;中國石油天然氣股份有限公司規劃總院
• 主分類號: G01N25/12
• 分類號: G01N25/12;G01N5/02
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司11205
• 代理人: 陶敏,黃健

技術領域

本發明涉及一種模擬原油管道輸送過程中蠟沉積的檢測方法及系統，屬于原油集輸領域。

背景技術

原油中的蠟是指碳數大于17的正構烷烴混合物，主要表現為石蠟和微晶蠟。我國所產原油中80％為含蠟原油，其中典型的大慶油田原油含蠟量高達26.3％。蠟組分在原油中的溶解度有限，當溫度低于析蠟點，高碳數蠟分子首先析出為固體，隨著溫度降低，析蠟量上升，同時析出蠟晶的起始碳數逐漸降低。對于寒冷地區敷設的原油輸送管道，管壁溫度低于油流溫度，過飽和蠟分子率先析出，造成徑向蠟分子濃度差，沿管道徑向傳遞至管壁的過飽和蠟分子在管壁處析出并形成膠凝結構，對抗管流剪切的剝離作用而形成沉積層。隨著沉積層厚度的增長，管道的有效流通面積降低，摩阻增大，造成輸送困難，嚴重時會造成管道堵塞。蠟沉積的檢測一直是原油流動安全保障領域中的熱門課題，其中重點的研究方向就是通過檢測方法模擬輸油管道中的蠟沉積過程，掌握蠟沉積層厚度增長速率。

實驗室內對蠟沉積進行檢測模擬的關鍵在于構造與實際管流情況相符的溫度場、蠟分子濃度場、以及模擬沉積層形成過程中其表面承受的剪切應力。現有的原油蠟沉積的檢測研究方法主要有冷板法、冷指法和環道法。

冷指法和冷板法通過在裝有一定體積油樣的油樣容器中插入控溫的冷板或冷指，油樣容器和冷指均裝備有水套夾層，與控溫水浴連接以建立溫度場，使過飽和蠟分子沉積在冷板或冷指表面，通過稱量得到檢測模擬前后冷板或冷指的質量變化，對蠟沉積速率進行表征。由于這兩種方法中使用的系統類比間歇釜反應器，行業內將其稱為間歇釜冷指蠟沉積檢測裝置。這兩種方法的缺陷在于模擬檢測的油樣不更換，過飽和蠟分子在冷指/板的表面沉積后無法得到補充，然而現實的情況是管道輸送過程中油流在沉積層表面連續流過，能夠持續提供過飽和蠟分子；因此，冷指/板法由于存在過飽和蠟分子在冷指/板表面沉積后無法得到補充的缺陷，相應會得到蠟沉積層增長速率不斷降低并趨于停止的錯誤結論。

環道法則是利用管道泵將大量油樣在小型管道環路中進行循環，環路中設置距離相同的測量段與參比段，通過水套使測量段管道的壁溫低于析蠟點，實現蠟沉積，降低管道流通面積，造成測試段的管流摩阻高于參比段；通過對比測試段與參比段的壓差，結合摩阻計算方法，表征蠟沉積的增長速度。由于環道法的環道中循環的油樣量較大，流經低溫測試段的油樣中懸浮的蠟晶通過加熱裝置后將被溶解，作為過飽和蠟分子在下一次進入測試段時，為蠟沉積做出貢獻，從而克服了冷指/板法中蠟分子沉積后得不到補充的缺點。但是，小型環道無法模擬實際管流的蠟沉積過程中沉積層壁面所承受的剪切應力。因為，環道法中管道尺寸一般遠低于實際輸油管道，如果與實際管道保持相同流量，則環道流速遠高于實際流速，環道剪切應力高于實際情況；換言之，如果保持環道流速與實際流速相等，則雷諾數遠低于實際管道，甚至形成以環道中的層流模擬實際管道中紊流的情況。基于實際蠟沉積過程中沉積層壁面所承受的剪切應力(原油粘度與剪切速率的乘積)與流速、流態密切相關，而環道法中的小型環道不能通過調節流量模擬實際管流中沉積層壁面所承受的剪切應力，即流量與剪切速率不能同時模擬。此外，環道檢測裝置設備復雜，需要配備流量、壓力測試裝置及自控設備，造成占地面積大、投資成本高，僅在幾所著名大學及石油公司科研機構中建有環道裝置。

綜合上述，現有的原油蠟沉積的檢測方法在模擬實際輸油管道的蠟沉積過程中都存在一定的缺陷，為了使蠟沉積檢測過程更接近于管道輸送實際情況，需要研究新方法。

發明內容

本發明所解決的主要技術問題，在于針對上述現有技術存在的不足，提供一種模擬原油管道輸送過程中蠟沉積的檢測方法，該方法能夠更加準確地模擬實際管流中的蠟沉積過程，有助于更加準確地研究管道輸送過程中的蠟沉積規律。

本發明還提供了一種模擬原油管道輸送過程中蠟沉積的檢測系統，使該檢測系統中因為沉積而損失的過飽和蠟分子得到補充，并應用平均剪切率相等的思路，實現了以攪拌方法定量模擬管流剪切，使得檢測系統中的蠟沉積過程更加接近于管輸實際情況。

一方面，本發明提供一種模擬原油管道輸送過程中蠟沉積的檢測方法，該檢測方法包括以下過程：

將高位儲罐、油樣容器以及低位儲罐通過連接管組成油樣通路，且所述高位儲罐、所述油樣容器以及所述低位儲罐的位置依次降低，將待測原油油樣置于高位儲罐及油樣容器中；