集输化学——原油的降凝输送与减阻输送

第十三章原油的降凝输送与减阻输送第三篇集输化学本章主要内容13-1原油的降凝输送13-2原油的减阻输送前言目的：改善原油长距离管道输送原油的流动状况解决重点：原油凝点的降低——降凝原油管输阻力的减小——减阻第一节原油的降凝输送第十三章原油的降凝输送及减阻输送一、原油按凝点的分类原油凝点是指规定的试验条件下原油失去流动性的最高温度。原油失去流动性的原因：1、原油的粘度随温度的降低而升高，当粘度升高到一定程度时，原油即失去流动性；2、原油中溶有蜡，当温度降低至原油的析蜡温度时，蜡晶析出，随着温度进一步降低，蜡晶数量增多，并长大，聚结，直到形成遍及整个原油的结构网，原油即失去流动性。一、原油按凝点的分类原油按凝点分为：1、低凝原油凝点低于0℃的原油。蜡的质量分数小于2×10-2。2、易凝原油凝点在0～30℃范围的原油。蜡的质量分数在2×10-2～20×10-2范围。3、高凝原油凝点高于30℃的原油。蜡的质量分数大于20×10-2。牛顿粘度：/τγAF牛顿内摩擦定律二、多蜡原油的粘温曲线易凝原油与高凝点原油统称为多蜡原油。A:析蜡点B反常点，从该点起继续降温，多蜡原油的粘度即随剪切速率变化（非牛顿流体）。凝点接近BAF三、原油的降凝输送物理降凝法化学降凝法化学－物理降凝法三、原油的降凝输送1、物理降凝法热处理将原油加热至最佳的热处理温度后，以一定的冷却速率降温，达到降凝和降粘的目的。改变了蜡晶的存在状态：蜡晶变小，数量变多。蜡晶分散、疏松、形成结构的能力减弱。三、原油的降凝输送①析蜡点后，原油粘度降低；②原油具有牛顿流体特性的温度范围加宽，即反常点降低，③反常点后,原油粘度随剪切速率的变化而减小。析蜡点热处理后，原油的粘温曲线发生变化：三、原油的降凝输送原油w(蜡)×102w(胶质+沥青质)×102热处理前凝点/℃热处理温度/℃热处理后凝点/℃大庆油田34.58.4332.57017.0中原油田10.421.232.08521.0江汉油田10.724.226.08014.0火烧山油田20.520.920.5707.0表8-1热处理对原油凝点的影响(1)原油中的蜡晶全部溶解，蜡以分子状态分散在油中。(2)沥青质堆叠体的分散度由于氢键减弱和热运动加剧的影响而有一定提高，即沥青质堆叠体的尺寸减小，但数量增加。(3)在沥青质堆叠体表面的胶质吸附量由于热运动的加剧而减少，相应地原油油分中胶质的含量增加。为什么热处理可以降凝？升温：降温：沥青质可以使蜡晶扭曲、胶质可以与蜡共晶或吸附在蜡晶表面。热处理后原油析出的蜡晶将更分散、更疏松，形成结构的能力减弱，因而热处理后原油的凝点降低。2、化学降凝法化学降凝法：在原油中加降凝剂的降凝法。原油降凝剂：能降低原油凝点的化学剂。表面活性剂型原油降凝剂聚合物型原油降凝剂表面活性剂型原油降凝剂：石油磺酸盐和聚氧乙烯烷基胺（油溶性）通过在蜡晶表面吸附的机理，使蜡不易形成遍及整个体系的网络结构而起降凝作用。聚合物型原油降凝剂：主链和（或）支链上都有可与蜡分子共同结晶（共晶）的非极性部分，也有使蜡晶晶型产生扭曲的极性部分。降凝剂中有许多结构与蜡分子相同，因而在析蜡时有可与蜡分子共同结晶的非极性部分(烷基，箭头所指处)，也有使蜡晶晶型产生扭曲的极性部分(—COO—)，因此，聚丙烯酸酯有明显的降凝效果。溶于原油中的聚丙烯酸酯烷基2、化学降凝法EVA2、化学降凝法2、化学降凝法2、化学降凝法2、化学降凝法原油加降凝剂前凝点/℃降凝剂降凝剂质量浓度/(mgL-1)加降凝剂后凝点/℃中原油田33乙烯与乙酸乙烯酯共聚物5013江汉油田25乙烯与乙酸乙烯酯共聚物10015马岭油田16聚丙烯酸酯502青海油田32乙烯、丙烯酸酯与丙烯磺酸盐共聚物15012表8-2降凝剂对一些多蜡原油凝点的影响降凝剂降凝效果的影响因素非极性部分的碳数分布极性基团的含量及其极性大小分子量大小加量的影响2、化学降凝法降凝剂非极性部分的平均碳数根据蜡的平均碳数设计①非极性部分的碳数分布选用非极性部分的平均碳数为24的聚合物应有最好的降凝效果②极性基团含量和极性大小降凝剂中极性基团与非极性基团的含量有一最佳比例，才能获得最佳的改性效果。极性基团极性强，可以增加蜡晶粒子间的相互排斥，有利于提高降凝效果。但是极性太强，会造成降凝剂在原油中的溶解性变差，影响降凝性能。③分子量大小降凝剂分子量越大，其在油中的溶解性越差。一般来说，分子量范围在4000~10000时较好，分子量过低或过高，降凝效果都不显著。降凝剂分子量分布较宽时，降凝效果好，并有一个最佳的降凝剂分子量范围。④加量的影响降凝剂的加量达到某个临界值后，降凝剂分子与原油中绝大部分的蜡共结晶或吸附于蜡晶表面，形成相对稳定的晶体结构，降凝剂的改性作用接近其极限，再加大剂量其处理效果不再明显提高，而且会使成本增加。这是一种综合降凝法。该法要求在原油中加入降凝剂并对加剂原油进行热处理。为将热处理与综合处理进行对比，可测定下列3种情况下的粘温曲线，即未处理原油的粘温曲线、热处理原油的粘温曲线和综合处理原油的粘温曲线。3、化学－物理降凝法在进行热处理时，该原油被加热至85℃后冷却；在进行综合处理时，该原油在60℃时加入100mg·L-1降凝剂(乙烯与乙酸乙烯酯共聚物)，升温至85℃后冷却综合处理后的原油比热处理后的原油有更好的低温流动性，表现在析蜡点以后原油粘度更低和原油具有牛顿流体特点的温度范围更宽(即反常点出现的温度更低)。原油处理前凝点/℃热处理后凝点/℃综合法处理后凝点/℃大庆油田32.517.012.3江汉油田26.014.06.0任丘油田34.017.013.5红井子油田17.08.01.5表8-3热处理与综合法处理对原油凝点的影响第二节原油的减阻输送第十三章原油的降凝输送及减阻输送一、流动的类型及其阻力惯性力与粘性力之比雷诺数(Reynoldsnumber)是用于表征流体在管中流动状态的一个无因次准数dRe式中，Re——雷诺数；ν——平均流速，m·s-1；d——管的内径，m；υ——流体的运动粘度，m2·s-1。若按雷诺数进行分类，流体在管中的流动可分为两种类型，即层流和紊流。圆管内流体的流态Re2000层流Re4000紊流2000Re4000或为层流，或紊流处于紊流状态下的原油，需消耗大量的管输能量。原油的减阻输送：加有减阻剂的处在紊流状态的原油在长距离管道中的输送。原油减阻剂：在紊流状态下能降低原油管输阻力的化学剂。二、原油的减阻输送油溶性聚合物减阻剂的特点：在油中主要以蜷曲的状态存在具有弹性紊流状态时才起减阻作用二、原油的减阻输送二、原油的减阻输送油溶性聚合物减阻剂减阻机理：若紊流原油中有减阻剂存在，各级漩涡就把能量传递给减阻剂分子，使其发生弹性变形，将能量储存起来。这些能量可在减阻剂应力松驰时释放出来，还给相应的漩涡，维持流体的紊流状态，从而减少外界为保持这一状态所必需提供的能量，达到减阻的目的。二、原油的减阻输送二、原油的减阻输送可用减阻率与增输率评价原油减阻剂的减阻效果。在管输量不变的情况下，减阻率由下式定义：DR——减阻率；Δp1——加减阻剂前的管输摩阻，MPa；Δp2——加减阻剂后的管输摩阻，MPa。在管输摩阻不变的情况下，增输率由下式定义：FI——增输率；Q1——加减阻剂前的管输量，m3·h-1；Q2——加减阻剂后的管输量，m3·h-1。只要加入少量减阻剂，管输原油的摩阻就明显降低。二、原油的减阻输送影响减阻剂的减阻作用的因素：1、原油性质原油粘度和密度越低，紊流条件越易达到，越有利于发挥原油减阻剂的作用。2、原油含水率原油含水率高，影响减阻剂的溶解，从而影响其减阻效率。二、原油的减阻输送3、减阻剂结构减阻剂的相对分子质量不宜过低或过高（一般以105～106为宜）。减阻剂的相对分子质量过低则影响减阻效率，过高则影响油溶性能并易被剪切降解。减阻剂主链应有一定数量、一定长度的支链（如乙烯、丙烯与a－烯烃共聚物），使减阻剂分子有适当的柔顺性，同时具有支链对主链的保护作用，以提高减阻剂的剪切稳定性和减阻效率。二、原油的减阻输送4、管输条件管输温度越高，油的粘度越低，越有利于减阻剂起作用。管输的流速越快，管径越小，雷诺数越大，紊流程度越高，减阻剂作用发挥越好。但当流速过快，引起减阻剂降解时，减阻剂的减阻效率就降低。二、原油的减阻输送5、减阻剂的浓度原油减阻剂应有最佳的使用浓度。浓度越高，可使减阻效率增加，但超过一定数值后，减阻效率提高幅度减小。本章完