油田地面集輸?shù)蜏毓?jié)能管道技術(shù)及室內(nèi)試驗(yàn)研究

1、油田地面集輸?shù)蜏毓?jié)能管道技術(shù)及室內(nèi)試驗(yàn)研究關(guān)鍵詞:低溫集輸 低表面涂層 減阻文章編號(hào):1004-4914(2010)10-061-02 在油田生產(chǎn)中,我國(guó)油田尤其是大慶油田,由于地理環(huán)境等因素,油田油氣水集輸,絕大部分是采用加熱輸送的方式,以提高流體的流動(dòng)性。 目前,低溫集輸這種工藝,只有在原油粘度低、凝固點(diǎn)低、流動(dòng)性能好的條件下,才能采用低溫集輸系統(tǒng)。 采用加熱式油、氣、水集輸工程,投資和運(yùn)行費(fèi)用均很大,造成油田生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用和操作成本不斷上升。 當(dāng)前,油氣田所面臨的形勢(shì)是如何降低油氣田開(kāi)發(fā)建設(shè)投資,控制生產(chǎn)運(yùn)行操作成本,提高生產(chǎn)綜合經(jīng)濟(jì)效益。 如何簡(jiǎn)化井場(chǎng)設(shè)施,減少現(xiàn)場(chǎng)施工的工程量,降低能源

2、消耗,便于生產(chǎn)管理,為此,我們針對(duì)高寒地區(qū)對(duì)高含蠟、高凝固點(diǎn)原油實(shí)施低溫集輸技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)研究。 一、低表面能有機(jī)硅改性氟碳涂料理論研究 地面集輸管低溫集輸?shù)年P(guān)鍵是降低介質(zhì)及污垢對(duì)管壁的潤(rùn)濕性,而潤(rùn)濕性主要與表面張力有關(guān),從楊氏定理ys=ysa yacos。 各種表面張力的作用關(guān)系揚(yáng)氏公式表示: Ys=ysa yacos 式中:ys固、氣之間的表面張力 ysa固、液之間的表面張力 ya液、氣之間的表面張力 另:潤(rùn)濕效率BS=Ys-ysa 所以有BS=yacos 從式中可看出接觸角越小,潤(rùn)濕效果越好,而接觸角的大小是由表面張力來(lái)決定的,表面張力越小,接觸角就越大,潤(rùn)濕效果就差,污垢也就不容易被粘

3、附。 將帶有羥基的有機(jī)硅引入氟碳樹(shù)脂中,有機(jī)硅是一種半無(wú)機(jī)高分子化合物。硅氧電負(fù)性大,因而耐熱性、耐氧性及耐候性優(yōu)良。另外硅氧分子也呈螺旋狀鏈結(jié)構(gòu),甲基向外排列并圍繞Si-O鍵旋轉(zhuǎn),分子體積大,內(nèi)聚力密度低,Si-O鍵能大,分子鏈柔性大,表面能力低,鍵能比低特點(diǎn),從而極大地增加了氟碳涂料憎水、憎油性抗粘污特性。 二、有機(jī)硅改性氟碳涂料特點(diǎn) 有機(jī)硅改性氟碳涂料具有光觸媒特性、憎水性及獨(dú)特的憎水遷移性,即憎水性可以遷移至污穢層表面。 涂層表面具有超低摩阻性、疏水性。 三、地面低溫集輸模擬現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)及結(jié)論 1.試驗(yàn)依據(jù)。利用自制壓差流阻測(cè)試裝置研究各類管道內(nèi)壁涂層即:空白涂層、環(huán)氧涂層、低表面能高

4、反應(yīng)能涂層的減阻,對(duì)比討論分析了低表面能高反應(yīng)能涂層減阻性能。 通過(guò)低表面能管線減阻實(shí)驗(yàn),以及流動(dòng)壓差的比較,得出低表面能涂層的管線在管道輸送原油時(shí),可以達(dá)到減阻效果明顯這一結(jié)論。 2.模擬試驗(yàn)裝置。壓差計(jì)、電子天平、量杯、溫控箱(含探頭和加熱管)、鐵架臺(tái)鐵桶、循環(huán)泵、秒表、導(dǎo)管、電源線和插排若干。 3.試驗(yàn)材料。 無(wú)縫鋼管15mm3000mm 無(wú)縫鋼管內(nèi)壁涂層分別為:低表面能涂層、環(huán)氧涂層和無(wú)涂層三種。 4.試驗(yàn)介質(zhì)。 原油:三廠一礦聯(lián)合站 污水:三廠一礦306隊(duì) 5.試驗(yàn)方法。在相同條件下,測(cè)量帶有不同涂層的無(wú)縫鋼管在不同含水率、不同溫度、不同流量條件下的壓差,以此來(lái)比較各種涂層的減阻性能

5、。 6.試驗(yàn)過(guò)程。以涂有低表面能涂層的無(wú)縫鋼管為載體,以含水率為60%的原油為介質(zhì),分別在溫度為30、35、40、45、50條件下進(jìn)行變換流量試驗(yàn)。用調(diào)整循環(huán)泵出口閥門的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)流量的變換,每調(diào)整一次循環(huán)泵出口閥門,量取一定量的模擬原油進(jìn)行稱量并記錄,同時(shí)記錄下量取該模擬原油時(shí)的時(shí)間和該流量下的壓差。含水率70%的原油重復(fù)上述試驗(yàn)。其它涂層的無(wú)縫鋼管試驗(yàn)以此類推。 7.曲線數(shù)據(jù)分析。(1)原油含水率為70%時(shí)的減阻性能比較,數(shù)據(jù)曲線如下列圖示所示。 ?譹?訛在30條件下,在同一流量下,低表面能涂層的減阻率(壓差)最小,無(wú)涂層的減阻率(壓差)最大,環(huán)氧涂層減阻率(壓差)次之。其具體減阻率DR可

6、利用減阻經(jīng)定義進(jìn)行計(jì)算比較: DR=(P1-P2)/P1100% 無(wú)涂層與低表面能涂層減阻率 DR=(60-12)/60100%=80.00% 環(huán)氧涂層與低表面能涂層減阻率 DR=(30-12)/30100%=60.00% ?譺?訛在35條件下,在同一流量下,低表面能涂層的減阻率(壓差)最小,無(wú)涂層的減阻率(壓差)最大,環(huán)氧涂層減阻率(壓差)次之。其具體減阻率DR計(jì)算比較: 無(wú)涂層與低表面能涂層減阻率 DR=(25-11)/25100%=56.00% 環(huán)氧涂層與低表面能涂層減阻率 DR=(19-11)/19100%=42.10% ?譻?訛在40條件下,在同一流量下,低表面能涂層的減阻率(壓差)

7、最小,無(wú)涂層的減阻率(壓差)最大,環(huán)氧涂層減阻率(壓差)次之。其具體減阻率DR可利用減阻計(jì)算比較: 無(wú)涂層與低表面能涂層減阻率 DR=(30-13)/30100%=56.00% 環(huán)氧涂層與低表面能涂層減阻率 DR=(28-13)/28100%=53.00% ?譼?訛在45條件下,在同一流量下,低表面能涂層的減阻率(壓差)最小,無(wú)涂層的減阻率(壓差)最大,環(huán)氧涂層減阻率(壓差)次之。其具體減阻率DR可利用減阻計(jì)算比較:無(wú)涂層與低表面能涂層減阻率 DR=(24-11)/24100%=54.10% 環(huán)氧涂層與低表面能涂層減阻率 DR=(19-12)/19100%=36.80% ?譽(yù)?訛在50條件下,

8、在同一流量下,低表面能涂層的減阻率(壓差)最小,無(wú)涂層的減阻率(壓差)最大,環(huán)氧涂層減阻率(壓差)次之。其具體減阻率DR可利用減阻經(jīng)計(jì)算比較: 無(wú)涂層與低表面能涂層減阻率 DR=(25-13)/25100%=48.00% 環(huán)氧涂層與低表面能涂層減阻率 DR=(27-13)/27100%=52.00% (2)原油含水率為60%時(shí)的減阻性能比較,數(shù)據(jù)曲線如下列圖示所示: 在30條件下,在同一流量下,低表面能涂層的減阻率(壓差)最小,無(wú)涂層的減阻率(壓差)最大,環(huán)氧涂層減阻率(壓差)次之。其具體減阻率DR經(jīng)計(jì)算比較: 無(wú)涂層與低表面能涂層減阻率 DR=(79-18)/79100%=77.00% 環(huán)氧

9、涂層與低表面能涂層減阻率 DR=(55-18)/55100%=67.00% ?譺?訛在35條件下,在同一流量下,低表面能涂層的減阻率(壓差)最小,無(wú)涂層的減阻率(壓差)最大,環(huán)氧涂層減阻率(壓差)次之。其具體減阻率DR經(jīng)計(jì)算比較: 無(wú)涂層與低表面能涂層減阻率 DR=(74-30)/74100%=59.50% 環(huán)氧涂層與低表面能涂層減阻率 DR=(47-30)/47100%=36.20% ?譻?訛在40條件下,在同一流量下,低表面能涂層的減阻率(壓差)最小,無(wú)涂層的減阻率(壓差)最大,環(huán)氧涂層減阻率(壓差)次之。其具體減阻率DR經(jīng)計(jì)算比較: 無(wú)涂層與低表面能涂層減阻率 DR=(70-34)/70

10、100%=51.40% 環(huán)氧涂層與低表面能涂層減阻率 DR=(52-34)/52100%=34.60% ?譼?訛在45條件下,在同一流量下,低表面能涂層的減阻率(壓差)最小,無(wú)涂層的減阻率(壓差)最大,環(huán)氧涂層減阻率(壓差)次之。其具體減阻率DR經(jīng)計(jì)算比較: 無(wú)涂層與低表面能涂層減阻率 DR=(62-30)/62100%=51.60% 環(huán)氧涂層與低表面能涂層減阻率 DR=(48-30)/48100%=37.50% ?譽(yù)?訛在50條件下,在同一流量下,低表面能涂層的減阻率(壓差)最小,無(wú)涂層的減阻率(壓差)最大,環(huán)氧涂層減阻率(壓差)次之。其具體減阻率DR經(jīng)計(jì)算比較: 無(wú)涂層與低表面能涂層減阻率

11、 DR=(49-31)/49100%=36.70% 環(huán)氧涂層與低表面能涂層減阻率 DR=(41-31)/41100%=24.40% (3)經(jīng)圖(1)(10)分析得出:在同一流量下,減阻率與溫度的關(guān)系如圖11所示(圖略)。 8.試驗(yàn)結(jié)果分析。根據(jù)圖(10)、(11)分析數(shù)據(jù)得出: (1)在相同流量條件下,隨著溫度的升高,低表面能涂層與無(wú)涂層的減阻率、低表面能涂層與環(huán)氧涂層減阻率均逐漸減弱。在3040時(shí),低表面能涂層與無(wú)涂層減阻率、低表面能涂層與環(huán)氧涂層減阻率均大于50%,效果顯著。 (2)在相同溫度條件下,隨著流量的增大,低表面能涂層與無(wú)涂層的減阻率、低表面能涂層與環(huán)氧涂層減阻率逐漸增大。 (3)低表面能涂層減阻性能基本不隨溫度變化而變化,性能穩(wěn)定。 9.結(jié)論。在本試驗(yàn)條件下,低表面能涂層的存在使層流邊界層延遲轉(zhuǎn)捩,并使湍流邊界層的厚度增加。它的層流邊界層延遲轉(zhuǎn)捩及邊界層厚度增大的數(shù)值發(fā)生了突變,引起了阻力的極大變化,從而抑止湍流,獲得了比一般涂層體系優(yōu)良的減阻性能。 基金項(xiàng)目:國(guó)家科技部(10C26212300579) 參考文獻(xiàn): 1.田軍.徐錦芬等.地表面能涂層的減阻試驗(yàn)研究J.水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展,1997,12(1):27-32 2.余