基于宽频带换能器的原油超声防蜡降粘技术研究

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1-2所示，严重时使管道堵塞，造成停产；与此同时，存在原油中的蜡质晶粒相互交联结成网状结构，当网状结构达到一定强度后，原油将失去流动性[3]而凝固，严重影响了生产和输送，造成了极大的损失。图1-2蜡在输油管壁上的沉积Fig.1-2Thewaxdepositiononthepipelinewall近年来，随着石油的勘探、开发和石油加工向纵深方向的迅速发展，研究和解决石蜡沉积问题的紧迫性和重要性愈加突出。1.2课题研究的目的及意义高含蜡原油在常温下流动性较差，所以多年来原油在运输过程中的结蜡增稠现象一直是困扰

2、世界石油工业的一个重大难题，也是目前亟待解决的关键问题之一。结蜡和粘度升高是油井生产中并存的两个问题，其直接危害是导致管道内径缩小，内壁粗糙度增加，造成结垢而堵塞管道，使油泵排量降低，能耗升高，甚至失灵。特别是对于抽油机井，原油粘度过高和油井结蜡极易造成[4,5]抽油杆断脱等严重事故。结蜡所带来的间接危害是全球各大石油公司每年都需花费几百亿美元用于化学药品投放和管道加热保暖，以防止因原油结蜡堵塞生产管路和油泵，以及解决因药品投放带来的油井停产、设备报废、[6]额外动力开销等一系列附加问题。对于海上油田的开采，采用水平井技术可以减少需建

3、开采平台的数量，因而具有更好的经济效益，但是由于开采过程中压力和温度的变化，原油所含的蜡质和沥青很容易在井的水平部分沉积[7,8]下来，造成减产。近年来，伴随着石油公司开发了意味着低温时间、水下作业生产以及运输管道更长的深海油井，为缓解石蜡沉积和减少石蜡造成危害所耗费的资金也日益增多。实例表明，水深一百米成本大约二十万美[9,10]元，而水深四百米成本将达到一百万美元，防蜡成本与水深成正比。-2-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文因此，研究原油防蜡技术不但具有重要的理论意义，而且具有很高的应用价值。对我国而言，原油结蜡问题显得尤为突出，我

4、国的大庆油田、辽河油田、胜利油田、华北油田、大港油田等绝大部分油田生产的原油都是“高含蜡、高粘度、高凝点”的石蜡基原油，因此原油在集输过程中极易结蜡堵塞管道，如图1-3所示，为蜡堵现象。而目前占我国30%产油量的大庆油田又处于中高纬度寒冷地区，冬季漫长，环境温度处于0℃以下的时间达半年，原油在输送过程中除需加热保温降粘之外，还需多加热几十度用于防止原油结蜡（大庆原油的凝点高达32℃），耗费掉大量能源。据统计，大庆油田每年集输系统因加热而耗费的资金超过十亿元；而若能将输送大庆原油的输油[11]温度降低1℃，则可节约2000万元以上。为了

5、保持集输管道畅通，除加热外，还需要对输油管道进行定期清洗，且清洗周期较短（每月1次），次数频繁，资源浪费严重。另外，大庆油田每年因原油结蜡造成的垢堵而更换各类管道、泵、容器和加热器等所投入的更新改造资金也高达数千万元[12]。由此可见，若能研究出行之有效的原油防蜡技术及理论，将会大大节约原油集输过程中的资源消耗，极具经济价值和战略意义。图1-3蜡堵现象Fig.1-3Thephenomenonofwaxjam超声防蜡降粘是一种新型的物理采油方法，可以有效地降低原油的粘[13]度，破坏和防止蜡晶体的结晶，从而能较大幅度地降低原油在管道中的

6、流动阻力，起到节能降耗的作用。其具有成本低，工艺简单，设备人员少，[14]不损害地层，无环境污染，适用范围广等优点，因此开展这方面的研究具有重要的理论意义和推广应用价值。-3-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1.3国内外研究现状1.3.1常用清防蜡方法及存在的问题(1)热力清蜡热力清防蜡技术是利用热能提高井筒流体温度达到清防蜡目的的方法：当原油的加热温度超过析蜡点时，能起到防蜡作用；当温度超过蜡熔点时，则可起到清蜡作用。其基本方法为直接加热原油管道，从管道容器底部开孔注入热水、蒸汽或者注入能释放热量的化学药品。然而这种[15,16]技术

7、对设备有损害，并且这种方法需要不间断地加热以保持原油温度处于析蜡点之上，也会耗费大量的能源。(2)化学清蜡化学清防蜡技术是指向原油内注入改性剂以抑制石蜡聚集潜力或改变结晶状态，常用的有蜡晶改进剂防蜡、催化防蜡、表面活性剂防蜡和乳化防蜡等。然而所有的化学方法在实际应用中必须对每一口井单独[17,18]设计清防蜡方案（如药剂配方），因而具有很大的局限性。另外，考虑到管道容器、阀门和加压泵等设备的腐蚀以及化学药剂可能造成环境污染等问题，化学清防蜡技术不是今后的发展趋势。(3)机械清防蜡机械清蜡技术是指将刮蜡片、清蜡钻头（如图1-4所示），或

8、尼龙刮蜡器等清蜡工具下入油井内，刮除油管壁上的结晶蜡，并靠液流将蜡带至地面。该方法相对简单直接，但应用成本太高，设备空间局限[19]性大，功效低，操作复杂而且费时，并且存在着刮削工具断裂的危险。图1-4清蜡钻头Fig.1