原油電磁防蠟機理及其關鍵技術的研究.pdf

1、原油開采與集輸過程中,油管內壁極易結蠟結垢,其直接危害是導致油管運輸管徑縮小,原油流動阻力增加,甚至于堵塞管道,而清防蠟一直是困擾油田正常生產的技術難題。目前油田主要采用加熱防蠟的方法,通過提高原油的溫度,以控制石蠟在輸油管線中的沉積。為此全球每年需幾百億美元用于加熱原油,防止結蠟堵塞集輸管道和油泵,以及解決由此造成的油井停產等問題,消耗了大量的燃油燃氣和電能資源。近些年來,磁防蠟作為一種節(jié)能高效的原油防蠟技術,以其特有的優(yōu)點在油田防蠟

2、降粘方面得到了越來越廣泛的應用。針對目前原油磁防蠟領域中,防蠟機理不夠明確、電磁防蠟器效率不高以及油田現(xiàn)場應用缺乏理論指導等問題,本文對原油電磁防蠟機理、新型電磁防蠟器的研制以及油田現(xiàn)場實驗等三個方面分別進行了深入的研究。
　　原油中蠟晶空間網絡結構的生成是導致原油增稠和管道沉積的主要原因。為研究磁場對蠟晶網絡形成過程的影響,本文首先分析了磁場作用于蠟晶的能量轉化機制:分子抗磁各向異性是原油中的高分子蠟成分能夠響應磁場作用的根源,

3、而蠟分子有序聚集結構(如蠟晶等)的存在又顯著增強了磁場對蠟的取向作用。同時,通過對磁處理在蠟晶的形核、生長以及交聯(lián)凝膠過程中所起到的作用分析,探討了原油的磁防蠟降粘機理。此外,通過分析蠟晶體積和處理溫度對磁取向作用的影響規(guī)律,研究還揭示了磁處理效果受溫度影響的內在原因。
　　水是原油的重要組成部分,同時也是影響原油磁降粘效果的關鍵因素。通過對磁場作用下油-水界面微觀特性的分子動力學模擬,得到了蠟晶表面的潤濕特性隨磁場的變化規(guī)律,以

4、及位于蠟晶間隙內的水分子薄膜對磁場的響應情況,并在此基礎上研究了磁場影響W/O型乳化原油穩(wěn)定性的作用機制。結果表明,吸附在乳化水滴表面的蠟晶顆粒在磁場作用下重新排列,這將直接導致乳化原油的穩(wěn)定性降低,進而產生磁降粘的效果。
　　為滿足原油防蠟對磁場的特殊要求,本文研究了一種場強可調的新型電磁防蠟器。同時,針對防蠟器磁場的邊緣效應以及二次邊緣效應,通過對勵磁線圈磁場的有限元分析,研究了其結構參數(shù)對磁場徑向場強和磁力線彎曲角的影響關系

5、,并在此基礎上設計了一種多階梯式的勵磁線圈結構,確定了適于原油處理的線圈結構參數(shù)?，F(xiàn)場實驗結果表明,采用多階梯形的勵磁線圈能夠有效增強防蠟器的原油磁防蠟效果,并且新型電磁防蠟器還通過了三年的油田現(xiàn)場實驗驗證。
　　為得到磁場作用下原油的蠟沉積規(guī)律,首先實驗研究了磁處理強度、磁處理時間和含蠟量等因素對原油降粘效果的影響規(guī)律,確定了合理的磁處理參數(shù);并依據(jù)原油集輸現(xiàn)場環(huán)境搭建了室內循環(huán)實驗臺,實驗測量了磁場作用下管輸油液的粘度及蠟沉積

6、量的變化規(guī)律,以及流場參數(shù)對磁防蠟效果的影響,在此基礎上建立磁場作用下的蠟沉積預測模型,為后續(xù)的磁防蠟現(xiàn)場試驗奠定了基礎。
　　利用磁防蠟方法與摻水加熱方法相結合,在大慶油田第五采油廠的油田摻水集油管路上,進行一系列的現(xiàn)場實驗。重點研究了磁場強度、摻水率、管線長度和輸油溫度等關鍵參數(shù)對防蠟降粘效果的影響規(guī)律,并在此基礎上提出了一種電磁摻水復合防蠟方法?，F(xiàn)場實驗結果表明,與傳統(tǒng)的摻熱水防蠟方法相比,復合防蠟方法在增強原油流動性的同時