油氣減阻劑若干關(guān)鍵問(wèn)題的理論研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù).pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源需求與日俱增，而油氣儲(chǔ)運(yùn)是構(gòu)成能源利用技術(shù)的重要組成部分。在諸多的運(yùn)輸方式中，管道運(yùn)輸具有建設(shè)速度快、投資省、占地少、能耗低、不污染環(huán)境、受地理及氣象條件限制少等優(yōu)點(diǎn)，而得到快速發(fā)展。目前，世界各地生產(chǎn)的絕大多數(shù)石油和天然氣是用管道運(yùn)輸?shù)摹?但是，管道運(yùn)輸也存在著嚴(yán)重的缺點(diǎn)，即彈性輸量遠(yuǎn)較其他運(yùn)輸方式低。由于在石油勘探過(guò)程中，精確預(yù)測(cè)石油的儲(chǔ)量是一件十分困難的事，而且油田的發(fā)展前景總還存在一些不確定因素

2、。即使將來(lái)有能力準(zhǔn)確測(cè)定油田的儲(chǔ)量，油田也還有開(kāi)發(fā)期、盛產(chǎn)期和遞減期，并且各地對(duì)石油產(chǎn)品的需求也因經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和自身的更新?lián)Q代而有所變化，這些都要求管道輸量具有一定的彈性。另外，諸如管線老化造成耐壓性能降低、并聯(lián)管線之一發(fā)生事故需要檢修而輸量還需保證時(shí)，都需要管線對(duì)輸量有一定的調(diào)節(jié)能力。 解決上述問(wèn)題的最好方法是使用減阻劑。所謂減阻劑，是指能減少液體流動(dòng)摩阻、增加輸量的化學(xué)添加劑。根據(jù)其使用對(duì)象不同，可分為水相減阻劑、油相減阻劑

3、和氣相減阻劑。用于原油及其相關(guān)產(chǎn)品中的減阻劑稱(chēng)為油相減阻劑。油相減阻劑主要具有如下幾方面的功能。 (1)降低管道操作壓力，提高管線運(yùn)行的安全系數(shù)，這在一定意義上涉及國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全。 (2)新建管道如果在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮使用減阻劑，將能縮小管道口徑，減小泵的規(guī)模，從而大大節(jié)省建設(shè)投資。 (3)可在原有的管道操作條件下，增加油品輸量，即提高管道操作效率，增加經(jīng)濟(jì)效益。 (4)可實(shí)現(xiàn)油品的水力越站輸送，關(guān)閉

4、中間泵站，節(jié)省管道操作成本。 (5)在發(fā)展海上、沙漠、沼澤、高寒地帶等自然條件惡劣地區(qū)的油田時(shí)，可把添加減阻劑輸送工藝作為常規(guī)使用，這樣可加大泵站間距，減少泵站，從而節(jié)約人力及物力投入，增加經(jīng)濟(jì)效益。 (6)可在維持原輸量的情況下實(shí)現(xiàn)減少運(yùn)行泵的數(shù)量，既滿足泵維護(hù)的要求，又可保證連續(xù)生產(chǎn)。由于以上原因，目前各國(guó)都十分重視減阻劑的研究。 本論文在作者已有工作的基礎(chǔ)上，對(duì)油氣減阻領(lǐng)域幾個(gè)基礎(chǔ)理論問(wèn)題進(jìn)行了較為深

5、入的研究，并在理論研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行了應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)研究，取得了以下創(chuàng)新性成果。 1．深入研究了高聚物減阻增輸機(jī)理。根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果和對(duì)湍流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，我們認(rèn)為增加流體的速度梯度是實(shí)現(xiàn)減阻增輸?shù)年P(guān)鍵。通過(guò)分析流體與高聚物分子的相互作用，發(fā)現(xiàn)高聚物減阻的根本原因是它能夠有效抑制管壁附近流體的徑向脈動(dòng)。根據(jù)我們提出的減阻增輸機(jī)理合理解釋了多年來(lái)在高聚物減阻研究中出現(xiàn)的許多迷惑現(xiàn)象，給出了減阻效果隨雷諾數(shù)、粗糙度及高聚物摻入量的變化規(guī)

6、律，導(dǎo)出了最佳雷諾數(shù)與管徑、運(yùn)動(dòng)粘度的相互關(guān)系。在此基礎(chǔ)上提出了一些有益于高聚物減阻劑研制的具體建議。 2．對(duì)減阻聚合物的合成機(jī)理進(jìn)行了深入研究，根據(jù)理論研究結(jié)果設(shè)計(jì)了聚合實(shí)驗(yàn)，探討了各種因素對(duì)聚合物減阻性能的影響，優(yōu)化出減阻聚合物的最佳合成條件。 3．根據(jù)高聚物溶解、溶脹理論以及高聚物分散系統(tǒng)穩(wěn)定性理論，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求，研制了三種新型的分散系統(tǒng)，即醇基分散系統(tǒng)(EP-A)、水基分散系統(tǒng)(EP-W)和油基分散系統(tǒng)(EP

7、-0)。所研制的分散系統(tǒng)覆蓋溫度范圍為-40～65℃，可以滿足不同地區(qū)、不同季節(jié)對(duì)產(chǎn)品耐溫性能的要求。 4．對(duì)減阻劑工業(yè)生產(chǎn)前置反應(yīng)分離系統(tǒng)進(jìn)行了工程優(yōu)化。根據(jù)分離凈化過(guò)程的理論分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了四種優(yōu)化方案，改善了分離凈化過(guò)程的安全性，進(jìn)一步提高了分離凈化效果，形成了新的工藝流程并投入工業(yè)生產(chǎn)。在國(guó)內(nèi)多條管線上對(duì)減阻劑性能進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，所研制的EP系列減阻劑具有良好的減阻增輸效果，減阻率可達(dá)40％，增輸率可

8、達(dá)33％。 5．對(duì)天然氣減阻問(wèn)題進(jìn)行了初步研究，根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果對(duì)天然氣減阻劑的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論設(shè)計(jì)，合成了部分樣品，并對(duì)樣品的減阻性能進(jìn)行了初步評(píng)價(jià)，對(duì)進(jìn)一步開(kāi)展天然氣減阻劑的研究提出了具體建議。 本論文的研究成果已正式應(yīng)用于EP系列減阻劑的工業(yè)化生產(chǎn)中，年產(chǎn)5000方、產(chǎn)值過(guò)億元的EP系列減阻劑現(xiàn)代化生產(chǎn)線已于2006年初投產(chǎn)，到目前為止，EP系列減阻劑國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率80％以上，并遠(yuǎn)銷(xiāo)挪威、蘇丹、伊朗、阿爾及利亞等國(guó)