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

1、油田地面集輸?shù)蜏毓?jié)能管道技術(shù)及室內(nèi)試驗研究關(guān)鍵詞:低溫集輸 低表面涂層 減阻文章編號:1004-4914(2010)10-061-02 在油田生產(chǎn)中,我國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,以提高流體的流動性。 目前,低溫集輸這種工藝,只有在原油粘度低、凝固點低、流動性能好的條件下,才能采用低溫集輸系統(tǒng)。 采用加熱式油、氣、水集輸工程,投資和運行費用均很大,造成油田生產(chǎn)運行費用和操作成本不斷上升。 當(dāng)前,油氣田所面臨的形勢是如何降低油氣田開發(fā)建設(shè)投資,控制生產(chǎn)運行操作成本,提高生產(chǎn)綜合經(jīng)濟效益。 如何簡化井場設(shè)施,減少現(xiàn)場施工的工程量,降低能源

2、消耗,便于生產(chǎn)管理,為此,我們針對高寒地區(qū)對高含蠟、高凝固點原油實施低溫集輸技術(shù)進行了相關(guān)研究。 一、低表面能有機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)及污垢對管壁的潤濕性,而潤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:潤濕效率BS=Ys-ysa 所以有BS=yacos 從式中可看出接觸角越小,潤濕效果越好,而接觸角的大小是由表面張力來決定的,表面張力越小,接觸角就越大,潤濕效果就差,污垢也就不容易被粘

3、附。 將帶有羥基的有機硅引入氟碳樹脂中,有機硅是一種半無機高分子化合物。硅氧電負性大,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,從而極大地增加了氟碳涂料憎水、憎油性抗粘污特性。 二、有機硅改性氟碳涂料特點 有機硅改性氟碳涂料具有光觸媒特性、憎水性及獨特的憎水遷移性,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)場對比試驗及結(jié)論 1.試驗依據(jù)。利用自制壓差流阻測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,對比討論分析了低表面能高反應(yīng)能涂層減阻性能。 通過低表面能管線減阻實驗,以及流動壓差的比較,得出低表面能涂層的管線在管道輸送原油時,可以達到減阻效果明顯這一結(jié)論。 2.模擬試驗裝置。壓差計、電子天平、量杯、溫控箱(含探頭和加熱管)、鐵架臺鐵桶、循環(huán)泵、秒表、導(dǎo)管、電源線和插排若干。 3.試驗材料。 無縫鋼管15mm3000mm 無縫鋼管內(nèi)壁涂層分別為:低表面能涂層、環(huán)氧涂層和無涂層三種。 4.試驗介質(zhì)。 原油:三廠一礦聯(lián)合站 污水:三廠一礦306隊 5.試驗方法。在相同條件下,測量帶有不同涂層的無縫鋼管在不同含水率、不同溫度、不同流量條件下的壓差,以此來比較各種涂層的減阻性能

5、。 6.試驗過程。以涂有低表面能涂層的無縫鋼管為載體,以含水率為60%的原油為介質(zhì),分別在溫度為30、35、40、45、50條件下進行變換流量試驗。用調(diào)整循環(huán)泵出口閥門的開度來實現(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行稱量并記錄,同時記錄下量取該模擬原油時的時間和該流量下的壓差。含水率70%的原油重復(fù)上述試驗。其它涂層的無縫鋼管試驗以此類推。 7.曲線數(shù)據(jù)分析。(1)原油含水率為70%時的減阻性能比較,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)定義進行計算比較: DR=(P1-P2)/P1100% 無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計算比較: 無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可利用減阻計算比較: 無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可利用減阻計算比較:無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?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)計算比較: 無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)計算比較: 無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)計算比較: 無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)計算比較: 無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)計算比較: 無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?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)計算比較: 無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,低表面能涂層與無涂層減阻率、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。 基金項目:國家科技部(10C26212300579) 參考文獻: 1.田軍.徐錦芬等.地表面能涂層的減阻試驗研究J.水動力學(xué)研究與進展,1997,12(1):27-32 2.余