李福章 王忠華 武傳燕 張傳緒 劉曉燕 赫榮儒

1東北石油大學土木建筑工程學院2大慶油田采油九廠

掛壁膠凝原油沖洗效果分析

李福章1,2 王忠華1 武傳燕1 張傳緒2 劉曉燕1 赫榮儒1

1東北石油大學土木建筑工程學院2大慶油田采油九廠

為推廣膠凝原油水力懸浮輸送技術，搭建了掛壁原油沖洗實驗系統(tǒng)，通過實驗數(shù)據(jù)分析膠凝原油是否均勻掛壁、沖洗水量及沖洗時間等對沖洗效果的影響。實驗結(jié)果表明，少數(shù)膠凝原油顆粒掛在管壁上用冷水沖洗效果為100%；膠凝原油大面積掛壁時，均勻掛壁沖洗效果較差，非均勻掛壁的沖洗效果有所改善。對于掛壁5 mm的油管，實驗條件下，均勻掛壁油管沖洗效果在2.8%～5.9%之間，非均勻掛壁油管沖洗效果在9.5%～23.3%之間。

膠凝原油；水力懸浮輸送；掛壁；沖洗；實驗

摻水集輸溫度低于凝點時，原油呈現(xiàn)膠凝狀態(tài)，失去流動性，容易聚集阻塞管道，造成井口壓力升高，影響安全生產(chǎn)[1]。為進一步實現(xiàn)油氣集輸系統(tǒng)節(jié)能降耗，研發(fā)了膠凝原油流態(tài)化處理技術，在不加任何藥劑的前提下，將低于凝點的原油流態(tài)化處理后進行不加熱低溫水力懸浮輸送[2]。目前管道有高溫化學清洗[3]、加熱清洗[4]、物理清洗等清洗方法。在膠凝原油水力懸浮輸送過程中，直接采用水源井的水，其溫度比原油凝點低20℃左右，因沒有高溫水來源，不適合高溫化學清洗和加熱清洗。本文采用冷水直接沖洗的物理實驗方法，探討膠凝原油掛壁后的沖洗效果，為膠凝原油水力懸浮輸送的推廣提供技術支持。

1 實驗原理

首先測量掛有原油的鋼管質(zhì)量，然后用一定流速的水進行沖洗，沖洗一段時間后，再稱量鋼管的質(zhì)量，根據(jù)沖洗掉油的質(zhì)量及沖掉油量的百分數(shù)判斷沖洗效果。

式中η為沖洗程度（沖洗掉的原油質(zhì)量占沖洗前掛壁原油質(zhì)量的百分數(shù)）（%）；Δm為沖洗掉的原油質(zhì)量（g）；m1為沖洗前掛壁原油的質(zhì)量（g）。

2 實驗系統(tǒng)組成

本實驗系統(tǒng)由水泵、水箱、掛油的鋼管和油水分離器組成，如圖1所示。通過水泵控制的流量模擬不同沖洗流速。實驗步驟為：先稱量掛壁油管的質(zhì)量G1；將油管安裝在管道上；以某一流量進行沖洗；經(jīng)過一定時間后，將掛壁油管拆下，稱取沖洗后的油管質(zhì)量G2；沖洗掉的原油質(zhì)量G=G1-G2。調(diào)節(jié)水泵流量，重復以上步驟，測出相應數(shù)值。

圖1 膠凝原油沖洗模擬實驗系統(tǒng)

3 實驗結(jié)果分析

沖洗實驗采用內(nèi)徑為53 mm集輸管道，實驗原油的凝點為38℃，密度為853 kg/m3，自來水的溫度為18℃。

3.1 少數(shù)原油顆粒掛壁沖洗實驗

有少數(shù)膠凝原油顆粒粘結(jié)在管道內(nèi)壁上時，分別用流量為3.7、4.7、5.7 m3/h的自來水進行10 min的沖洗。實驗結(jié)果表明，在這3種流量下，掛在壁面的原油顆粒都被水全部沖洗掉，沖洗程度達到100%。這是由于原油顆粒粘黏力比較小，在沖洗過程中，粘黏的原油顆粒受到切向的力大于粘黏力，因此沖洗效果很好。

3.2 均勻與非均勻掛壁油管沖洗對比實驗

3.2.1 光滑表面均勻掛壁

將鋼管管壁均勻涂上5 mm厚的原油制成人工掛壁油管，分別用流量為3.7、4.7、5.7 m3/h的自來水進行不同時間的沖洗，沖掉的油量與時間的關系如圖2所示。

從均勻掛壁油管沖洗效果來看，實驗條件下，均勻掛壁油管沖洗效果在2.8%～5.9%之間，效果較差。因此，人工均勻掛壁油管使用自來水沖洗效果不理想。

圖2 均勻掛壁油管沖掉的油量與時間的關系

由圖2可知，同一流量沖洗時，前15 min沖掉的油量較多，隨著時間的增加沖掉量逐漸減少。沖洗時間由15 min增加到30 min時，沖洗程度增加0.7%～0.9%；由30 min增加到45 min時，沖洗程度增加0.3%～0.6%，即沖洗效果受時間的影響逐漸減弱。分析其原因，開始時由于有油掛在壁面，使得流通面積變小，沖洗力度較大，沖下的油量較多；隨著沖洗過程的繼續(xù)，管內(nèi)流通面積逐漸變大，管壁表面的原油在水的沖洗條件下，表面變得更加光滑，承受沖洗的面積變得越來越小，導致沖洗程度下降。45 min后管壁所掛原油總質(zhì)量基本保持不變。不同流量沖洗時，流量越小，掛壁油管沖洗效果越差，沖洗流量由3.7 m3/h增加到5.7 m3/h時，沖洗程度由3.8%增加到5.9%。分析其原因，流量越大對掛壁油管的剪切力越大，沖下的油量越多。

3.2.2 非均勻掛壁油管

將鋼管管壁均勻涂上5 mm厚的原油制成人工掛壁油管，人為攪拌后形成不光滑表面，分別用流量為3.7、4.7、5.7 m3/h的自來水進行不同時間的沖洗，沖掉的油量與時間的關系如圖3所示。

圖3 非均勻掛壁油管沖掉的油量與時間的關系

從非光滑表面掛壁油管沖洗程度效果來看，實驗條件下，非均勻掛壁油管沖洗效果在9.5%～23.3%之間。

由圖3可知，同一流量沖洗時，前15 min沖掉的量較多，隨著時間的增加沖掉量逐漸減少。沖洗時間由15 min增加到30 min時，沖洗程度增加4.8%～7.7%；由30 min增加到45 min時，沖洗程度增加3.2%～5.1%，即沖洗效果受時間的影響逐漸減弱。分析其原因，開始時由于管壁表面所掛原油比較粗糙，受力點較多，受力面積大，沖下的油量比均勻光滑掛壁油管有明顯增加；隨著沖洗過程的繼續(xù)，管內(nèi)流通面積逐漸變大，管壁表面的原油在水的沖洗條件下，表面變得趨于光滑，承受沖洗的面積變得越來越小，導致沖洗量下降。45 min后管壁所掛原油總質(zhì)量基本保持不變。因此，人工粗糙掛壁油管使用自來水沖洗前期效果較好，后期效果不理想。

3.2.3 均勻與非均勻掛壁油管沖洗效果對比

實驗條件下，均勻掛壁油管沖洗效果在2.8～5.9%之間，非均勻掛壁油管沖洗效果在9.5～23.3%之間，非均勻掛壁油管沖洗效果較均勻掛壁油管沖洗效果好。

4 結(jié)論

（1）少數(shù)膠凝原油顆粒掛在管壁上用冷水沖洗效果為100%。膠凝原油大面積掛壁時，均勻掛壁沖洗效果較差，非均勻掛壁的沖洗效果有所改善。對于掛壁5 mm的油管，實驗條件下，均勻掛壁油管沖洗效果在2.8～5.9%之間，非均勻掛壁油管沖洗效果在9.5～23.3%之間，非均勻掛壁油管沖洗效果較均勻掛壁油管沖洗效果好。

（2）隨著沖洗流量的增加，沖洗效果所有提高，當自來水的流量從3.7 m3/h增加到5.7 m3/h時，膠凝原油均勻與非均勻掛壁沖洗掉的油量分別增加了2.1%和5.8%。

（3）對于不同類型的沖洗實驗，均是前15 min沖洗效果較好，隨著時間的增加沖洗效果逐漸減弱，且45 min后，沖洗量基本不變。

（4）建議根據(jù)集油系統(tǒng)的實際運行工況，確定沖洗時機，當膠凝原油以顆粒狀少量掛壁時，用常溫水即可沖掉。

[1]Liu Xiaoyan．Xu Ying．Study on dignosis method of high back pressure in well head for circular pipe network[J]．Advanced Materials Research，2013，805-806：1 790-1 793．

[2]劉曉燕，陳偉，高海智，等．水-膠凝原油兩相流流態(tài)化實驗研究[J]．工程熱物理學報，2013，34（3）：480-483．

[3]劉金亭，謝邦榮．油管遠紅外預熱沖刷清洗技術的開發(fā)與應用[J]．石油礦場機械，2006，35（6）：65-68．

[4]黎瑤，操自強，張爍．難清洗油管清洗技術研究[J]．石油工程建設，2008，34（5）：38-41．

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.11.009

2015-03-25