挂壁胶凝原油冲洗效果分析

李福章 王忠华 武传燕 张传绪 刘晓燕 赫荣儒

1东北石油大学土木建筑工程学院2大庆油田采油九厂

挂壁胶凝原油冲洗效果分析

李福章1,2 王忠华1 武传燕1 张传绪2 刘晓燕1 赫荣儒1

1东北石油大学土木建筑工程学院2大庆油田采油九厂

为推广胶凝原油水力悬浮输送技术，搭建了挂壁原油冲洗实验系统，通过实验数据分析胶凝原油是否均匀挂壁、冲洗水量及冲洗时间等对冲洗效果的影响。实验结果表明，少数胶凝原油颗粒挂在管壁上用冷水冲洗效果为100%；胶凝原油大面积挂壁时，均匀挂壁冲洗效果较差，非均匀挂壁的冲洗效果有所改善。对于挂壁5 mm的油管，实验条件下，均匀挂壁油管冲洗效果在2.8%～5.9%之间，非均匀挂壁油管冲洗效果在9.5%～23.3%之间。

胶凝原油；水力悬浮输送；挂壁；冲洗；实验

掺水集输温度低于凝点时，原油呈现胶凝状态，失去流动性，容易聚集阻塞管道，造成井口压力升高，影响安全生产[1]。为进一步实现油气集输系统节能降耗，研发了胶凝原油流态化处理技术，在不加任何药剂的前提下，将低于凝点的原油流态化处理后进行不加热低温水力悬浮输送[2]。目前管道有高温化学清洗[3]、加热清洗[4]、物理清洗等清洗方法。在胶凝原油水力悬浮输送过程中，直接采用水源井的水，其温度比原油凝点低20℃左右，因没有高温水来源，不适合高温化学清洗和加热清洗。本文采用冷水直接冲洗的物理实验方法，探讨胶凝原油挂壁后的冲洗效果，为胶凝原油水力悬浮输送的推广提供技术支持。

1 实验原理

首先测量挂有原油的钢管质量，然后用一定流速的水进行冲洗，冲洗一段时间后，再称量钢管的质量，根据冲洗掉油的质量及冲掉油量的百分数判断冲洗效果。

式中η为冲洗程度（冲洗掉的原油质量占冲洗前挂壁原油质量的百分数）（%）；Δm为冲洗掉的原油质量（g）；m1为冲洗前挂壁原油的质量（g）。

2 实验系统组成

本实验系统由水泵、水箱、挂油的钢管和油水分离器组成，如图1所示。通过水泵控制的流量模拟不同冲洗流速。实验步骤为：先称量挂壁油管的质量G1；将油管安装在管道上；以某一流量进行冲洗；经过一定时间后，将挂壁油管拆下，称取冲洗后的油管质量G2；冲洗掉的原油质量G=G1-G2。调节水泵流量，重复以上步骤，测出相应数值。

图1 胶凝原油冲洗模拟实验系统

3 实验结果分析

冲洗实验采用内径为53 mm集输管道，实验原油的凝点为38℃，密度为853 kg/m3，自来水的温度为18℃。

3.1 少数原油颗粒挂壁冲洗实验

有少数胶凝原油颗粒粘结在管道内壁上时，分别用流量为3.7、4.7、5.7 m3/h的自来水进行10 min的冲洗。实验结果表明，在这3种流量下，挂在壁面的原油颗粒都被水全部冲洗掉，冲洗程度达到100%。这是由于原油颗粒粘黏力比较小，在冲洗过程中，粘黏的原油颗粒受到切向的力大于粘黏力，因此冲洗效果很好。

3.2 均匀与非均匀挂壁油管冲洗对比实验

3.2.1 光滑表面均匀挂壁

将钢管管壁均匀涂上5 mm厚的原油制成人工挂壁油管，分别用流量为3.7、4.7、5.7 m3/h的自来水进行不同时间的冲洗，冲掉的油量与时间的关系如图2所示。

从均匀挂壁油管冲洗效果来看，实验条件下，均匀挂壁油管冲洗效果在2.8%～5.9%之间，效果较差。因此，人工均匀挂壁油管使用自来水冲洗效果不理想。

图2 均匀挂壁油管冲掉的油量与时间的关系

由图2可知，同一流量冲洗时，前15 min冲掉的油量较多，随着时间的增加冲掉量逐渐减少。冲洗时间由15 min增加到30 min时，冲洗程度增加0.7%～0.9%；由30 min增加到45 min时，冲洗程度增加0.3%～0.6%，即冲洗效果受时间的影响逐渐减弱。分析其原因，开始时由于有油挂在壁面，使得流通面积变小，冲洗力度较大，冲下的油量较多；随着冲洗过程的继续，管内流通面积逐渐变大，管壁表面的原油在水的冲洗条件下，表面变得更加光滑，承受冲洗的面积变得越来越小，导致冲洗程度下降。45 min后管壁所挂原油总质量基本保持不变。不同流量冲洗时，流量越小，挂壁油管冲洗效果越差，冲洗流量由3.7 m3/h增加到5.7 m3/h时，冲洗程度由3.8%增加到5.9%。分析其原因，流量越大对挂壁油管的剪切力越大，冲下的油量越多。

3.2.2 非均匀挂壁油管

将钢管管壁均匀涂上5 mm厚的原油制成人工挂壁油管，人为搅拌后形成不光滑表面，分别用流量为3.7、4.7、5.7 m3/h的自来水进行不同时间的冲洗，冲掉的油量与时间的关系如图3所示。

图3 非均匀挂壁油管冲掉的油量与时间的关系

从非光滑表面挂壁油管冲洗程度效果来看，实验条件下，非均匀挂壁油管冲洗效果在9.5%～23.3%之间。

由图3可知，同一流量冲洗时，前15 min冲掉的量较多，随着时间的增加冲掉量逐渐减少。冲洗时间由15 min增加到30 min时，冲洗程度增加4.8%～7.7%；由30 min增加到45 min时，冲洗程度增加3.2%～5.1%，即冲洗效果受时间的影响逐渐减弱。分析其原因，开始时由于管壁表面所挂原油比较粗糙，受力点较多，受力面积大，冲下的油量比均匀光滑挂壁油管有明显增加；随着冲洗过程的继续，管内流通面积逐渐变大，管壁表面的原油在水的冲洗条件下，表面变得趋于光滑，承受冲洗的面积变得越来越小，导致冲洗量下降。45 min后管壁所挂原油总质量基本保持不变。因此，人工粗糙挂壁油管使用自来水冲洗前期效果较好，后期效果不理想。

3.2.3 均匀与非均匀挂壁油管冲洗效果对比

实验条件下，均匀挂壁油管冲洗效果在2.8～5.9%之间，非均匀挂壁油管冲洗效果在9.5～23.3%之间，非均匀挂壁油管冲洗效果较均匀挂壁油管冲洗效果好。

4 结论

（1）少数胶凝原油颗粒挂在管壁上用冷水冲洗效果为100%。胶凝原油大面积挂壁时，均匀挂壁冲洗效果较差，非均匀挂壁的冲洗效果有所改善。对于挂壁5 mm的油管，实验条件下，均匀挂壁油管冲洗效果在2.8～5.9%之间，非均匀挂壁油管冲洗效果在9.5～23.3%之间，非均匀挂壁油管冲洗效果较均匀挂壁油管冲洗效果好。

（2）随着冲洗流量的增加，冲洗效果所有提高，当自来水的流量从3.7 m3/h增加到5.7 m3/h时，胶凝原油均匀与非均匀挂壁冲洗掉的油量分别增加了2.1%和5.8%。

（3）对于不同类型的冲洗实验，均是前15 min冲洗效果较好，随着时间的增加冲洗效果逐渐减弱，且45 min后，冲洗量基本不变。

（4）建议根据集油系统的实际运行工况，确定冲洗时机，当胶凝原油以颗粒状少量挂壁时，用常温水即可冲掉。

[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]刘晓燕，陈伟，高海智，等．水-胶凝原油两相流流态化实验研究[J]．工程热物理学报，2013，34（3）：480-483．

[3]刘金亭，谢邦荣．油管远红外预热冲刷清洗技术的开发与应用[J]．石油矿场机械，2006，35（6）：65-68．

[4]黎瑶，操自强，张烁．难清洗油管清洗技术研究[J]．石油工程建设，2008，34（5）：38-41．

（栏目主持 杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.11.009

2015-03-25