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吉林油田高含水原油集输温度界限研究

吉林油田高含水原油集输温度界限研究

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作者：侯澄宇中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

随着吉林油田各区块进入开发末期,采出水的大量存在使得形成于开发初期的“油井掺热水集输”工艺方案的经济性持续恶化。与此同时,采出液的整体流动性又得到了提升,使得降低掺水温度甚至不加热集油成为可能。但是,低温条件下管道中流体... 详细信息

随着吉林油田各区块进入开发末期,采出水的大量存在使得形成于开发初期的“油井掺热水集输”工艺方案的经济性持续恶化。与此同时,采出液的整体流动性又得到了提升,使得降低掺水温度甚至不加热集油成为可能。但是,低温条件下管道中流体的流动形态更加复杂,并且产生“凝油粘壁”现象,减小管内流通面积,增加流动摩阻,并最终导致管道堵塞。因此,掌握凝油粘壁层的发展规律是不加热集油的关键技术之一。本研究采用自主开发的凝油粘壁层冲刷环道装置及有限元模拟,建立了吉林油田新民区块、木17区块不加热集油边界条件的预测模型。主要成果如下:首先,明确了阻碍凝油粘壁层冲刷剥离的两个关键因素,即凝油发生连续变形所需要克服的屈服应力以及凝油与壁面发生剥离时所需要克服的黏附力;通过开发凝油粘壁层冲刷环道装置进行了实验验证,同时应用流变仪完成了黏附力及屈服应力测试。建立了Ansys有限元模型,计算得到管流冲刷过程中一定厚度的凝油粘壁层内部的最大剪应力较其表面承受的管流剪切力高2～3个数量级,明确了冲刷作用不仅来源于凝油表面的管流剪切力,液流压力作用更加显著。其次,针对吉林油田新民、木17原油,通过冲刷环道实验(管径19 mm,流量100 L/h以上),明确了在冲刷过程中出现“柱状凝油段塞”的起始温度均为32℃。掌握了2种凝油的冲刷剥离规律:(1)当温度高于32℃,控制流速使得管流冲刷力高于凝油的屈服应力,凝油粘壁层结构发生破坏,达到屈服状态的凝油被管流携带流出测试管段,并最终“变形铺展”于水槽中。(2)当温度低于32℃,管流冲刷力高于凝油的屈服应力或者介于凝油与管壁的黏附力与自身的屈服应力之间,凝油粘壁层从管壁整体剥离,并且在前行过程中与新剥离的凝油聚集并逐渐形成“柱状凝油段塞”,被液流推出管道。(3)任何温度下,管流冲刷力低于凝油的黏附力时(必然也低于屈服应力),凝油粘壁层不会被剥离。最后,基于凝油冲刷剥离规律,对降温运行过程中吉林油田采油七队集油管线、前大采油厂17#-9#支干线压力变化数据进行了分析,揭示了“柱状凝油段塞”的发展规律:凝油粘壁层存在“临界厚度”,当凝油粘壁层累积至“临界厚度”时,管流将首先克服黏附力。被剥离的凝油淤积形成“柱状凝油段塞”,造成管道压降迅速上升。随着“柱状凝油段塞”被管流推出管道,管道压降迅速下降,如此循环往复,“柱状凝油段塞”引起的管道压降大幅变化危害集油的安全性。因此,对于典型集油管线(输量12.5 m/d,管道长度600 m),输送凝点为36℃、含水率大于80%的新民原油油水混合液,为避免管道中产生“柱状凝油段塞”,建议集油温度不低于32℃。

关键词：高含水集油管道凝油粘壁黏附力不加热集油边界条件

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