油田水处理工艺汇编 第六章 减阻剂.doc

第六章 减阻剂第六章 减阻剂第一节 概述我国主要油田的原油大都属于高含蜡、高凝固点、高粘度的三高原油，低温时表现粘度大、流动性差、管输困难，长输管道均采用沿线加热的工艺，燃料和动力消耗较高。原油减阻剂的加入能明显改善原油的低温流动性，显著降低原油的管输阻力，减阻效率很高，可实现全年常温输油，从而节约燃料和动力消耗，经济效益非常可观。第二节 原油的减阻运输原油的减阻输送是指加有减阻剂的处在紊流状态的原油在长距离管道中的输送。由于处于紊流状态的原油有许多漩涡，而且这些漩涡是逐级变小，从而使管输能量逐级地由较大的漩涡传递给较小的漩涡，最后转变为热能而被消耗掉，因此处于紊流状态的原油，需消耗大量的管输能量。为了减少能量消耗，可在原油输送时加入减阻剂。第三节 原油减阻剂原油减阻剂是指在紊流状态下能降低原油管输阻力的化学药剂。原油减阻剂都是油溶性聚合物，它在油中主要以蜷曲的状态存在。以这种状态存在的聚合物分子是具有弹性的。 一、 作用机理 原油减阻剂能减低原油管输阻力。它在高于原油倾点的温度下，降低原油因紊流引起的能量消耗，即在相同输油压差下，在相同的管道中获得较大的输油量。减阻剂对原油的粘度影响是极微小的，减阻作用并非原油的粘度改变所引起。减阻的作用是降低流体在管壁处由湍流造成的阻力。由于长链高分子的作用，改变了流体与管壁之间的相互作用，抑制了横向流。1 高分子排列取向线性高分子化合物流动时，在一定的流速下，能沿着流动方向排列，形成无数与流向一致的线条，流体只能在线内向前运动，抑制了紊流的发展，因而大大减少了摩擦力。2 高分子溶液减阻的特点（1）存在着减阻起始点（如图12-1）A点为减阻剂的起始点，当流速（或用Re表征）大到一定值时，摩阻才开始降低，A点越低，减阻效果越好。减阻起始点的Re与管径有关，管径越大，起始点的Re值越大，这种现象称为管径效应。图121 管径效应图（2）在一定Re范围内，Re越大，减阻越大。（3）各种高分子的减阻都存在一个最大值。各种高分子的减阻都存在一个最大值，到此最大值，再加大高分子的浓度也不能使减阻增加，这种现象称为最大减阻效应。3 边界效应分子冻胶在管中以塞的形式流动，高速流动时，冻胶塞与管壁间的剪切力很大，由于热和剪切的作用，使高分子冻胶的结构拆散，在管壁形成一层滑溜水膜，此膜将“塞”与管壁隔开，因而减阻。4 湍流减阻机理从能量观点分析，减阻剂分子吸收了湍流流量，转化为顺向流，或者由于抑制了携能大漩涡向小漩涡的转化，减少了流动过程中能量的耗散。二、 组成类别作为油相减阻剂的高聚物主要有：聚异丁烯、氢化聚异戊二烯、乙烯-丙烯嵌段共聚物、-烯烃共聚物、乙烯基类高聚物等。1 高分子减阻剂 乙烯与醋酸乙烯共聚物（EVA）、聚丙烯酸酯类及其共聚物。另外还有高压聚乙烯、聚甲基丙烯酸酯、苯乙烯-马来酸酐、丙烯酸酯-顺丁烯二酸酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯-顺丁烯二酸酐三元共聚物以及延胡索酸酯-醋酸乙烯酯共聚物等。2 表面活性剂型减阻剂 表面活性剂减阻剂是通过在流体中形成胶束具有良好的抗剪切性能而实现减阻的。但要形成足够的胶束必须使表面活性剂含量达到临界胶束浓度，因此表面活性剂的用量较大。另外，表面活性剂必须在流体中混合均匀了才能达到较好的减阻效果，原油管输不经济。3 高分子与表面活性剂复配物三、 减阻剂评价标准及评选方法1 减阻剂评价标准优良的油品减阻剂具有使用量少、减阻率和增输率高、在油品中溶解性能好、对油品性能无影响、抗剪切性能好等优点。2 减阻剂评选方法2.1摩阻的测量和减阻率的计算摩阻的测量可以在摩阻仪（如图）上进行，也可以用一段试验管路测摩阻。在摩阻仪上分别求出基液（油）和试样（加减阻剂的液体）的流速（）和压降（P）的一组数据。P曲线图，得到一条基液和若干条样品的摩阻曲线（如图）。减阻（%）=（P油P样）/P油X100%2.2减阻效率的测定油品流动的减阻效率，还可以在管式流变仪中测定（如图），用柴油或煤油作流体介质，氮气作为驱动流体流动的动力源，调节不同的压力，在恒温下测定流体流速，并用下式计算：f=2(P/+gh)/b2-1.5d/4L四、 中试方案1 注入流程减阻剂注入系统，包括一个减阻剂储罐，一台齿轮式减阻剂灌注泵和一台柱塞式减阻剂注入泵，一套减阻剂注入计量装置及控制开关、接管等，由于减阻剂在高浓度情况下呈胶粘状液体。允许流经容积式泵（齿轮式泵或柱塞式泵等），但不允许流经泵、阀门、孔板等形成流动高剪切力的设备，否则减阻高分子链被严重破坏，丧失减阻功效。所以减阻剂注入点一般选择在海底管线立管入口处。2 减阻率测定(1) 记录减阻剂注入前海底管线稳定的进出口压力，计算出压降值即为减阻前压力损失值；(2) 通过控制外输泵出口的控制阀稳定外输排量；(3) 从低至高调节减阻剂不同的注入浓度，在每一个注入浓度下，海底管线进出口压力稳定12小时；(4) 记录该浓度海底管线进、出口压力，并计算压降值即为该浓度下减阻后压力损失值；(5) 根据减阻前后压力损失值用下式计算减阻率： Dr=(P0-Pt)/ P0100% 式中 Dr减阻率，% P0减阻前压力损失值，kPa Pt减阻后压力损失值，kPa(6) 实验过程中，每15分钟记录外输流量表读数、减阻剂注入流量表读数、海底管线进出口压力及其它处理工艺参数，试验过程中确保外输泵排量稳定，某一注入浓度下，海底管线进出口压力稳定。3 增输率测定(1) 记录减阻剂注入前稳定的原油外输排量，即为增输前外输排量；(2) 根据外输泵额定运转电流载荷的限定，确定最大的外输排量；(3) 在保证生产正常的情况下，从低至高调节减阻剂注入浓度，在每一个注入浓度下，外输排量稳定12小时；（4）记录该浓度下稳定的外输排量，即为增输后该浓度下的外输排量；（5）根据增输前后的外输排量用下式计算出不同浓度下的增输率：I=(Q1-Q0)/ Q0100%式中 I增输率，%； Q1增输后的排量，m3/h； Q0增输前的排量，m3/h。（6）试验过程中，每15分钟记录外输流量表读数、减阻剂注入流量表读数、海底管线进出口压力及其它处理工艺参数。五、效果分析1 减阻效果在一定浓度范围内，随着减阻剂注入浓度的增加减阻率提高。在低浓度下，减阻效果显著；在高注入浓度下，减阻率变化趋于平缓；2 增输效果在一定浓度范围内，注入浓度与增输率成正比。3 经济效益分析一般在工业实际应用时，控制减阻率在20%左右，增输率在15%左右，在经济效益和节能上衡算较为有利。第四节 影响减阻剂作用的主要因素一、原油性质(1)原油粘度和密度越低，紊流条件越易达到，越有利于发挥原油减阻剂的作用，减阻剂在层流状态下不起作用。(2)原油含蜡量和含水率高，影响减阻剂的溶解，从而影响其减阻效率。二、减阻剂结构(1)减阻剂相对分子质量不宜过低或过高（一般以105106为宜）。过低则影响减阻效率，过高则影响油溶性能并易被剪切降解。(2)减阻剂主链应具有一定数量、一定长度的支链（如乙烯、丙烯与-烯烃共聚物），使减阻剂分子有适当的柔顺性，同时具有支链对主链的保护作用，以提高减阻剂的剪切稳定性和减阻效率。三、管输条件(1)管输温度越高，油的粘度越低，越有利于减阻剂起作用。(2)管输的流速越快，管径越小，雷诺数越大，紊流程度越高，减阻剂作用发挥越好。但当流速过快，引起减阻剂降解时，减阻剂的减阻效率就降低。(3)减阻剂在经节流装置时会发生降解，经泵剪切将完全失去减阻效力。因此，减阻剂只能在站间段注入管内才能起作用。(4)减阻剂的浓度越高，可使减阻效率增加，但超过一定数值后，减阻效率提高幅度减小。因此，原油减阻剂应有最佳的使用浓度。第五节 起到减阻作用的其它方法一、