【《稠油管输技术发展研究的国内外文献综述》4900字】

稠油管输技术发展研究的国内外文献综述1.1稠油分类及基本性质根据国际上许多石油领域的学者实验研究发现，稠油中所含沥青质以及胶质的量稠油总组分中的占比相当的高，相较于这两种组分而言，轻质组分占比相当少。有学者做了多种稠油组分研究的实验，发现在实验条件为300℃时，稠油中轻质组分占比只有10%。实验结果还表明，部分密度及粘度较大的稠油，其胶质和沥青质含量也比较大。反之胶质和沥青质含量少的稠油，其密度和粘度也比较小。多数学者根据稠油的这种特性制定了稠油与稀油的区分标准，粘度及密度大的称之为稠油，反之就为稀油。通过对稠油组分的实验研究分析，发现其中还存在相当一部分的稀有金属元素，其中最具代表性的是镍元素和钒元素，这两种金属元素在稠油组分中占有相当大的比例[5]。下面就我国稠油分类标准及定义和国际稠油分类标准及定义做了基本介绍。国际分类标准及定义：稠油和沥青砂是地球上远古动植物残骸经过亿万年高温高压条件演变发展而成的天然不可再生资源，它们普遍以液态或半固态存在于地底岩石缝隙中，它们的主要物性都有粘度以及密度表示。稠油的分类标准是指在初始地层温度下，粘度在100mPa·s~10000mPa·s范围内为稠油，粘度超过10000mPa·s为沥青砂；在标准大气压和16.5℃下，密度在0.934g/cm3~1.0g/cm3范围内为稠油，密度超过1.0g/cm3为沥青砂[6]。我国稠油分类标准及定义：为了加快世界稠油资源的开发与利用，方便整合利用全球所有稠油开采国的技术研究资源，国家规定稠油分类标准必须参照国际标准制定，但是也必须将中国稠油资源的特性作为考虑因素。主要按照稠油的粘度和相对密度特性来进行稠油分类。将粘度在50mPa·s以下的原油称为稀油；将粘度在50mPa·s~10000mPa·s的原油称为普通稠油；将粘度在10000mPa·s~50000mPa·s的原油称为特稠油；将粘度在50000mPa·s以上的原油称为超稠油或者天然沥青[7]。1.2稠油管输技术研究现状随着国际上许多稠油资源开采国对稠油开发利用技术的研究不断加深，稠油的开采和管道输送技术已经日趋成熟，稠油资源的开发利用难度与中轻质原油资源的开发利用难度已经逐步缩小。在当今石油行业中，通过对稠油加热，加剂以及掺稀油的方式来降低其粘度，以便其可以正常输送的技术应用最为广泛。1.2.1加热输送技术根据相关资料表明，稠油的粘度与温度存在着极为密切的关系，粘度随温度升高而降低。稠油加热输送技术就是通过对管道输送的原油进行加热来降低其粘度，以便其可以更加平稳安全的输送。但是稠油加热输送技术存在一个极大的弊端，随着加热过后的稠油在管道中的流动，其温度逐渐降低，当稠油温度低于管道周围的土壤温度时，会导致稠油粘度急剧升高，发生凝管的事故，造成巨大的经济损失。并且加热输送对于燃料资源的消耗比较大，热能利用率也比较低，不是特别的经济环保。采用加热输送方法的管道在停输再启动的时候操作较为繁琐，因此，加热输送在现在的原油管道输送中不再过多使用。而最新的发展速度极快的电加热技术解决了传统燃料加热法存在的各种问题，这种方法可以实现对输油管道的间歇性加热以及局部加热，但是这种技术一般不会单独在原油管道输送中使用，常常会同其他方法一起使用起到协同作用。1.2.2加剂输送技术稠油加剂输送技术顾名思义就是通过在稠油中添加油溶性降粘剂，根据相似相溶原理使稠油的粘度下降的一种具有极高研究价值的稠油输送技术。截止当前，各国研究人员将油溶性降粘剂大致分为3类：一类是缩合性聚合物，一类是不饱和单体共聚物，还有一类是高分子表面活性剂。在国际石油界广泛采用的降粘剂或多或少都存在局限性，这对于稠油加剂输送技术的推广发展极为不利。1.2.3掺稀输送技术在稠油输送过程中，将一定比例的稀油加入到稠油中来降低稠油的粘度，这种降粘方法被称为稠油掺稀降粘技术。这种方法的原理就是通过稀油来稀释稠油中沥青质，降低其浓度，从而使稠油粘度降低。确定了所要采用的稠油输送技术后，要进行具体的水力、热力计算，对稠油输送方案进行进一步的研究。1.3输油管道热力水力研究现状在使用管道输送原油的过程中需要对热力水力进行具体的计算分析，以此来解决管道运行过程中遇到的各种问题。主要是对沿程温降以及沿程压降的计算，对此许多管道设计师对于热力水力方面都有不错的研究进展。1.3.1热力研究现状针对于埋地管道的温降问题，Ewing，RobertC[7]等学者通过研究发现，对原油进行加热处理，可以更好的改变其流动性，并且其通过计算得出了油品在不同温度下的流变特性。Thornton.D.E[7]通过对管道保温层进行分析研究得出了在不同情况下原油的在管输过程中的沿程温降。GrameG.King[7]等学者通过对苏霍夫公式进行简化处理后，该计算公式可以较为准确的预测出输油管道的平均温度。HookerP.R[7]在研究中通过建立数学模型，并通过该模型对管道沿程温降进行计算后，发现结果具备了一定的准确性。德翔恩[8]等人在对焦耳-汤姆逊效应进行研究时对原油管道热力情况进行具体分析后，得出了加热输送管道的热力计算公式，而王岳[8]则是在以提高原油管道热力计算精度的基础上，对其加入了对管道内部油品流动时的运动对油品物性的考量以及将管道运行过程中的摩擦热加入其中，通过利用数值积分的方法，对一般情况下的工况进行计算后，发现其计算结果较为准确。王海琴[9]通过利用能量平衡关系，对含蜡原油输油管道进行计算时发现，相较于苏霍夫计算公式，该方法更能准确的计算出总传热系数。而王凯[9]等学者则是通过利用c-t的关系，对在不同温度下的含蜡原油的比热容与温度的计算公式进行计算推导，进而得出了不同种类的原油的在输油时的沿程温降的推导公式，并通过计算得出，该结果更符合实际的运行状况。而魏立新等人[10]则在对总传热系数进行分析时，提出通过利用向量计算的方法对管道的温降进行计算时，结果更加准确。通过分析可知在对管道沿程温降进行计算时，通过采用苏霍夫计算公式对原油的基本物性进行基础运算，但是，在计算时，总传热系数比较难以进行计算，因此，管道的热力计算在学界仍然是一个有待解决的问题。1.3.2水力研究现状Dukler[11]在研究中指出，在输送油品的过程中，其中斜管段中产生的压降主要是因为在下坡过程中因势能的变化而导致其加速下降，该学者通过考虑位移对油品流动速度的影响提出了不同流型下的计算方法。而Beggs-Brill[12]则是在考虑到管路在沿线中因地势的起伏而造成的影响，并通过利用能量守恒方程进行推导计算，并通过大量试验后对水力摩阻系数以及截面持液率进行了确定。Stapelberg[13]在对油品的摩擦阻力进行计算时，其采用了通过实验研究的方法对油品进行假设计算，最终计算结果有着较好的结果。李占利[14]等人基于国外学者的研究结果，编制了一套关于油品输送的计算程序。Hewitt[15]等学者通过运用计算公式对原油输送的水平管段进行了计算，但是其计算过程相对复杂，但是结果较为良好。林松[16]以及陈涛平[17]等学者通过研究并结合实际情况，建立了相对应的计算模型，通过对比发现，该模型更符合实际生产。通过对国内外学者的研究结果分析可知，研究者已经取得了较多的研究成果，但是其部分还存在着局限性，关于管道水力计算，还应结合实际情况进行研究计算。在管道输送多种油品时，不仅需要进行水力、热力计算，还需要考虑顺序输送方案的设计问题，下文对顺序输送的混油机理和顺序输送方面的国内外研究现状做了详细介绍。1.4顺序输送研究现状1.4.1顺序输送混油机理原油顺序输送过程中必定会产生混油情况，在各种混油情况中沿程混油是最为常见的混油情况。沿程混油产生的主要原因是多种油品之间的对流传递以及扩散传递。多种油品在管路中顺序输送时，不同的流动状态产生的混油量也会不相同。在流态为层流时，管道内多种油品之间会发生流速不均匀的情况，从而发生对流传递导致混油的产生。而在流态为湍流时，管道内多种油品之间流速分布均匀，从而发生扩散传递导致混油的产生。1.4.2原油管道顺序输送工艺从20世纪初起，就已经产生了顺序输送的方法，这种方法是源于美国，他们采用此工艺运输量3中品级的煤油。接着到了30年代末的时候，来自美国的壳牌石油管道公司在伍德河其中的一条管道上采用了此种方法，输送了密度接近相同的汽油和煤油，同时为了检测混有界面，该公司还分别在两种油品的交界处加入了染色剂来达到此目的。时间过到40年代，这时候的石油发展就已经油很大的进步了，此时ide油品已经可以达到10多种，其中包含到的品级和牌号都能够达到上百种的类型。一般情况下，一些发达国家在进行油品运输时，都会选择管道顺序输送，并且，截止那时，顺序输送已经有了很大的发展。但是，国内的情况就比较糟糕，在这方面的技术还处于相对落后的状态，市面上也还没有出现过相关的报道，原油输送在那个时代也才刚刚起步[18]。不过在国家很多年努力的成果下，国内的成品油输送也已经有辽很大的进步，基本上是可以正常的运行了。在2004年6月，我国出现了这方面的工程，位于长三角地区炼化企业的原油管道，念书了达到2.5×107t，此管道长度达到973km，以及2.7×107t的设计年输量。位于西部的原油成品油管道工程，管线从鄯善到=到达兰州，管线的长度达到1550km，以及2×107t的年输量，此条管道中的原油属于混合原油，是需要输送至塔里木、吐哈以及北疆着三座油田之中的[18]。1.5管道工程优化仿真模拟软件截止当前，全球石油开采国在工程仿真方面用到的主流软件有：TLNET软件以及SPS软件。这些工程软件可以帮助管道设计师在设计初期大致了解设计方案的实际运行效果。1.5.1SPS软件安家荣[20]等人利用SPS软件研究了外界环境对停输温降的影响进行仿真模拟，经软件优化模拟后分析得出以下结果。（1）油温与地温之间温差越小,则管内原油温降速度就越缓慢。如图1-1所示；图1-1地温对停输温降的影响（2）随土壤导热系数的增大,管道的停输温降也变化越快。如图1-2所示；（3）管径管径越大,停输温降越慢。如图1-3所示。1.5.2OLGA软件王倩楠[20]等人利用OLGA软件对苏嵯输油管道不同季节停输过程的温降规律进行模拟，模拟变化规律见图1-4所示。经软件优化模拟结果得出；管道内部原油随低地温的变化而变化，当地温越低,原油的温降越快。因为冬季管道埋深处的土壤温度是最低的,管道沿线热量损失较大，最终导致原油的进站温度低,温降速度变快,所以停输时间也最短；秋季管道埋深处土壤温度比较高,沿线热量损失较小,温降速度也越慢,因此停输时间较长。图1-2土壤导热系数对停输温降的影响图1-3管径对停输温降的影响图1-4不同季节停输后终点油温随时间变化参考文献[1]袁美和,马浩,柯辉,等.纳米SiO2复合降粘剂的合成与性能评价[J].精细化工,2021,(11)：17~18[2]李洋,杨欢,刘磊,等.一种新型稠油降粘剂的制备与评价[J].合成化学,2020,28(07)：649~654[3]衣哲.稠油乳化降粘研究进展[J].化工管理,2020,(12)：117~118[4]王勇.稠油降黏技术研究进展及发展趋势研究[J].中国石油和化工标准与质量,2019,39(21)：201~202[5]郭钰铂.稠油降粘剂专利技术分析[J].南方农机,2019,50(03)：1~51[6]陈辉,蔡微微,陈昭伟,等.垦西特超稠油性能评价及降粘技术研究[J].内江科技,2019,40(07)：28~61[7]郑万刚,赵晓,王飞,等.稠油开采降粘剂研制及性能评价[J].化工管理,2019,(31)：217~218[8]徐英彪.新型稠油化学降粘减阻剂的研制[J].中国石油和化工标准与质量,2018,38(01)：124~125[9]王培.稠油降粘剂降粘技术研究[J].辽宁化工,2018,47(09)：960~965[10]彭飞.超稠油化学降粘剂研究进展[J].中国石油和化工标准与质量,2018,38(22)：136~137[11]陈宁宁,宋立新,郑云重,等.新型聚合油溶性稠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