一种模拟原油管道输送过程中蜡沉积的检测方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种模拟原油管道输送过程中蜡沉积的检测方法及系统，属于原油集 输领域。
【背景技术】
[0002] 原油中的蜡是指碳数大于17的正构烷烃混合物，主要表现为石蜡和微晶蜡。我国 所产原油中80%为含蜡原油，其中典型的大庆油田原油含蜡量高达26.3%。蜡组分在原油 中的溶解度有限，当温度低于析蜡点，高碳数蜡分子首先析出为固体，随着温度降低，析蜡 量上升，同时析出蜡晶的起始碳数逐渐降低。对于寒冷地区敷设的原油输送管道，管壁温度 低于油流温度，过饱和蜡分子率先析出，造成径向蜡分子浓度差，沿管道径向传递至管壁的 过饱和蜡分子在管壁处析出并形成胶凝结构，对抗管流剪切的剥离作用而形成沉积层。随 着沉积层厚度的增长，管道的有效流通面积降低，摩阻增大，造成输送困难，严重时会造成 管道堵塞。蜡沉积的检测一直是原油流动安全保障领域中的热门课题，其中重点的研究方 向就是通过检测方法模拟输油管道中的蜡沉积过程，掌握蜡沉积层厚度增长速率。
[0003] 实验室内对蜡沉积进行检测模拟的关键在于构造与实际管流情况相符的温度场、 蜡分子浓度场、以及模拟沉积层形成过程中其表面承受的剪切应力。现有的原油蜡沉积的 检测研究方法主要有冷板法、冷指法和环道法。
[0004] 冷指法和冷板法通过在装有一定体积油样的油样容器中插入控温的冷板或冷指， 油样容器和冷指均装备有水套夹层，与控温水浴连接以建立温度场，使过饱和蜡分子沉积 在冷板或冷指表面，通过称量得到检测模拟前后冷板或冷指的质量变化，对蜡沉积速率进 行表征。由于这两种方法中使用的系统类比间歇釜反应器，行业内将其称为间歇釜冷指蜡 沉积检测装置。这两种方法的缺陷在于模拟检测的油样不更换，过饱和蜡分子在冷指/板的 表面沉积后无法得到补充，然而现实的情况是管道输送过程中油流在沉积层表面连续流 过，能够持续提供过饱和蜡分子;因此，冷指/板法由于存在过饱和蜡分子在冷指/板表面沉 积后无法得到补充的缺陷，相应会得到蜡沉积层增长速率不断降低并趋于停止的错误结 论。
[0005] 环道法则是利用管道栗将大量油样在小型管道环路中进行循环，环路中设置距离 相同的测量段与参比段，通过水套使测量段管道的壁温低于析蜡点，实现蜡沉积，降低管道 流通面积，造成测试段的管流摩阻高于参比段;通过对比测试段与参比段的压差，结合摩阻 计算方法，表征蜡沉积的增长速度。由于环道法的环道中循环的油样量较大，流经低温测试 段的油样中悬浮的蜡晶通过加热装置后将被溶解，作为过饱和蜡分子在下一次进入测试段 时，为蜡沉积做出贡献，从而克服了冷指/板法中蜡分子沉积后得不到补充的缺点。但是，小 型环道无法模拟实际管流的蜡沉积过程中沉积层壁面所承受的剪切应力。因为，环道法中 管道尺寸一般远低于实际输油管道，如果与实际管道保持相同流量，则环道流速远高于实 际流速，环道剪切应力高于实际情况;换言之，如果保持环道流速与实际流速相等，则雷诺 数远低于实际管道，甚至形成以环道中的层流模拟实际管道中紊流的情况。基于实际蜡沉 积过程中沉积层壁面所承受的剪切应力（原油粘度与剪切速率的乘积)与流速、流态密切相 关，而环道法中的小型环道不能通过调节流量模拟实际管流中沉积层壁面所承受的剪切应 力，即流量与剪切速率不能同时模拟。此外，环道检测装置设备复杂，需要配备流量、压力测 试装置及自控设备，造成占地面积大、投资成本高，仅在几所著名大学及石油公司科研机构 中建有环道装置。
[0006] 综合上述，现有的原油蜡沉积的检测方法在模拟实际输油管道的蜡沉积过程中都 存在一定的缺陷，为了使蜡沉积检测过程更接近于管道输送实际情况，需要研究新方法。
【发明内容】
[0007] 本发明所解决的主要技术问题，在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种模 拟原油管道输送过程中蜡沉积的检测方法，该方法能够更加准确地模拟实际管流中的蜡沉 积过程，有助于更加准确地研究管道输送过程中的蜡沉积规律。
[0008] 本发明还提供了一种模拟原油管道输送过程中蜡沉积的检测系统，使该检测系统 中因为沉积而损失的过饱和蜡分子得到补充，并应用平均剪切率相等的思路，实现了以搅 拌方法定量模拟管流剪切，使得检测系统中的蜡沉积过程更加接近于管输实际情况。
[0009] -方面，本发明提供一种模拟原油管道输送过程中蜡沉积的检测方法，该检测方 法包括以下过程：
[0010] 将高位储罐、油样容器以及低位储罐通过连接管组成油样通路，且所述高位储罐、 所述油样容器以及所述低位储罐的位置依次降低，将待测原油油样置于高位储罐及油样容 器中；
[0011] 在所述油样容器中心设置冷指装置，所述冷指装置有中空部分，将具有扭矩输出 功能搅拌器的搅拌桨设于所述冷指装置的中空部分，并从所述中空部分的底部伸出后浸没 在所述油样容器中的所述原油油样中；控制所述高位储罐内的油样温度与所述油样容器内 的油样温度一致;所述油样容器中的油样温度高于所述冷指装置表面的温度，且所述冷指 装置表面的温度低于所述原油油样的析蜡点；
[0012] 分别对所述原油油样进行管道输送及搅拌两种条件下平均剪切率的计算，使所述 两种条件下的平均剪切率相等，并基于该平均剪切率建立搅拌器的扭矩Μ与搅拌速率η乘积 Μη的表达式；
[0013] 根据所述Μη的表达式，针对不同搅拌速率η，确定对应的扭矩Μ计算值，建立1_~ η函数曲线；
[0014] 开启所述冷指装置中的所述具有扭矩输出功能的搅拌器，对所述油样容器中的所 述原油油样进行搅拌，改变其搅拌速率，得到针对不同搅拌速率η，得到对应的扭矩Μ测试 值，建立~η函数曲线；
[0015] 由Μ_~η函数曲线，以及Mi?M直~η函数曲线的交点，得到模拟管道输送条件下平 均剪切速率所对应的所述搅拌器的搅拌速率η*;
[0016] 将所述搅拌器的搅拌速率设置为所述交点所对应的搅拌速率η*，分别控制所述高 位储罐、所述油样容器以及所述冷指装置的温度，开通所述油样通路，在重力自流作用下， 所述原油油样从所述高位储罐流出，流经所述油样容器后进入所述低位储罐，蜡沉积实验 开始；
[0017] 维持搅拌t小时，将附着了蜡沉积物的所述冷指装置从所述油样容器中取出，称重 得到所述蜡沉积物的质量m，换算得到蜡沉积层的厚度δ，计算出蜡沉积层增长速率δ/t。
[0018] 进一步地，在本发明中，分别对所述原油油样进行管道输送及搅拌两种条件下平 均剪切率确定的方法为：
[0021] 使所述两种条件下的平均剪切率相等，得到扭矩与速率乘积Μη的表达式：
[0022] 式(3)中，Μ表示搅拌器的输出扭矩;η表示搅拌速率;f表示所述原油油样管道输送 过程的摩阻系数;u表示所述原油油样在管道中的流速;P表示所述原油油样的密度;D表示 输送管道的管径;V表示所述油样容器中所述原油油样的体积。
[0023] 在本发明的具体实施方案中，所述具有扭矩输出功能的搅拌器的搅拌速率可调 节，针对原油油样进行20r/min~300r/min速率范围内的扭矩扫描。
[0024] 在本发明的具体实施方案中，所述高位储罐的安装位置高于所述油样容器30cm; 所述油样容器的安装位置高于所述低位储罐30cm。
[0025] 在本发明的具体实施方案中，所述高位储罐与所述油样容器均设有控温夹层，将 控温水浴一分别与所述高位储罐的控温夹层、油样容器的控温夹层连接，形成闭合环路一。
[0026] 在本发明的具体实施方案中，将控温水浴二与所述冷指装置的中空夹层连接，形 成闭合环路二。
[0027] 另一方面，本发明还提供了一种实现上述检测方法