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稠油超声波降粘试验研究

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超声波 试验 研究
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稠 油 超 声 波 降 粘 试 验 研 究孙 仁 远 (石 油 大 学   山 东 省 东 营 市   257061)王 连 保 (胜 利 油 田 海 洋 开 发 公 司   山 东 省 东 营 市   257000)彭 秀 君   张   静 (辽 河 油 田 油 气 集 输 公 司   辽 宁 省 盘 锦 市   124209)刘 建 鹏 (胜 利 石 油 学 校   山 东 省 东 营 市   257061)桑 福 平 (胜 利 油 田 孤 岛 采 油 厂   山 东 省 东 营 市   257000)11 引 言目 前 , 我 国 稠 油 的 年 产 量 已 达 到 1200 × 104t ,成 为 世 界 稠 油 生 产 大 国 之 一 , 为 我 国 陆 上 石 油 的 稳产 和 国 民 经 济 的 发 展 做 出 了 重 要 贡 献 。 然 而 稠 油 的高 粘 度 直 接 影 响 了 稠 油 输 送 的 成 本 和 效 益 。 为 了 降低 稠 油 输 送 管 路 的 摩 阻 损 失 , 必 须 采 取 必 要 的 降 粘措 施 。近 年 来 , 稠 油 输 送 方 法 主 要 有 加 热 输 送 、 掺 稀油 输 送 、 低 粘 液 环 输 送 、 乳 状 液 输 送 等 。 这 些 方 法都 有 各 自 的 局 限 性 , 诸 如 耗 能 大 、 成 本 高 、 效 益 差等 。 尤 其 是 对 于 含 水 率 很 低 的 外 输 油 , 不 可 能 采 用以 乳 化 降 粘 为 主 的 化 学 降 粘 方 法 。原 油 超 声 波 降 粘 技 术 是 近 几 年 来 迅 速 发 展 起 来的 一 种 新 技 术 ,随 着 稠 油 资 源 的 开 发 ,其 在 石 油 领 域的 潜 在 作 用 越 来 越 引 起 人 们 的 重 视 。 人曾 于 1998 年 测 量 了 声 波 场 作 用 下 的 石 油 动 态 粘 度 ,经 30~ 60 声 波 处 理 后 ,石 油 粘 度 下 降 了 20 %~ 25 %。 加 拿 大 于 1993 年 报 道 :沥 青 体 系 经 超 声 波处 理 后 ,粘 度 下 降 幅 度 超 过 12 %。 有 人 也 曾 做 过 超声 波 处 理 稠 油 的 试 验 ,结 果 表 明 ,20 稠 油 经 超声 波 处 理 2 ,其 粘 度 降 低 24 %。 特 别 是 掺 入“ 活 性 水 ” 的 稠 油 ,用 超 声 波 处 理 后 ,可 使 稠 油 的 粘 度大 大 降 低 ,同 时 可 减 少 活 性 剂 的 用 量 。尽 管 如 此 , 对 于 超 声 波 降 粘 的 规 律 尚 未 得 到 充分 的 认 识 , 超 声 波 降 粘 真 正 应 用 到 实 际 生 产 中 还 有许 多 问 题 需 要 进 一 步 探 讨 , 为 此 进 行 室 内 试 验 。试 验 油 样 分 别 来 自 胜 利 油 田 孤 岛 采 油 厂 和 辽 河油 田 坨 首 站 外 输 油 , 其 中 胜 利 油 田 孤 岛 采 油 厂 的 原油 经 过 室 内 脱 水 处 理 。试 验 仪 器 主 要 有 79 旋 转 粘 度 计 、 恒 温 水浴 、 超 声 波 发 生 器 、 秒 表 等 。21 试 验 结 果 与 分 析211   不 同 温 度 下 稠 油 超 声 波 降 粘 效 果在 不 同 的 温 度 下 , 测 量 了 同 一 原 油 在 相 同 的 超声 波 作 用 条 件 下 的 降 粘 效 果 。 结 果 发 现 , 随 着 温 度的 升 高 , 原 油 的 超 声 波 降 粘 效 果 略 有 降 低 , 尤 其 是温 度 高 于 60 ℃ 以 后 。 但 是 , 考 虑 到 在 高 温 下 原 油蒸 发 的 因 素 , 降 低 的 幅 度 会 有 所 减 小 。 在 试 验 中 也发 现 , 在 高 温 下 , 随 着 超 声 波 的 作 用 , 原 油 的 表 面出 现 明 显 的 气 泡 , 原 油 的 蒸 发 现 象 会 比 低 温 下 严 重得 多 。212   稠 油 降 粘 效 果 与 超 声 波 处 理 时 间 的 关 系对 于 同 一 油 样 , 在 相 同 的 温 度 下 , 测 量 了 在 不同 的 超 声 波 处 理 时 间 作 用 下 的 降 粘 效 果 。 结 果 发现 , 随 着 处 理 时 间 的 增 加 , 原 油 的 超 声 波 降 粘 率 提高 , 这 主 要 是 由 于 超 声 波 提 供 了 更 多 的 能 量 所 致 。213   超 声 波 处 理 后 粘 度 恢 复 的 测 定试 验 发 现 , 在 超 声 波 处 理 后 , 原 油 的 粘 度 会 略有 回 升 , 这 说 明 超 声 波 处 理 能 够 影 响 稠 油 的 结 构 ,导 致 其 粘 度 的 降 低 , 但 在 超 声 波 处 理 后 , 由 于 稠 油结 构 的 恢 复 , 引 起 稠 油 粘 度 的 回 升 。 而 从 回 升 的 幅度 来 看 , 仍 远 低 于 处 理 前 的 粘 度 , 从 而 证 明 超 声 波处 理 可 能 引 起 稠 油 分 子 结 构 的 变 化 , 导 致 其 部 分 结构 永 久 性 的 改 变 , 引 起 原 油 的 粘 度 降 低 。31 超 声 波 降 粘 的 机 理 分 析超 声 波 在 液 体 媒 质 中 传 播 时 , 不 仅 具 有 空 化 作用 , 而 且 还 有 机 械 振 动 作 用 和 热 效 应 。 它 们 对 原 油降 粘 分 别 起 着 特 殊 的 作 用 。22               油 气 田 地 面 工 程 第 20 卷 第 5 期 (2001. 9) 3 3 3 作 者 请 访 问   空 化 作 用一 定 频 率 的 超 声 波 通 过 液 体 时 , 使 液 体 中 的 微小 泡 核 被 激 活 。 当 声 压 足 够 大 时 , 在 声 波 负 压 作 用下 , 气 泡 核 膨 胀 ; 在 声 波 正 压 作 用 下 , 气 泡 核 压缩 , 表 现 出 气 泡 核 的 振 荡 、 生 长 、 收 缩 、 崩 溃 等 一系 列 动 力 学 过 程 。 气 泡 核 崩 溃 时 , 在 其 周 围 的 极 小空 间 和 极 短 时 间 内 , 局 部 产 生 高 温 达 10000 ℃ , 瞬时 压 力 可 达 几 千 甚 至 几 万 个 大 气 压 , 并 伴 随 着 强 烈的 冲 击 波 和 时 速 达 400 右 的 射 流 , 这 就 是 空 化现 象 。 超 声 波 空 化 作 用 可 以 改 变 原 油 内 部 结 构 , 使原 油 的 部 分 大 分 子 断 裂 为 小 分 子 , 并 部 分 被 乳 化 ,使 原 油 粘 度 降 低 。312   机 械 振 动 作 用超 声 波 在 弹 性 介 质 中 传 播 时 , 使 弹 性 粒 子 的 振幅 、 速 度 及 加 速 度 发 生 显 著 变 化 。 机 械 振 动 作 用 可加 速 原 油 中 较 小 分 子 与 惰 性 大 的 大 分 子 链 之 间 的 相对 运 动 , 从 而 增 大 了 它 们 之 间 的 摩 擦 力 。 这 种 摩 擦力 可 以 打 断 C — C 键 , 破 碎 大 分 子 团 , 可 起 到 降 粘的 作 用 。313   热 作 用超 声 波 在 原 油 中 传 播 时 , 原 油 介 质 吸 收 声 能 转化 成 热 能 ; 在 不 同 介 质 的 分 界 面 处 , 边 界 摩 擦 产 生热 ; 空 化 作 用 在 气 泡 崩 溃 时 产 生 热 , 使 原 油 的 温 度升 高 , 从 而 使 原 油 降 粘 。以 上 分 析 表 明 , 超 声 波 作 用 能 够 降 低 原 油 的 粘度 , 从 而 减 少 原 油 的 流 动 阻 力 , 提 高 稠 油 的 举 升 和输 送 效 果 。41 结 论(1) 对 原 油 进 行 超 声 波 处 理 可 以 明 显 降 低 原 油的 粘 度 , 降 粘 幅 度 可 达 50 %以 上 。(2) 温 度 对 原 油 降 粘 效 果 有 较 大 的 影 响 。 温 度越 低 , 其 降 粘 幅 度 越 大 ; 温 度 越 高 , 其 降 粘 幅 度 越小 。(3) 超 声 波 处 理 时 间 对 降 粘 效 果 的 影 响 是 处 理时 间 越 长 , 其 降 粘 率 越 大 。(4) 声 强 对 降 粘 效 果 有 影 响 。 强 声 作 用 可 以 永久 性 降 低 原 油 粘 度 , 而 弱 声 则 需 延 长 作 用 时 间 , 否则 粘 度 会 有 所 恢 复 。参 考 文 献1   黄 序 韬 1 超 声 波 采 油 应 用 的 国 外 研 究 现 状 1 应 用 声 学 ,1985 , 4 (4) 12   阎 向 宏 , 严 炽 培 1 超 声 波 降 低 稠 油 粘 度 的 实 验 研 究 1 声学 与 电 子 工 程 , 1996 (专 刊 ) 13   应 崇 福 1 超 声 学 1 北 京 : 科 学 出 版 社 , 199014   宋 建 平 1 声 波 采 油 技 术 1 国 外 油 田 工 程 , 1992 , 415   杨 光 华 1 稠 油 加 工 论 文 集 , 山 东 : 石 油 大 学 出 版 社 ,19901(收 稿 日 期   2000206225     编 辑   张 秀 丽 )(上 接 19 页 ) 到 14 × 108 元 人 民 币 。 采 用 各 种 形 式的 电 加 热 集 输 吨 油 自 耗 气 18 单 井 投 资 在 85 ×104~ 95 × 104 元 以 内 , 百 万 吨 产 能 投 资 达 到 1217 ×108 元 人 民 币 。表 1   各 种 单 管 电 加 热 方 式 投 资 、 运 行 费 对 比单 管 类 型 单 井 投 资(104 元 )供 热 运 行 费(元 / d) 备   注树 状 式 5310 2340 各 系 统 单 井 投 资 之 和循 环 式 8811萨 尔 图 式 8612单 管 小 环 11113 35041995~ 1997 年 , 实 际 推 广 337 口 井 。 从 油 气 集输 工 艺 流 程 各 项 技 术 经 济 指 标 比 较 可 以 看 出 , 单 管小 环 电 加 热 集 油 流 程 与 双 管 掺 活 性 水 流 程 相 比 , 节省 一 次 性 基 建 投 资 42 % , 与 同 样 环 状 流 程 相 比 节省 5 %~ 7 % ; 单 管 小 环 电 加 热 集 油 流 程 与 双 管 掺活 性 水 流 程 相 比 节 省 供 热 运 行 费 48 % , 与 同 样 环状 流 程 相 比 节 省 15 %。31 结 语(1) 采 用 电 加 热 集 油 流 程 , 可 以 维 持 正 常 的 原油 集 输 生 产 , 大 幅 度 减 少 掺 水 量 , 降 低 站 内 掺 水 炉热 负 荷 。(2) 采 用 电 加 热 集 油 流 程 , 解 决 了 低 油 气 比 油田 燃 料 问 题 , 是 开 发 “ 三 高 ” 、 “ 两 低 ” 油 田 经 济 有效 的 途 径 。(3) 单 管 小 环 电 加 热 集 油 流 程 一 次 投 资 及 运 行费 用 低 , 与 双 管 流 程 相 比 节 省 一 次 投 资 42 % , 与同 样 环 状 流 程 相 比 节 省 5 % , 供 热 运 行 费 用 和 双 管流 程 相 比 降 低 , 与 同 样 环 状 流 程 相 比 节 省 15 %。(收 稿 日 期   2001204210     编 辑   王 德 祥 )32    油 气 田 地 面 工 程 第 20 卷 第 5 期 (2001. 9) 3 3 3 设 计 人 员 请 访 问      
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