基于超声波测试管内含蜡原油结构与启动特性研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:AJGSUN
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含蜡原油管道设计与运行的核心问题之一是如何确保管道停输后再启动的安全性。含蜡原油的胶凝特性、压缩特性以及屈服特性对管内含蜡原油的结构恢复与启动特性研究具有重要的意义。同时压缩系数和压力波速是计算管道再启动水力过程的关键参数,而目前针对在环道运行过程中直接测量的研究较少。本文自行设计并在管流环道装置的基础上搭建超声波测试系统,将超声波特性与管道压力变化规律相结合,从新的角度对原油管道动态降温、停输及启动过程进行了研究。获得主要成果及研究结论如下:(一)降温过程中,动态降温速率越大,原油结构越强,管道首末产生的压差越大,且超声波速越大;剪切速率越大,管壁对原油的剪切破坏越大,导致原油的结构越弱,超声波速越小。通过分析A点压力、首末压差以及管壁对原油的剪切应力随时间的变化规律,发现温度降低到析蜡点附近时三者曲线变化平稳,并随着温度的降低而增大,且温度越低,增大速率越快,反映了管内含蜡原油的结构变化情况;同时计算得到大庆原油在高温段的压缩系数和管道压力波速,大庆原油在26°C-65°C范围内的超声波速为1288 m/s-1455 m/s。(二)在管内含蜡原油结构恢复过程中,分析了密闭管内超声波特性,发现高温段超声波速、接收的电压信号值没有变化,停输温度越低,超声波速越大,接收电压信号值越小,超声波衰减越严重;通过将超声波速与管内压力变化特性相结合,对停输过程中不同影响因素进行探究,发现管内原油结构收缩产生负压,停输温度越低,超声波速和负压程度越大;同时停输温度越低、动态温降速率越大、预剪切率越小、首端施加瞬时压力越大,形成的管内含蜡原油结构强度越强,导致超声波速越大,管道首末压力变化值越大,指出超声波速可以用来反映管内含蜡原油结构恢复特性。(三)启动过程中,研究不同因素对超声波速、启动屈服应力的影响,发现随着启动温度的降低、启动流量的增大、动态温降速率的增加、预剪切速率的减小,超声波速和启动屈服应力随之增大;通过分析不同条件下的超声波速和启动屈服应力的变化关系,发现两者变化规律相似,从新的角度认识管内原油结构,指出超声波速可以用来定性的表征胶凝原油的结构强度。(四)通过探究停输再启动过程中超声波速的变化规律,发现启动初超声波速要比停输末要大,且测试温度越低,超声波速差值越大,指出启动初测试管段两端压差(35)P是产生这种现象的原因;启动末超声波速对比停输初有增大、相近、减小现象,表明启动成功后原油的结构与停输初原油的结构强度存在不同程度的变化;启动初到启动末超声波速的变化比值达到5.78%,表明需要考虑启动过程对超声波速的影响。
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