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[摘 要]在原油输送过程中，由于原油集输管道沿线的温度逐渐降低，当温度低于析蜡点时，原油中会析出固体石蜡结晶，部分石蜡结晶会粘附在集输管道内壁上，形成石蜡结晶中心，或悬浮于原油中形成固、液两相系统。当温度继续降低时，管道壁面石蜡晶体开始长大、扩展，形成厚度不均匀的结蜡层，致使管道内径逐渐变小，内壁粗糙度增加，进而造成结垢而堵塞管道。当原油中石蜡晶体大量析出后，管道会降低集输油的能力、增加集输油的耗能，严重影响了原油的正常输送，甚至可能造成集输管道等事故，给原油管道的输送带来很大的安全隐患。因此，解决原油结蜡问题成了当前需要研究的重要课题。本文主要分析了含水率对原油集输管道结蜡影响。
[关键词]含水率；原油集输管道；结蜡；影响
中图分类号：TE832 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）37-0057-01
1原油集输管道石蜡沉积机理
原油集输管道中的蜡沉积是一个复杂的过程，是多种因素共同作用的结果。当含蜡量较高的石蜡基原油在管道输送途中会随着管道沿线温度场的变化而改变，并不断析出固体石蜡结晶，这些结晶会附着于管道内壁表面，形成石蜡结晶中心，或者直接悬浮于原油中以固、液两相形态同时存在。温度越低，石蜡结晶中心的面积就越大，最终形成大厚度的结蜡层，使原油集输管道内径缩小，增大流通阻力，降低管道原油的输出流速和输出量。原油集输管道的石蜡沉积机理则相当复杂，它是由多种因素共同发生作用所造成的，比如说原油的组分、油壁温差、输油温度、输油流速流型、沉积时间以及管壁材质等等。目前典型的石蜡沉积机理主要有一下几种：
1.1分子扩散
若油流温度以及蜡点温度都比管道温度要高，则石蜡分子就可能会在原油集输管道壁出發生结晶现象，此外该处的石蜡分子浓度会比流动的石蜡分子浓度要低，在扩散定律的作用下，会有一定的浓度梯度在管壁处的石蜡分子和流动的石蜡分子间产生，进而管壁周围会有石蜡分子不断的聚集进而发生沉淀情况，由此可见，若油流温度以及蜡点温度都比管道温度要高，在管道壁处就会有石蜡分子发生结蜡现象。
1.2剪切弥散
剪切弥散认为当石蜡沉积以后在高流场速度梯度下就会向管壁方向移动，它所遵循的是速度梯度而不是浓度梯度，这与分子扩散及布朗运动机理所理解的方向都不相同。它同时也认为，如果原油油流与管壁之间没有温度差时，分子扩散运动是不会形成的，所以石蜡的沉积完全是剪切弥散作用，是由石蜡晶体颗粒的速度梯度升高所造成的最终沉积。
1.3剪切剥离作用
当原油流速增加时，管壁位置的剪切应力会随着原油流动的速度的提升而不断增大。当剪切应力增大到某一特定值，能够破坏石蜡沉积层的强度时，可以将沉积在管壁上的蜡沉积物直接冲刷下来，和油流一起流走。基于剪切剥离作用，原油的流型、流速和流态对沉积物厚度以及硬度有重要的影响。
1.4布朗运动和重力沉降
布朗扩散说则认为悬浮于原油中的石蜡晶体颗粒存在无规则的热运动（即布朗运动），当原油中存在石蜡晶体颗粒浓度梯度时，布朗运动的结果使得石蜡晶体从油流中浓度较高的石蜡晶体的区域迁移到管壁附近，继而沉积下来。在重力沉降机理中则又认为石蜡晶体颗粒与液态原油之间是存在较高密度差的，所以石蜡晶体颗粒由于重力原因才会沉降附着于管壁并最终结晶。
1.5老化机理
石蜡的硬度和其平均的碳原子数会伴随着沉积时间的不断延长而不断增长，如果原油的温度超过了石蜡的温度，那么就会有凝油层在管壁处产生，这样石蜡分子、油流以及沉积层表面都会以该凝油层为通道向管壁处移动，进而发生结晶现象。然而由于沉积层当中的轻烃的扩散方向相对于原油的流动方向是反向的，因此就会造成沉积层含油量的大幅度降低，却使其含蜡量增加，上述即为老化原理。
2原油集输管道结蜡模型
由于石蜡沉积机理复杂，影响因素众多，而且其发生沉积的原理也是相当复杂的，因此目前大部分国家的很多企业都在对原油集输管道结蜡问题进行不断地研究，而且很多企业都对石蜡沉积速率模型进行了建立。但其中大多是在理论分析的基础上构建的，需要借助于基础实验及流动模拟实验结果进行数据拟合，合理确定其中的经验性参数，才能用于实际生产管道的蜡沉积计算和预测。本文根据常用的蜡沉积倾向系数法建立原油集输管道石蜡沉积的模型。
该模型考虑了管壁处剪切应力、径向温度梯度的影响，管道壁面处的剪切应力、径向温度梯度对蜡沉积倾向系数有较大的影响，定义蜡沉积倾向系数与管壁处的剪切应力、径向温度梯度的相关式为fktm（dT/dr）n，在该公式中f表示为石蜡沉积的倾向系数，t表示为管壁处剪切应力，dT/dr表示为管壁处的径向温度梯度，而k、n、m均为常数且可在实验中予以确定。在对石蜡的沉积速率进行计算时，一般采用的公式是wf（1/u）（dC/dT）（dT/dr），w表示为石蜡的沉积速率，u表示为原油黏度，dC/dT表示为石的溶剂系数。对以特定位置的油田为案例，采用室内管流方法对其进行模拟实验，这样就可以获得k、m、n、p等相关常数进而对石蜡的沉积速率进行有效的计算，就可以建立基于原油集输管道的石蜡沉积模型。
3含水率对原油集输管道结蜡的影响
针对某一油田在一年当中最低与最高土壤温度情况，本文对含水量对原油集输管道结蜡造成的影响进行了详细的分析，该油田所处区域在一年当中最高温度以及最低温度分别为9℃和-9℃，以这两种土壤环境为基础，对原油当中的含水情况在各种集油温度以及流量状态下对集输管道结蜡情况的具有影响进行了深入透彻的研究分析。
3.1研究结果
研究结果表明对于不同含水率原油，集输管道结蜡速率的最高点出现在转相点（50%～65%）附近，原油含水率增大，集输管道结蜡速率呈减小趋势；同一含水率和同一流量下，集油温度越高，结蜡速率越小；同一含水率和同一集油温度下，结蜡速率随着原油流量的减小而增大，在该年季节最低土壤温度条件下，流量为5m3/d时集输管道的结蜡速率相当于流量为45m3/d时的4倍以上；对于不同的土壤温度，土壤温度为-9℃时对应的结蜡速率值较土壤温度为9℃时高出1倍之多。综合考虑模拟土壤温度为-9℃和模拟土壤温度为9℃，可以得到以下规律：含水率增大，结蜡速率减小；转相点附近时集输管道的结蜡速率最高。
3.2原因分析
对可能的原因进行探究，本文以为如果转相点处于百分之五十到60%的位置，那么其所处环境类型为油包水型，虽然没有显著地水环在管道的横截面处产生，但是管壁和原油之间的接触是非常紧密的，这样析出的石蜡晶体和溶解状态的石蜡分子之间的径向浓度梯度会不断增加，在管道的液态与固态交界处会不断发生聚集进而析出，进而使得结蜡的速率大大增加，但是体系的黏度会随着含水率的不断提升而不断下降，因此就会不断减小结蜡的速率。
4结束语
综上所述，通过本文的简单研究，基本认识到了在原油集输管道中石蜡沉积结层的基本机理，并探讨了不同含水率对管道内结蜡规律所产生的不同影响。因此在原油集输管道建设中一定要尽量避开那些结蜡相对严重的位置进而保障原油输送作业稳定、顺利的进行。并做到对管道的精心保护和管理，避免结蜡现象的出现，保证原油生产运输的良性循环。
参考文献
[1]油气集输管道的腐蚀机理与防腐技术研究进展[J].孙今勃.全面腐蚀控制.2017（01）
[2]高原原油集输管道结蜡规律及防护技术[J].于宏庆，马云.油气田地面工程.2014（10）
[3]含水率对原油集输管道结蜡影响分析[J].朱敬华，王双喜，徐海波，王春报.广州化工.2013（05）
[4]管道结蜡对计量误差的影响[J].赵瑾，宋涛，李国锋.中国计量.2017（03）
作者简介：
惠晓永，男，1981年10月出生，工程师，从事油田集输系统管理工作。
[关键词]含水率；原油集输管道；结蜡；影响
中图分类号：TE832 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）37-0057-01
1原油集输管道石蜡沉积机理
原油集输管道中的蜡沉积是一个复杂的过程，是多种因素共同作用的结果。当含蜡量较高的石蜡基原油在管道输送途中会随着管道沿线温度场的变化而改变，并不断析出固体石蜡结晶，这些结晶会附着于管道内壁表面，形成石蜡结晶中心，或者直接悬浮于原油中以固、液两相形态同时存在。温度越低，石蜡结晶中心的面积就越大，最终形成大厚度的结蜡层，使原油集输管道内径缩小，增大流通阻力，降低管道原油的输出流速和输出量。原油集输管道的石蜡沉积机理则相当复杂，它是由多种因素共同发生作用所造成的，比如说原油的组分、油壁温差、输油温度、输油流速流型、沉积时间以及管壁材质等等。目前典型的石蜡沉积机理主要有一下几种：
1.1分子扩散
若油流温度以及蜡点温度都比管道温度要高，则石蜡分子就可能会在原油集输管道壁出發生结晶现象，此外该处的石蜡分子浓度会比流动的石蜡分子浓度要低，在扩散定律的作用下，会有一定的浓度梯度在管壁处的石蜡分子和流动的石蜡分子间产生，进而管壁周围会有石蜡分子不断的聚集进而发生沉淀情况，由此可见，若油流温度以及蜡点温度都比管道温度要高，在管道壁处就会有石蜡分子发生结蜡现象。
1.2剪切弥散
剪切弥散认为当石蜡沉积以后在高流场速度梯度下就会向管壁方向移动，它所遵循的是速度梯度而不是浓度梯度，这与分子扩散及布朗运动机理所理解的方向都不相同。它同时也认为，如果原油油流与管壁之间没有温度差时，分子扩散运动是不会形成的，所以石蜡的沉积完全是剪切弥散作用，是由石蜡晶体颗粒的速度梯度升高所造成的最终沉积。
1.3剪切剥离作用
当原油流速增加时，管壁位置的剪切应力会随着原油流动的速度的提升而不断增大。当剪切应力增大到某一特定值，能够破坏石蜡沉积层的强度时，可以将沉积在管壁上的蜡沉积物直接冲刷下来，和油流一起流走。基于剪切剥离作用，原油的流型、流速和流态对沉积物厚度以及硬度有重要的影响。
1.4布朗运动和重力沉降
布朗扩散说则认为悬浮于原油中的石蜡晶体颗粒存在无规则的热运动（即布朗运动），当原油中存在石蜡晶体颗粒浓度梯度时，布朗运动的结果使得石蜡晶体从油流中浓度较高的石蜡晶体的区域迁移到管壁附近，继而沉积下来。在重力沉降机理中则又认为石蜡晶体颗粒与液态原油之间是存在较高密度差的，所以石蜡晶体颗粒由于重力原因才会沉降附着于管壁并最终结晶。
1.5老化机理
石蜡的硬度和其平均的碳原子数会伴随着沉积时间的不断延长而不断增长，如果原油的温度超过了石蜡的温度，那么就会有凝油层在管壁处产生，这样石蜡分子、油流以及沉积层表面都会以该凝油层为通道向管壁处移动，进而发生结晶现象。然而由于沉积层当中的轻烃的扩散方向相对于原油的流动方向是反向的，因此就会造成沉积层含油量的大幅度降低，却使其含蜡量增加，上述即为老化原理。
2原油集输管道结蜡模型
由于石蜡沉积机理复杂，影响因素众多，而且其发生沉积的原理也是相当复杂的，因此目前大部分国家的很多企业都在对原油集输管道结蜡问题进行不断地研究，而且很多企业都对石蜡沉积速率模型进行了建立。但其中大多是在理论分析的基础上构建的，需要借助于基础实验及流动模拟实验结果进行数据拟合，合理确定其中的经验性参数，才能用于实际生产管道的蜡沉积计算和预测。本文根据常用的蜡沉积倾向系数法建立原油集输管道石蜡沉积的模型。
该模型考虑了管壁处剪切应力、径向温度梯度的影响，管道壁面处的剪切应力、径向温度梯度对蜡沉积倾向系数有较大的影响，定义蜡沉积倾向系数与管壁处的剪切应力、径向温度梯度的相关式为fktm（dT/dr）n，在该公式中f表示为石蜡沉积的倾向系数，t表示为管壁处剪切应力，dT/dr表示为管壁处的径向温度梯度，而k、n、m均为常数且可在实验中予以确定。在对石蜡的沉积速率进行计算时，一般采用的公式是wf（1/u）（dC/dT）（dT/dr），w表示为石蜡的沉积速率，u表示为原油黏度，dC/dT表示为石的溶剂系数。对以特定位置的油田为案例，采用室内管流方法对其进行模拟实验，这样就可以获得k、m、n、p等相关常数进而对石蜡的沉积速率进行有效的计算，就可以建立基于原油集输管道的石蜡沉积模型。
3含水率对原油集输管道结蜡的影响
针对某一油田在一年当中最低与最高土壤温度情况，本文对含水量对原油集输管道结蜡造成的影响进行了详细的分析，该油田所处区域在一年当中最高温度以及最低温度分别为9℃和-9℃，以这两种土壤环境为基础，对原油当中的含水情况在各种集油温度以及流量状态下对集输管道结蜡情况的具有影响进行了深入透彻的研究分析。
3.1研究结果
研究结果表明对于不同含水率原油，集输管道结蜡速率的最高点出现在转相点（50%～65%）附近，原油含水率增大，集输管道结蜡速率呈减小趋势；同一含水率和同一流量下，集油温度越高，结蜡速率越小；同一含水率和同一集油温度下，结蜡速率随着原油流量的减小而增大，在该年季节最低土壤温度条件下，流量为5m3/d时集输管道的结蜡速率相当于流量为45m3/d时的4倍以上；对于不同的土壤温度，土壤温度为-9℃时对应的结蜡速率值较土壤温度为9℃时高出1倍之多。综合考虑模拟土壤温度为-9℃和模拟土壤温度为9℃，可以得到以下规律：含水率增大，结蜡速率减小；转相点附近时集输管道的结蜡速率最高。
3.2原因分析
对可能的原因进行探究，本文以为如果转相点处于百分之五十到60%的位置，那么其所处环境类型为油包水型，虽然没有显著地水环在管道的横截面处产生，但是管壁和原油之间的接触是非常紧密的，这样析出的石蜡晶体和溶解状态的石蜡分子之间的径向浓度梯度会不断增加，在管道的液态与固态交界处会不断发生聚集进而析出，进而使得结蜡的速率大大增加，但是体系的黏度会随着含水率的不断提升而不断下降，因此就会不断减小结蜡的速率。
4结束语
综上所述，通过本文的简单研究，基本认识到了在原油集输管道中石蜡沉积结层的基本机理，并探讨了不同含水率对管道内结蜡规律所产生的不同影响。因此在原油集输管道建设中一定要尽量避开那些结蜡相对严重的位置进而保障原油输送作业稳定、顺利的进行。并做到对管道的精心保护和管理，避免结蜡现象的出现，保证原油生产运输的良性循环。
参考文献
[1]油气集输管道的腐蚀机理与防腐技术研究进展[J].孙今勃.全面腐蚀控制.2017（01）
[2]高原原油集输管道结蜡规律及防护技术[J].于宏庆，马云.油气田地面工程.2014（10）
[3]含水率对原油集输管道结蜡影响分析[J].朱敬华，王双喜，徐海波，王春报.广州化工.2013（05）
[4]管道结蜡对计量误差的影响[J].赵瑾，宋涛，李国锋.中国计量.2017（03）
作者简介：
惠晓永，男，1981年10月出生，工程师，从事油田集输系统管理工作。