稠油电磁防蜡降粘机理分析及实验研究

论文摘要

在稠油集输过程中,由于管线结蜡严重,导致集输管线输送能力下降,甚至停输,这一现象已成为世界石油工业迫切需要解决的技术难题之一。国内外稠油生产基地集输管线主要以加热加压方式防蜡,每年耗费大量的能源和资金。而磁防蜡降粘技术以其设备安装简单、使用方便、无污染、成本低、能有效提高稠油在集输管道中的流动性的特点越来越广泛地应用于油田。但是,目前对磁防蜡降粘机理认识还不够深入,导致所生产的磁防蜡器通用性不好,致使磁防蜡降粘技术在稠油集输领域没有被广泛应用。针对这一情况,本文找出石蜡沉积的内因,得出主要是由于石蜡结晶后,通过色散力相互作用形成三维网状结构所致;其中,蜡的组成、含量、性质及其在稠油中的形态等是导致稠油流变性质复杂及粘度异常的根本原因。同时,基于核磁共振理论,进行了磁防蜡降粘的机理分析,得出磁防蜡机理是蜡分子按能级规则排列与热运动共同作用的结果。其中分子按能级规则排列,使石蜡分子在结晶过程中间距增大,突破色散力,难以聚集形成三维网状结构,是磁防蜡降粘作用的主要机理。基于磁防蜡降粘机理的分析,研制了具有良好性能的磁防蜡降粘实验系统,其磁感应强度可在0~200mT内调节,并应用有限元仿真软件对其磁感应强度及分布进行仿真分析,磁场强度达到实验要求。采用研制的磁防蜡降粘实验系统对磁防蜡降粘机理进行了实验验证,并分析了蜡含量对稠油粘度的影响规律,及不同含蜡量稠油在磁处理后的降粘规律。结果表明,低温下稠油的粘度受蜡含量影响很大,随着蜡含量的增加,稠油粘度增大迅速;磁处理可以使稠油的粘度降低,各种含蜡量油样经磁处理,其降粘率都随着温度降低不断升高,且低温(粘度值在140~200mP·s范围内)降粘效果比较好,此后降粘率基本稳定;降粘率随磁感应强度增大而升高,在磁感应强度达160~170mT附近时降粘率达到峰值,此后随磁感应强度增大,降粘率基本稳定;磁处理后,稠油冷却过程中析蜡速度加快,释放潜热增多;磁处理使蜡分子规则排列是磁防蜡降粘主要原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 稠油资源
• 1.2.1 稠油储量
• 1.2.2 稠油特性
• 1.3 现存稠油输送方法不足及本课题的提出
• 1.4 磁防蜡降粘技术国内外发展现状及存在问题
• 1.4.1 磁防蜡降粘国内外研究现状
• 1.4.2 磁防蜡降粘存在的问题
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 基于核磁共振理论的磁防蜡降粘机理分析
• 2.1 稠油防蜡降粘理论基础
• 2.1.1 稠油中蜡的沉积特性
• 2.1.2 防蜡降粘的理论基础
• 2.2 磁防蜡降粘机理的理论分析
• 2.2.1 核磁共振理论
• 2.2.2 磁场对石蜡分子中磁性核的作用
• 2.2.3 磁场对石蜡分子中非磁性核的作用
• 2.2.4 磁防蜡降粘机理
• 2.3 本章小结
• 第3章 稠油磁防蜡降粘实验系统的研制
• 3.1 稠油磁防蜡降粘实验系统机械结构的研制
• 3.1.1 磁防蜡降粘实验系统总体结构
• 3.1.2 磁防蜡降粘实验系统电感线圈的研制
• 3.1.3 磁防蜡降粘实验系统性能参数
• 3.2 磁防蜡降粘实验系统磁场的有限元仿真
• 3.2.1 建模及划分网格
• 3.2.2 磁场仿真结果及分析
• 3.3 可控磁场强度的磁防蜡实验系统三相电源的研制
• 3.3.1 磁场强度的调节原理
• 3.3.2 磁防蜡降粘实验系统三相电源总体方案
• 3.3.3 磁防蜡降粘实验系统三相电源主电路
• 3.3.4 磁防蜡降粘实验系统三相电源控制的实现
• 3.4 电磁防蜡降粘实验系统的性能测试
• 3.5 本章小结
• 第4章 磁防蜡降粘机理实验研究
• 4.1 实验方案
• 4.1.1 实验内容
• 4.1.2 实验平台
• 4.1.3 实验方法及评价指标
• 4.2 实验结果及分析
• 4.2.1 蜡含量对磁处理前后稠油冷却速度的影响
• 4.2.2 磁处理对蜡及稠油粘温曲线的影响
• 4.2.3 蜡含量对磁处理前后稠油粘度的影响
• 4.2.4 冷却曲线法与粘温曲线法的相关性
• 4.2.5 实验结果
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢