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原油油品表面張力與納米級(jí)復(fù)合降凝劑的性質(zhì)和溫度有何關(guān)系

來(lái)源:石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督 瀏覽 1231 次 發(fā)布時(shí)間:2023-04-26

通過(guò)添加降凝劑改善管道輸送原油的流變性,一直是石油儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)研究的熱點(diǎn)。其中,管道科技研究中心研制出了新型的納米級(jí)復(fù)合降凝劑,并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和工業(yè)應(yīng)用驗(yàn)證其針對(duì)含蠟原油具有良好的降凝降黏效果。但是,新型納米級(jí)復(fù)合降凝劑在后續(xù)的個(gè)別管道原油輸送應(yīng)用過(guò)程中,出現(xiàn)了初期降凝降黏效果不明顯的現(xiàn)象,極有可能是管道內(nèi)壁附著的凝油層被溶解脫落導(dǎo)致。


根據(jù)大量學(xué)者研究成果,原油在管輸過(guò)程中所形成的管壁凝油層與原油的表面張力有一定的相關(guān)性,其直接影響凝油層的厚度。表面張力指液體表面各部分間相互吸引的力,其作用于液體表面,促使液體表面積發(fā)生縮小的趨勢(shì)。表面張力的方向與液面相切,并與液面的任何兩部分分界線垂直,其大小與界面液體的性質(zhì)和溫度有關(guān)。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)量并分析了隨著溫度的升高,大慶原油和添加降凝劑的大慶原油黏度、表面張力的變化規(guī)律,初步探究了大慶原油在實(shí)際管輸過(guò)程中添加納米級(jí)復(fù)合降凝劑后降凝降黏效果不佳的原因。


1、實(shí)驗(yàn)


1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備及樣品


黏度實(shí)驗(yàn)儀器為HAAKE Viscotester 550型黏度計(jì)。表面張力測(cè)試儀器為芬蘭Kibron公司生產(chǎn)的Delta-8全自動(dòng)高通量表面張力測(cè)量?jī)x,量程:0~200 mN/m;靈敏度:±0.1m N/m;工作溫度范圍:10~30℃。


實(shí)驗(yàn)油品為大慶原油、添加EVA的大慶原油和添加納米級(jí)復(fù)合降凝劑的大慶原油。其中,加劑油的降凝劑含量為管道實(shí)際輸送工況中的添加量(EVA 50μg/mL,納米級(jí)復(fù)合降凝劑100μg/mL)。


1.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程


1)首先,將原油樣品置于攪拌器內(nèi)通過(guò)水浴加熱到65℃并以100 r/min的速率持續(xù)攪拌,恒溫10 min,以0.5℃/min的降溫均速降至測(cè)試溫度。


2)表面張力測(cè)試:①表面張力儀水平調(diào)節(jié);②凈化處理鉑金環(huán)和試樣杯;③通過(guò)質(zhì)量法定標(biāo)表面張力儀;④校核表面張力儀;⑤分別測(cè)試3種不同原油樣品在50、45、40、35℃下的表面張力。


3)黏度測(cè)試:通過(guò)黏度計(jì)測(cè)試25℃、剪切速率50 s-1下3種不同原油樣品的黏度。


2、結(jié)果與分析


2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果


3種不同原油樣品的表面張力測(cè)試和黏度測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 3種不同原油樣品的表面張力測(cè)試和黏度測(cè)試結(jié)果


2.2結(jié)果分析


從表1可以看出,處理后添加納米級(jí)復(fù)合降凝劑100μg/mL大慶油樣、添加傳統(tǒng)EVA降凝劑50μg/mL大慶油樣、大慶空白油樣在25℃、50 s-1測(cè)試條件下的黏度是依次升高的,添加納米級(jí)復(fù)合降凝劑100μg/mL的大慶油樣品黏度最低,為75 mPa·s。相同的測(cè)試溫度條件下,黏度越大的油樣表面張力越大。其中,空白油表面張力最大,添加傳統(tǒng)EVA降凝劑的油樣次之,添加納米級(jí)復(fù)合降凝劑的油樣最小。原油油品的表面張力隨著溫度的降低而增大。


實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了溫度是影響原油表面張力的主要因素之一。通過(guò)分子熱力學(xué)分析,當(dāng)降低原油溫度,原油分子無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)減少,分子平均動(dòng)能降低,分子平均運(yùn)動(dòng)振幅和間距減少,分子間的平均引力勢(shì)能增加,從而表面張力增大;宏觀表現(xiàn)為原油黏度增加。這也是同一溫度下,添加納米級(jí)復(fù)合降凝劑的大慶油樣品表面張力最小的原因。


根據(jù)以上分析,初步推測(cè)添加納米級(jí)復(fù)合降凝劑后大慶原油降凝降黏效果不佳的原因:可將含蠟原油管輸初期在管壁處形成的凝油層和流動(dòng)原油視為不同的界面液體,隨著管道輸送時(shí)間的增加,凝油層在管壁處不斷生長(zhǎng),導(dǎo)致管徑減小,管道內(nèi)原油流速不斷增加,凝油層和流動(dòng)原油界面處的剪切應(yīng)力不斷加大,當(dāng)其與原油重力的合力大于兩者之間的表面張力時(shí),將會(huì)把部分凝油剝離下來(lái)。當(dāng)大慶原油添加納米級(jí)復(fù)合降凝劑初期,凝油層與原油間的黏度和表面張力較小,使得多年沉積的凝油較容易從管道內(nèi)壁被剝離,而多年凝油增加了原油中的蠟含量,導(dǎo)致納米級(jí)復(fù)合降凝劑的降凝降黏效果不佳。


小結(jié);


1)大慶原油表面張力隨著溫度的降低而增加,與油品的黏度有相關(guān)性。


2)含蠟原油管輸過(guò)程中,原油表面張力越小,凝油層越不容易生長(zhǎng),加劑后凝油層越易從管壁剝落。這極有可能是大慶原油添加納米級(jí)復(fù)合降凝劑初期降凝降黏效果不明顯的原因。


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