含蜡原油常温输送机理及流动改性方法研究

Wax crude oil is widely exisited in China’s inland, boundary and offshore oilfields, which is over 80% of total output. Due to high pour point and viscosity properties, wax oil transportation was born with severe issues as high energy consumption, low transport efficiency, heavier hydrocarbon deposition and even blockage. Aimed at energy conservation and pipeline safety, known as flow modification or pour point depressing, the macroscopic rheology and transportation mechanisms are investigated from the insight of microscope, considering the complex hydrocarbon compositions of wax crude oil, the influence of pressure gas and the emulsified water content. New nano chemistry and physical-chemical modifiers are developed, where the role of combined electro and magnetic field are investigated; The heat and mass transfer, phases equilibrium, wax and hydrate co-existing effect, and deposition mechanism of single wax oil flow (including resin & asphaltene), wax oil-water two phase flow and wax oil-gas-water-solid complex system are further clarified. Based on the above understanding, our main target is to establish an evaluation method of safety flow boundary and put forward the wax oil transportation at ambient temperature during both single and multiphase flow.

我国所产原油80%以上为含蜡原油，其高凝高黏特性给管道输送带来能耗高、易凝管等严重问题，蜡等重组分沉积则致使管输效率下降乃至管道堵塞、油井减产等。本项目抓住含蜡原油安全节能输送的关键，即流体的降凝降黏减阻（流动改性），从流体体系组成、各相物质存在形态及相互作用等微观和细观层面入手，表征宏观行为影响机制，研究单相及含气含水原油体系的析蜡、结构化、流动及重组分沉积等行为及其机理；揭示原油胶凝、新型纳米剂改性、电-磁场改性的机理；探究电-磁场和化学降凝剂综合处理强化改性效果的新方法；查明各种改性条件下单相及多相体系的流动、传热、相变与沉积耦合特性和管道运行规律；建立单相及油-水、油-气-水-固多相含蜡原油管道重组分（蜡及胶质沥青质）沉积模型；探索蜡晶与水合物颗粒共存多相体系的安全流动范围；提出单相及多相含蜡原油常温输送流动安全边界评价方法，为输油管道安全节能运行提供新的理论支持。

我国80%以上所产原油为含蜡原油，其高凝高黏特性给管道输送带来能耗高、易凝管等安全经济严峻问题。蜡等重组分沉积则致使管输效率下降乃至管道堵塞、油井减产等。项目组以为含蜡原油安全输送、经济运行的关键技术突破为目标，从流体体系组成、各相物质存在形态及相互作用等微观和细观层面入手开展流体的降凝降黏减阻（流动改性）工作，表征宏观行为影响机制，系统研究单相及含气含水原油体系的析蜡、结晶、结构化、流动及重组分沉积等行为及其机理，出色完成了研究任务和成果指标，主要创新如下：.本项目提出了蜡晶中蜡分子堆砌层排布有序程度的表征方法，从微观层面揭示了含蜡原油胶凝机理，厘清了蜡、胶质、沥青质等重组分沉积之间的内在联系。基于自主合成的有机-无机纳米杂化流动改性剂，详细探讨了其对含蜡原油的宏观、微观作用规律，发展了纳米降凝剂改性理论。首次提出电场-降凝剂综合改性方法，系统描述了纳米降凝剂及电场改性胶凝原油的流变行为，揭示了电场-降凝剂协同改性机制。在此基础上，进一步探究了溶气、蜡组分、温度对油-水乳状液流变行为的影响，探明了蜡晶在油水界面吸附的内在机理，建立了蜡与水合物耦合生长动力学模型、含蜡晶体系的天然气水合物浆液黏度模型。考察了不同类型纳米降凝剂对含水原油的宏、微观作用规律，提出了纳米降凝剂在原油-水两相体系中的作用机理。系统研究了高含水原油常温输送中的黏壁效应，明确了蜡晶析出与聚集是形成黏壁凝油团的主要原因，给出了含蜡油-水体系管壁黏附模式；确定了常温输送安全条件，为含蜡原油常温输送提供了理论指导。.项目发表79篇SCI/EI国际期刊论文，22篇国内期刊论文，参加国际会议51人次；获得省部级奖一等奖2项，二等奖2项，三等奖1项；授权发明10项，授权实用新型8项；培养青年长江学者1人，荣获政府特殊津贴1人。