[01142459]胶凝原油水力悬浮输送节能关键技术研究

1、课题来源与背景 本课题来源于大庆市指导性科技计划项目,项目编号：zd-2016-129。在我国,石油是主要的能源支柱之一,支撑着社会及经济的发展,而原油集输部分的能耗占原油生产总能耗的比重相对较大,消耗了大量能量。近些年我国各大油田相继开展了不加热集油工艺试验研究,成功研究了自然不加热集输、化学辅助、通球辅助,掺常温水等若干不加热集油工艺,并在生产中应用,取得了一些节能效果。对比其他研究方法,胶凝原油水力悬浮输送技术的提出是不加热原油集输的新突破,此方法是产出液通过流态化处理装置中的变径整形片时,被挤压成长条状,通过与其垂直的水流冲击剪切成颗粒状,并悬浮于水中,达到胶凝原油水力悬浮输送的目的,从而大大降低输送过程中的热量损失,达到节能目的。由于水力悬浮输送机理尚不明确,制约了该技术的发展。因此,为进一步实现节能降耗,有必要对水力悬浮集油工艺机理进行理论及试验分析研究。 2、研究目的与意义 通过理论及实验研究,研究胶凝原油水力悬浮输送这种高效节能新技术及方法,分析水力悬浮输送过程胶凝原油颗粒的分布规律,建立适合于水力悬浮输送的压降计算模型,更好更全面的研究水胶凝原油混合流动的相关特性,为油田特高含水期不加热集输系统运行管理提供理论参考及科学依据,丰富多相流领域的研究内涵。 3、主要论点与论据 前人的研究取得了一些成果,实验大都采用透明的白油为介质,且温度在凝点以上或是低于凝点1～2℃,关于低于凝点10～20℃的胶凝原油水力悬浮输送流型、胶凝颗粒分布特性、压降研究尚未见到相关报道。本项目采用理论及试验相结合的方法,对胶凝原油水力悬浮特性进行研究。本课题应用领域：油气水不加热集输领域,本课题技术原理：将产出液通过流态化处理装置中的变径整形片时,被挤压成长条状,通过与其垂直的水流冲击剪切成颗粒状,并悬浮于水中,达到胶凝原油水力悬浮输送的目的,从而大大降低输送过程中的热量损失,达到节能目的。 推广应用范围及条件：根据室内试验、现场试验和理论分析,有利于水力悬浮输送的条件是：混合液流速不低于0.49 m/s,含水率在82%以上,温度低于凝点13～23℃。对于最高速度的限制根据具体的管道长度确定,且确保井口压力不超过1.5MPa。比如管长为1000m的管道,最大流速为1.0 m/s。 4、创见与创新 胶凝原油-气-水多相流流动特性复杂多变,不同于传统的油气水多相流动,对于这种特殊的多相流体系颗粒粒径及混合物压降的研究尚未见相关报道。结合现场试验,针对胶凝原油水力悬浮输送过程的胶凝颗粒大小、粒径分布情况及压降变化规律展开研究,创新点有： ①首次得到了掺水温度温度为15℃（低于原油凝点23℃）时,水-胶凝原油两相流流型图。通过对混合流速范围为0.3～0.9m/s,含水率范围为70%～95%内水平管道内水-胶凝原油两相流大量实验数据及图片的分析,将水平管道内水-胶凝原油两相流流型定义为四种典型流型,分别是油-段塞流,油团悬浮流,油粒分层流,油粒分散流,并定量地绘制了水-胶凝原油两相流流型图。 ②测量了低于原油凝点的胶凝原油颗粒粒径大小,并运用Normal、Log-Normal及Rosin-Rammler三种分布函数描述粒径分布规律,研究发现Rosin-Rammler分布函数描述粒径分布规律效果最佳; ③利用量纲分析与试验相结合的方法建立了胶凝原油-气-水多相流压降计算模型,并给出了模型适用范围; ④给出了胶凝原油水力悬浮集输节能工艺方案。 5、社会经济效益及存在问题 社会经济效益：根据对比试验,加热输送能耗高,水力悬浮输送仅需要动力能耗,与加热输送能耗相比,全年节能率达到30%以上,水力悬浮输送工艺在加热输送工艺基础上增加一个价格较低的整形装置即可,初投资很低,可操作性强,具有很好的经济效益。 全面推广该项技术,为油田特高含水期不加热集输系统运行管理提供理论参考及科学依据,更好地促进多相流学科节能领域的发展。大庆油田平均年耗气量10×108m3,胶凝原油水力悬浮输送工艺比同工况加热集输预期节能30%以上,因此该项技术可使大庆地区每年减排CO2为3×108m3。 存在问题：输送到阀组间后的油水分离问题,由于掺水量大且掺水温度低,如果直接分离,所需热能消耗较大,产生的经济效益不明显。改进意见：进入阀组间后先沉降分离一部分低温水,再加热进行进一步油水分离,以达到所需要求。 6、历年获奖情况 2013黑龙江省科学技术进步奖二等奖 2013年中国石油和化学工业联合会科技进步奖二等奖 2013年黑龙江省科学技术进步奖一等奖 2014年大庆市科学技术进步奖二等奖 2017年大庆市科学技术进步奖一等奖