摘要
稠油是高密度、高粘度和组分复杂的石油资源，在高含水油田的地面集输系统中常常出现管壁粘附现象。管壁粘附现象给地面集输系统带来了较大的热能损耗，严重危害了集输管道的安全运行和油田企业的生产效益。本文围绕高含水低温集输管道稠油粘附机理展开了探究，系统开展了高含水低温集输稠油粘附规律、粘附层结构和界面特性、微观粘附机理以及粘附能量预测模型等研究。 首先，通过微观分子动力学模拟解释了稠油/水/管壁体系粘附作用机理，发现范德华引力相互作用是影响粘附现象的最主要驱动力之一。体系中饱和烃和芳香烃构成了油滴内部，胶质与沥青质主要分布在油水和油/壁界面层。带有杂原子官能团的胶质和沥青质分子在管壁处产生优先接触粘附的现象。胶质对沥青质分子的存在增溶作用，过剩的沥青质分子会抑制胶质的增溶效应，沥青质多倍聚集体将会出现于体系中。沥青质聚集体可有效增强粘附层的结构强度，且聚集体的形成存在临界浓度。 其次，探究了输送温度、综合含水率和胶质沥青质含量对高含水稠油粘附规律的影响。利用环道实验对高含水稠油的低温流动特性开展了实验分析，提出了八种常见的低温流型，并得出了最易发生稠油管壁粘附的流型。对分层流模型与均相流模型的润湿系数和粘度计算模型进行了修正，压力梯度计算结果平均相对误差在±25%以内。综合考虑流型、压力梯度和稠油粘附层，提出了高含水稠油低温集输的集油温度判别方法。对稠油粘附层的形成与发展以及结构特性进行了分析，认为粘附区域和内聚区域构成了稠油粘附层。 最后，建立了适用于不同性质高含水稠油的粘附能量预测模型，可通过粘附能量的变化规律计算粘附温度。综合考虑分子间热运动驱动力、管流剪切应力、范德华引力与双电层静电斥力的能量变化关系，对稠油液滴在管壁表面上的粘附过程进行了定量描述。范德华引力和双电层静电斥力的相互作用受到温度、离子浓度、分离距离和油滴粒径等因素的影响。粘附能量预测模型计算结果误差在2 ℃之内。根据模型计算的粘附温度开展高含水稠油集输干线的低温集输现场试验，实现了外输温度降低8~16 ℃的良好试验效果。
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