CN108982307B - 一种测量含蜡原油结蜡量的实时在线测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种测量含蜡原油结蜡量的实时在线测量装置，其包括：样品槽，其被置于恒温水浴中以容纳原油样品；结蜡筒，位于样品槽内部，以容纳从原油样品中沉积的蜡；并且，结蜡筒连接至测量***，以测量原油样品的结蜡量；循环油泵，其能够带动样品槽中的原油样品循环流动；流速传感器及温度检测器，位于样品槽内部，对原油样品进行测量并传输信号，并且信号能够传输至数据采集***；随着结蜡筒中结蜡量的变化，测量***的信号能够实时传输至数据采集***，从而能够对原油样品的结蜡量进行实时测量。并且，样品槽和结蜡筒结合循环油泵及环形隔板而形成原油样品的循环流动通道，以测量不同轴向剪切速率下的原油结蜡量。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量含蜡原油结蜡量的实时在线测量装置。特别地，涉及一种适用于高含蜡原油举升过程中输油管道结蜡及输送过程中管道结蜡速率测量的实时在线测量装置。
背景技术
目前，管道输送原油是普遍采用的一种输油方式。这种方式具有运量大、投资较小、占地面积少、受地理条件限制少、不易受气候影响、以及能够长期稳定运行、安全系数高，漏失污染少、并且能够集中控制等诸多优点。然而，含蜡原油在开采和管道输送过程中由于环境温度的降低会沉积在井壁和管壁上，这减小了管道的有效流通截面，使得管道的输送能力降低。更有甚者，还会造成管道堵塞等事故。
并且，大多数原油含蜡高、凝点高，且低温时粘度大。而蜡在原油中的溶解度会随温度的降低而下降，在油温高于析蜡点时，蜡将全部溶解于原油中，形成具有牛顿性质的溶液；油温低于析蜡点而高于反常点时，仍然是牛顿流体；当油温低于反常点时，溶液才具有非牛顿流体特性。进一步，当管壁温度低于析蜡点时，蜡晶不断在管壁上析出，将减少有效管径、降低输量、增大压降甚至阻塞管道，即形成“蜡沉积”现象，管输原油中的蜡沉积现象是长期困扰原油生产和运输的一个难题。
研究表明，含蜡原油管道的固相沉积物除了蜡之外，还包括沥青质胶质、砂和其他机械杂质，并且还有相当高含量的液态烃也被束缚在蜡结构的孔隙之中。对管道割口的检测结果表明，管壁沉积物具有明显的分界，紧贴管壁处的类似细砂的薄层其主要成分为蜡，且具有一定的剪切强度，厚度一般只有几毫米，在蜡层上面厚度较大的一层是凝油。例如，大庆矿区管道的沉积物所测得的含蜡量为40％～50％，胶质含量为20％～24％，含油量为30％～40％；库都线管壁的沉积物含蜡量则高达63％，胶质含量为8.19％，沥青质含量为3.23％，液态油及其他杂质的含量为25.53％。从上述管道的沉积物组成来看，沉积物的成分主要以蜡为主，且凝油的含量也相当高。因此，常把沉积层看作多孔介质，其主要包括固体蜡和包裹其上的凝油。沉积层中固体蜡的含量与温度、原油剪切速率及原油的组成有关。蜡沉积使管道流通面积减小，摩擦阻力增大，并且增大了油流至管内壁的热阻，使管道的总传热系数下降。因此，研究蜡沉积的机理及沉积规律，为管线运行制定合理的防蜡及清管方案提供科学的依据具有重要的实际意义。
目前，油田普遍应用的防蜡技术主要包括热力防蜡技术、化学防蜡技术、及强磁防蜡技术等，这些防蜡技术仍存在热能损失、污染地层、局限性大及施工成本高等诸多问题。在现有的多种用来测量管道中的蜡沉积厚度以及蜡沉积总量的蜡沉积试验装置中，原理上都是使原油和石蜡沉积表面具有一定的温差，大致可分为如下4类。
第一类：静态“冷指”和“冷板”法，这类方法的原理是将通有冷却介质的金属管或金属板浸入原油中，控制原油和冷却介质的温度，并测量在规定时间内金属管或金属板上沉积的蜡量。这种静态装置的缺点是不能有效地反应管道实际运行时的动态结蜡情况。第二类：转盘法，转盘法的原理是将通有冷却介质的金属盘浸入原油中，金属盘在电机带动下转动，控制原油和冷却介质的温度以及金属盘的转速，测量在规定时间内金属盘上沉积的石蜡量。该方法测量和控制比较方便，但蜡要沉积在旋转的内盘上，这与实际管道内原油流动沉积在固定表面上是不一致的。第三类：环道法，环道法的原理是将原油在管道内循环，管道浸于冷却介质中，控制原油的流量、原油和冷却介质的温度，测量在规定时间内管道内壁上的结蜡量。然而，这种环道测量蜡沉积厚度较为复杂，因为原油粘度随测量时间的延长发生变化，很难确定压降增大是由于管径变小还是粘度变化引起的。同时，环道用油多、耗时长。第四类：旋转式动态结蜡装置，该装置的原理是通过恒温油浴及恒温水浴控制样品筒内原油温度和结蜡筒外壁的温度，使得结蜡筒外壁处温度低于样品筒内油温且小于原油析蜡点，同时控制样品筒在某一速度下旋转，使结蜡筒壁面处原油处于一定的剪切强度下，此时结蜡筒外壁上将会有蜡层产生，从而模拟原油在一定剪切应力和油壁温差下的结蜡实验。该实验装置能够较好地反应原油在管道中的流动状况，且贴近现场管道中的原油结蜡规律。然而，该装置需要实验结束后拆下试验管段来称量结蜡量，会造成滴落现象，实验用油多，并且实验周期较长。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于测量含蜡原油剪切沉积速率及结蜡量的实时在线测量装置。该测量装置能够简明、迅速、准确地测量出含蜡原油在不同条件下的蜡沉积速率，且能够为明确原油输送管道的实时结蜡情况以及确定管道清理周期提供依据。
为实现上述目的，根据本发明的实时在线测量装置具体能够包括：样品槽，样品槽被置于恒温水浴中，用于容纳原油样品；结蜡筒，结蜡筒位于样品槽内部，以凝结从原油样品中沉积的蜡；并且，结蜡筒能够连接至测量***，以测量原油样品的结蜡量；循环油泵，循环油泵能够带动样品槽中的原油样品进行循环流动；流速传感器，流速传感器位于样品槽内部，对原油样品进行测量并传输信号，并且信号能够传输至数据采集***；以及温度检测器，温度检测器位于样品槽内部，对原油样品进行测量并传输信号，并且信号能够传输至数据采集***；环形隔板，环形隔板使得样品槽形成两个空间，原油样品在两个空间内可循环；以及导流网板，导流网板位于样品槽下部，对原油样品进行单向流动控制；并且其中，随着结蜡筒外壁结蜡量的变化，测量***的信号也能够实时传输至数据采集***，从而能够对原油样品的结蜡量进行实时测量。
根据本发明的实时在线测量装置，在一个优选实施方案中，样品槽和结蜡筒能够结合循环油泵及环形隔板而形成原油样品的循环流动通道，以测量不同轴向剪切速率下的原油结蜡量。
根据本发明的实时在线测量装置，在一个优选实施方案中，流速传感器和温度检测器能够将在样品槽内检测到的信号传输至外部终端，并且能够转化为可读取的数据。
根据本发明的实时在线测量装置，在一个优选实施方案中，结蜡筒能够根据原油样品的输送管道的特征而制成；并且结蜡筒与天平直接相连，基于原油样品和结晶蜡存在密度差的原理，可直接称量结蜡筒壁面的结蜡量。
根据本发明的实时在线测量装置，在一个优选实施方案中，测量装置能够连续测量原油样品在不同时刻的结蜡量，而不需要将结蜡筒从原油样品中分离。
根据本发明的实时在线测量装置，在一个优选实施方案中，测量装置中加入的原油样品能够循环使用。
根据本发明的实时在线测量装置能够实现以下几方面的应用：(1)结蜡筒根据实际生产中原油输送管道的特点而制成，能够更加真实的模拟出实际生产中的原油结蜡情况；(2)该测量装置能够实现一次加入原油样品，连续测量不同时刻的结蜡量；且在测量时不需要将结蜡筒从原油样品中分离出来，能够避免结蜡筒分离时出现原油滴漏现象及该现象对真实结蜡量的影响；(3)现有测量装置需要加载径向剪切速率，与之不同的是，根据本发明的测量装置能够实时测量不同轴向剪切速率对原油结蜡的影响，更接近原油输送时的真实情况。
本发明还提供了一种用于原油结蜡速率的连续测量的实时在线测量方法，能够实现不同轴向剪切速率和不同时刻的连续测量。具体地，根据本发明的实时在线测量方法能够包括如下步骤：
步骤(a)：将样品槽置于恒温水浴中，并将结蜡筒、流速传感器及温度检测器置于样品槽内，温度检测器和流速传感器检测样品槽内原油样品的信号，并发送信号至数据采集***；
步骤(b)：样品槽及结蜡筒结合环形隔板、循环油泵而形成原油样品的循环流动通道；
步骤(c)：依靠循环油泵的循环作用带动原油样品进行循环流动，并测量原油样品在不同轴向剪切速率下的结蜡量；
步骤(d)：样品槽内部的结蜡筒连接至测量***；并且，通过低温恒温水浴内部的冷循环导管对结蜡筒进行温度控制；
步骤(e)：在结蜡筒的外壁固定支架，支架另外一端与天平直接相连，可实时在线读取天平的示数，应用密度差原理，从而得到结蜡量；并且，随着结蜡筒质量的变化而实时传输信号至测量***，以对原油样品的结蜡量进行实时在线测量。
根据本发明的实时在线测量方法，在一个优选实施方案中，能够连续测量原油样品在不同时刻的结蜡量，而不需要将结蜡筒从原油样品中分离。
根据本发明的实时在线测量方法，在一个优选实施方案中，结蜡筒能够根据原油样品的输送管道的特征而制成；并且，结蜡筒与天平直接相连，基于原油样品和结晶蜡存在密度差的原理，可直接称量结蜡筒壁面的结蜡量。
根据本发明的实时在线测量方法，在一个优选实施方案中，流速传感器和温度检测器能够将在样品槽内检测到的信号传输至外部终端，并且能够转化为可读取的数据。
根据本发明的实时在线测量方法，在一个优选实施方案中，将结蜡筒悬浮于原油样品中，通过常规恒温水浴、低温恒温水浴对原油及结蜡筒壁面进行控温，使它们达到要求的温度，此时通过实时测量结蜡筒的质量，连续测量不同时刻原油结蜡量。
根据本发明的实时在线测量方法，在一个优选实施方案中，能够通过常规恒温水浴、低温恒温水浴分别控制样品槽及结蜡筒壁面的温差，测量不同温差条件下的结蜡速率。
根据本发明的实时在线测量方法，在一个优选实施方案中，样品槽、结蜡筒与环形隔板间隙、循环油泵构建出原油样品的循环流道，能够通过改变循环油泵吸入原油样品的流量大小而调节环形隔板与样品槽之间原油的流速，从而改变结蜡筒轴向剪切速率，以实现不同轴向剪切速率下的蜡沉积速率测量。
根据本发明的实时在线测量方法，其所采用的测量方法为直接测量法，简单准确，能够准确反映测量结果，并且有效地应用于高含蜡原油举升过程中输油管道中结蜡量及输送过程中管道结蜡速率的测量。
根据本发明的实时在线测量装置及测量方法具有如下有益效果：
根据本发明的测量装置和测量方法，能够实现结蜡装置的简易化，操作简单，且实验装置体积小，占地面积少，实验所需的原油样品也能够进行循环利用，实验装置的投资成本相对较低；结蜡筒实现了与测量***的天平直接相连，应用原油和蜡晶存在密度差的原理，能够直接称量结蜡筒壁面上的结蜡量，使用方便、测量准确率高。
并且，根据本发明的测量装置和测量方法，除了能够用于常规的结蜡模拟和预测外，还能够用于评价不同剪切速率下的结蜡效果、研究结蜡层的组成及各组分的比例等。
进一步，根据本发明的测量装置和测量方法，配有传感器及数据采集处理***，直接传输到电脑可以进行数据采集及数据记录分析，同时还能够生成电脑数据库模式，用以分析及制作曲线图，可随时导入数据文档，以便于使用者使用。
附图说明
图1是根据本发明的用于测量含蜡原油剪切沉积速率及结蜡量的实时在线测量装置的示意图。
图2是根据本发明的实时在线测量装置的水浴装置的示意图。
图3是根据本发明的实时在线测量装置的结蜡装置的示意图。
其中：1：循环水浴锅；2：保温塑料水管；3：常规恒温水浴；4：样品槽；5：结蜡筒；6：流速传感器；7：冷循环导流管；8：低温保温盖；9：高温保温盖；10：支架；11：温度检测器；12：低温恒温油浴；13：环形隔板；14：天平；15：导流网板；16：电控箱；17：温度调节器；18：温度显示器；19：恒温水浴进口；20：恒温水浴箱；21：冷却水装置进口；22：冷却水装置出口；23：结蜡筒壁；24：过流通道；25：循环油泵；26：恒温水浴出口；27：水浴循环通道；28：温度调节器；29：锅体保温盖。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来进一步描述本发明。
根据本发明的实时在线测量装置具体包括：样品槽4，样品槽4被置于恒温水浴中，用于容纳原油样品；结蜡筒5，结蜡筒5位于样品槽4内部，以凝结从原油样品中沉积的蜡；并且，结蜡筒5能够通过支架10连接至测量***的天平14，以测量原油样品的结蜡量；循环油泵25，循环油泵25能够带动样品槽4中的原油样品进行循环流动；流速传感器6，流速传感器6位于样品槽4内部，对原油样品进行测量并传输信号，并且测得的信号传输至数据采集***；以及温度检测器11，温度检测器11位于样品槽4内部，对原油样品进行测量并传输信号，并且将测得的信号传输至数据采集***；环形隔板13，环形隔板13使得样品槽4形成两个空间，原油样品在两个空间内可循环；以及导流网板15，导流网板15位于样品槽4下部，对原油样品进行单向流动控制。
根据本发明的一个具体实施方案，用于测量含蜡原油剪切沉积速率及结蜡量的实时在线测量装置是一台实验装置，图1所示为该实验装置的整体结构示意图。如图1所示，该实验装置中还能够循环水浴锅1、常规恒温水浴3、低温恒温水浴12、保温塑料水管2、冷循环导流管7、电控箱16及其操作***等。在根据本实施方案的实时在线测量装置中，在样品槽4中安装有流速传感器6及温度器11，固定在环形隔板13内部，通过循环油泵12的作用带动样品槽中原油样品经过导流网板15单向流动进行样品循环，从而通过样品槽4、结蜡筒5与环形隔板13间隙、循环油泵25构成原油样品的循环流道，测量不同轴向剪切速率下的原油结蜡量；在样品槽4外部通过常规恒温水浴2对样品槽进行温控，操作如图2所示的水浴装置调节温度调节器28，通过温度显示器18读取样品槽4的温度；在样品槽4内悬置的结蜡筒5其内部是低温恒温水浴12，在此之间通过冷循环导流管7进行水浴循环温控，冷循环导流管7分别连接低温恒温水浴锅的入口和出口，在结蜡筒5外壁上固定有支架10，支架10另外一端与天平14通过螺母固定，能够实时在线读取天平的示数，从而得到不同时刻结蜡筒5外壁结蜡量。
流速传感器6将力学信号转化为电信号，通过数据线传输到数据采集***中的数据采集卡上。样品槽4的入口由保温塑料管2连接常规恒温水浴3的出口，样品槽4的出口由保温塑料水管2连接常规恒温水浴3的入口，通过常规恒温水浴控制样品槽4的温度。
并且，通过低温恒温水浴12对结蜡筒5进行降温，使结蜡筒5壁面达到所需温度，二者通过保温塑料水管2连接到水浴装置。如图2所示，常规恒温水浴3对样品槽4进行温控，使样品槽4达到所需温度也同样连接油管水浴锅1，其温度控制可由***控制箱17上面的温度调节器28进行调节，并可在温度显示器18上显示。
图3为根据本发明的实施例的结蜡装置的示意图。其中，将结蜡筒5悬浮于样品槽4中，通过常规恒温水浴3对样品原油进行温度控制，使其达到要求的温度，通过常规恒温水浴3、低温恒温水浴12分别控制样品槽4及结蜡筒5壁面的温差，测量不同温差条件下的结蜡速率；样品槽4、结蜡筒5与环形隔板13间隙及循环油泵25构建出原油样品的循环流道，通过改变循环油泵25吸入原油样品的流量大小而调节环形隔板13与样品槽4之间原油的流速，从而改变结蜡筒轴向剪切速率，实现不同轴向剪切速率下的蜡沉积速率测量。
通过如上实施例中实验装置的测量过程，本发明的实时在线测量装置整体结构比较简单易操作，该装置整体占地面积小，样品耗油量少，试验周期短；且各实验条件能够从微观上很好的与油田现场条件相吻合，结蜡筒也可以根据实际生产中的原油输送管道的特征进行加工，能够充分的反应各种现场条件下原油的结蜡情况。
并且，根据本发明的实施例，还提供了一种原油结蜡速率的连续测量的实时在线测量方法，具体地，根据本发明的实施例，该实时在线测量方法能够包括如下步骤：
步骤(a)：将样品槽4置于恒温水浴中，并将结蜡筒5、流速传感器6及温度检测器11置于样品槽4内，温度检测器11和流速传感器6检测样品槽内原油样品的信号，并发送信号至数据采集***；
步骤(b)：样品槽4及结蜡筒5结合环形隔板13、循环油泵25而形成原油样品的循环流动通道；
步骤(c)：依靠循环油泵25的循环作用带动原油样品进行循环流动，并测量原油样品在不同轴向剪切速率下的结蜡量；
步骤(d)：样品槽4内的结蜡筒5连接至测量***；并且，通过低温恒温水浴内部的冷循环导管对结蜡筒进行温度控制；
步骤(e)：在结蜡筒5的外壁固定支架10，支架10另外一端与天平14直接相连，可实时在线读取天平14的示数，应用密度差原理，从而得到结蜡量；并且，随着结蜡筒5质量的变化而实时传输信号至测量***，以对原油样品的结蜡量进行实时在线测量。
根据上述测量方法，能够将结蜡筒5悬浮于样品槽4中的原油样品中，通过常规恒温水浴、低温恒温水浴对原油样品及结蜡筒5壁面进行控温，使它们达到要求的温度，此时通过实时测量结蜡筒5的质量，连续测量不同时刻原油结蜡量。
根据上述测量方法，能够通过常规恒温水浴、低温恒温水浴分别控制样品槽4及结蜡筒5壁面的温差，测量不同温差条件下的结蜡速率。
根据上述测量方法，样品槽4、结蜡筒5与环形隔板13间隙、循环油泵25构成的原油样品的循环流道，能够通过改变循环油泵25吸入的原油样品的流量大小而调节环形隔板13与样品槽4之间的原油样品的流速，从而改变结蜡筒5轴向剪切速率，实现不同轴向剪切速率下的蜡沉积速率测量。
根据本发明的上述实施例，采用的测量方法为直接测量法，简单准确，能够准确反映实验结果，并且有效地应用于高含蜡原油举升过程中输油管道中结蜡量及输送过程中管道结蜡速率的测量。
应当指出，根据本发明的实时在线测量装置和测量方法，以上优选实施方式仅作为示例的目的。对于本技术领域技术人员来说，在不脱离本发明随附权利要求的范围的前提下，还可以做出各种改进和变型，这些改进和变型应当视为都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种测量含蜡原油结蜡量的实时在线测量装置，其特征在于，该测量装置包括：
样品槽，所述样品槽被置于恒温水浴中，用于容纳原油样品；
结蜡筒，所述结蜡筒位于所述样品槽内部，以凝结所述原油样品中沉积的蜡；并且，所述结蜡筒连接至测量***，以测量所述原油样品的结蜡量；
循环油泵，所述循环油泵带动所述样品槽中的所述原油样品进行循环流动；
流速传感器，所述流速传感器位于所述样品槽内部，对所述原油样品进行测量并传输信号，并且信号传输至数据采集***；
温度检测器，所述温度检测器位于所述样品槽内部，对所述原油样品进行测量并传输信号，并且信号传输至数据采集***；
环形隔板，所述环形隔板使得所述样品槽形成两个空间，所述原油样品在所述两个空间内可循环；以及
导流网板，所述导流网板位于所述样品槽下部，对所述原油样品进行单向流动控制；并且
其中，随着所述结蜡筒外壁结蜡量的变化，所述测量***的信号也实时传输至所述数据采集***，从而对所述原油样品的结蜡量进行实时测量。
2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，其中，所述样品槽和所述结蜡筒结合所述循环油泵及环形隔板而形成所述原油样品的循环流动通道，以测量不同轴向剪切速率下的结蜡量。
3.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，通过改变所述循环油泵吸入原油样品的流量大小而调节所述环形隔板与样品槽之间的原油样品的流速，从而改变结蜡筒轴向剪切速率。
4.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，其中，通过控制所述样品槽及所述结蜡筒壁面的温差，测量不同温差条件下的结蜡速率。
5.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，其中，所述流速传感器和所述温度检测器将在所述样品槽内检测到的信号传输至外部终端，并且转化为可读取的数据。
6.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述结蜡筒能够根据所述原油样品的输送管道的特征而制成，并且
其中，所述结蜡筒与天平直接相连，基于所述原油样品和结晶蜡存在密度差的原理，可直接称量所述结蜡筒壁面的结蜡量。
7.如权利要求1-6的任一项所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置能够连续测量所述原油样品在不同时刻的结蜡量，而不需要将结蜡筒从所述原油样品中分离。
8.一种测量含蜡原油结蜡量的实时在线测量方法，其特征在于，所述方法能够包括如下步骤：
步骤(a)：将样品槽置于恒温水浴中，并将结蜡筒、流速传感器及温度检测器置于所述样品槽内，所述温度检测器和所述流速传感器检测所述样品槽内所述原油样品的信号，并发送信号至数据采集***；
步骤(b)：将环形隔板固定于样品槽内，将样品槽隔成两个空间，流速传感器及温度检测器，固定在环形隔板内部，循环油泵置于环形隔板下部并固定在样品槽内部，导流网板位于样品槽下部，结蜡筒位于样品槽内部，通过循环油泵作用，所述原油样品会通过循环油泵的作用，流经两侧导流网板，从而通过样品槽、结蜡筒与环形隔板间隙、循环油泵构成原油样品的循环流道；
步骤(c)：依靠所述循环油泵中的传输***的循环作用带动所述原油样品进行循环流动，并测量所述原油样品在不同轴向剪切速率下的结蜡量；
步骤(d)：所述样品槽内部的所述结蜡筒连接至测量***；并且，通过低温恒温水浴内部的冷循环导管对所述结蜡筒进行温度控制；
步骤(e)：在所述结蜡筒的外壁固定支架，所述支架另外一端与天平直接相连，可实时在线读取所述天平的示数，应用密度差原理，从而得到结蜡量；并且，
其中，随着结蜡筒质量的变化而实时传输信号至所述测量***，以对所述原油样品的结蜡量进行实时在线测量。
9.如权利要求8所述的测量方法，其特征在于，所述结蜡筒能够根据所述原油样品的输送管道的特征而制成。
10.如权利要求8或9所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法能够连续测量所述原油样品在不同时刻的结蜡量，而不需要将所述结蜡筒从所述原油样品中分离。
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