CN117589635B - 测量胶质沥青质对含蜡原油管道胶凝特性影响方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于测量装置领域，公开了测量胶质沥青质对含蜡原油管道胶凝特性影响方法及装置，采用含蜡原油储罐、加压泵、液体流量计、第一球阀、沥青质添加器、胶质添加器、第一油管、第二油管、第三油管、取样器、第六球阀、加热器、循环泵、第八球阀、第九球阀、第十球阀和废液收集器组成输油管路；采用具有加压口和填充岩层的矩形箱体，并将第一油管、第二油管和第三油管由上至下依次水平设置设于矩形箱体内。通过矩形箱体和输油管路来模拟含蜡原油经地下输油管道进行输送的实际工况，期间通过沥青质和/或胶质的添加来获得对应的含蜡原油动力黏度值，可用于研究沥青质与胶质对长距离输油管道作业时，输油管道内含蜡原油胶凝特性影响的变化情况。
Description
技术领域
本发明属于测量装置领域，具体涉及测量胶质沥青质对含蜡原油管道胶凝特性影响方法及装置。
背景技术
根据现有资料记载：沥青质是原油中分子量最大、极性最强的非烃组分，可以降低相界面张力，大量研究认为沥青质作为“天然降凝剂”能够影响含蜡原油胶凝行为，有效降低胶凝温度。胶质作为含蜡原油中含量最高的非烃组分，其分子量和极性均低于沥青质。胶质颗粒能够与蜡、沥青质相互作用，影响原油胶凝进程，同时，胶质含量将直接影响原油黏度，胶质含量越高，原油黏度越高。
在进行含蜡原油长距离输送过程中，由于蜡的存在，原油在长距离输送时，温度降低蜡将析出，原油黏度增加，输送时间增加，输送效率降低。胶质与沥青质作为原油中极性最强的两种重要组分，会参与蜡的结晶过程，改变原油析蜡特性，从而影响含蜡原油的胶凝行为，进而影响输送效率。国内外学者在沥青质对含蜡原油胶凝特性的影响方面做了大量研究，但仍未取得一致性认识：大多数学者证实沥青质能够抑制胶凝，降低含蜡原油胶凝温度；少数学者认为沥青质会促进蜡沉积，提高胶凝温度；还有学者认为沥青质既能促进又能抑制蜡沉积，这与其浓度、分散度、极性以及化学性质等有关；甚至有学者发现沥青质对含蜡原油胶凝进程没有影响。
胶质含量增加会导致原油黏度升高，此外胶质也可以与蜡、沥青质分子协同作用，改变含蜡原油胶凝特性。但目前主要集中在胶质对原油黏度的影响方面的研究，对于胶质和沥青质共同对含蜡原油胶凝特性影响方面的研究还比较少。因此，对于沥青质对含蜡原油特性影响如何，胶质对含蜡原油特性影响如何以及沥青质和胶质不同配比条件下共同作用对含蜡原油特性影响如何是本案所要解决的问题，这将对实际工况下长距离输送原油具有重要意义。
现有技术中，授权公告号为CN206300864U的实用新型专利公开了一种无泵驱动含蜡原油流变性测试环道装置，该装置通过注气加压推动含蜡原油进入环道实现流体的无泵剪切流动，利用注气管道和循环管道配合多个电动球阀在不同管路流程间切换，实现环道单向循环流动，可实现流道参数数据的采集以及含蜡原油流动过程中蜡沉积量的测量。授权公告号为CN211013953U的实用新型专利公开了一种模拟稠油掺水后对输送管道腐蚀性影响的实验装置，该装置通过原油储罐、输油管、球阀等形成的循环回路来模拟稠油的实际输油过程，并在该过程中利用水储罐内的水模拟实际输油过程中的混入水、利用空气泵提供气体模拟实际输油过程中掺入少量的气体，岩屑漏斗内的岩屑颗粒模拟实际输油过程中掺入少量的岩屑颗粒，由此来测出腐蚀过程中的压力波动，及随时间变化的腐蚀情况。
由此可见，在原油输油管道的测试装置，未见有针对沥青质和/或胶质对含蜡原油特性影响的实验装置，为此，本发明应运而生。
发明内容
本发明的目的是测量胶质沥青质对含蜡原油管道胶凝特性影响方法及装置，通过矩形箱体和输油管路来模拟含蜡原油经地下输油管道进行输送的实际工况，期间通过沥青质和/或胶质的添加来获得对应的含蜡原油动力黏度值，可以作为胶质沥青质对含蜡原油管道胶凝特性影响的判断依据，因此，本发明可用于研究沥青质与胶质对长距离输油管道作业时，输油管道内含蜡原油胶凝特性影响的变化情况。
本发明通过下述技术方案实现：
测量胶质沥青质对含蜡原油管道胶凝特性影响装置，包括输油管路和矩形箱体，
所述输油管路包括依次连接的含蜡原油储罐、加压泵、液体流量计、第一球阀、沥青质添加器、胶质添加器、第一油管、第二油管、第三油管、取样器、第六球阀、加热器、循环泵、第八球阀和第九球阀，第九球阀连接至第一球阀和沥青质添加器之间的管路上，于第八球阀和第九球阀之间的管路上设支路，支路上设第十球阀和废液收集器；
所述矩形箱体内填充岩层，矩形箱体上设加压口，所述第一油管、第二油管和第三油管由上至下依次水平设置于矩形箱体内。
所述加压口包括设于矩形箱体顶部的第一进压口和设于矩形箱体底部的第二进压口，第一进压口和第二进压口连接至空气泵。
所述第一油管、第二油管和第三油管于矩形箱体内等距设置，并与矩形箱体通过焊接而固定。
所述第一油管、第二油管和第三油管的长度均为10m，直径均为244.5mm。
测量胶质沥青质对含蜡原油管道胶凝特性影响方法，采用上述装置，按以下步骤进行测量：
1）通过加压口向矩形箱体内进气，以模拟地下输油管道的实际工况；
2）通过输油管路实现含蜡原油的流动，使含蜡原油储罐内的含蜡原油依次经加压泵、液体流量计、第一球阀、第一油管、第二油管、第三油管、取样器、第六球阀、加热器、循环泵、第八球阀、第九球阀后，再返回第一油管进行循环流动；
3）待含蜡原油循环流动10min后，关闭加压泵和第一球阀，并开启沥青质添加器和/或胶质添加器，使沥青质和/或胶质与含蜡原油一起进行循环流动；
4）循环流动4h，每循环1h，由取样器取样并测量获得循环物料的动力黏度；
5） 循环流动结束后，关闭循环泵和第九球阀，并开启第十球阀，使循环物料进入废液收集器；
6）重复上述1）至5）的步骤，并在每次测量过程中，控制含蜡原油中沥青质和/或胶质的添加量，由此获得沥青质和/或胶质与含蜡原油动力黏度的关系曲线。
采用流变仪测量循环物料的动力黏度。
仅开启沥青质添加器，使沥青质与含蜡原油一起进行循环流动时，控制含蜡原油中沥青质的添加量为200g。
仅开启胶质添加器，使胶质与含蜡原油一起进行循环流动时，控制含蜡原油中沥青质的添加量为200g。
同时开启沥青质添加器和胶质添加器，使沥青质、胶质与含蜡原油一起进行循环流动时，控制含蜡原油中沥青质与胶质的质量比为9∶1～3∶7。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明通过设置空气泵对矩形箱体内的岩层进行加压，可用于模拟实际工况下埋在地下的输油管道受到的压力，模拟更为真实。
（2）本发明通过在矩形箱体内设置依次串联的第一油管、第二油管、第三油管，增加含蜡原油流动距离，可用于模拟长距离输油管道作业，模拟更为真实。
（3）本发明在输油管路中通过设置循环泵和循环回路进行循环，可以提高测量结果的精确度。
（4）本发明通过测量沥青质对含蜡原油特性的影响，胶质对含蜡原油特性的影响以及沥青质和胶质不同配比条件下共同作用对含蜡原油特性的影响，提高测量范围。
（5）本发明不仅能真实的模拟含蜡原油管道实际作业过程，同时能够准确测量胶质沥青质对含蜡原油胶凝特性的影响情况，测量效果好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的测量流程图。
图3是沥青质对含蜡原油影响的关系曲线图。
图4是胶质对含蜡原油影响的关系曲线图。
图5是沥青质与胶质不同配比时对含蜡原油影响的关系曲线图。
图中，1.含蜡原油储罐，2.加压泵，3.液体流量计，4.第一球阀，5.第二球阀，6.沥青质添加器，7.胶质添加器，8.第三球阀，9.第一进口，10.矩形箱体，11.空气泵，12.第四球阀，13.第一进压口，14.第一出口，15.第一油管，16.第二出口，17.第二油管，18.第二进口，19.第三出口，20.第三油管，21.第三进口，22.取样器，23.流变仪，24.第五球阀，25.第六球阀，26.接样烧杯，27.加热器，28.循环泵，29.第七球阀，30.岩层，31.压力表，32.第八球阀，33.第二进压口，34.第九球阀，35.第十球阀，36.废液收集器。
具体实施方式
下面将本发明的发明目的、技术方案和有益效果作进一步详细的说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对所要求的本发明提供进一步的说明，除非另有说明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
实施例1：
本实施例提供了测量胶质沥青质对含蜡原油管道胶凝特性影响装置。
如图1所示，该装置由输油管路和矩形箱体10组成，其中，输油管路包括含蜡原油储罐1、加压泵2、液体流量计3、第一球阀4、第二球阀5、沥青质添加器6、胶质添加器7、第三球阀8、第一油管15、第二油管17、第三油管20、取样器22、第六球阀25、加热器27、循环泵28、压力表31、第八球阀32、第九球阀34、第十球阀35和废液收集器36组成。矩形箱体10内填充岩层30，矩形箱体10上设加压口和连接加压口的进气管路，加压口包括设于矩形箱体10顶部的第一进压口13和设于矩形箱体10底部的第二进压口33，进气管路包括空气泵11、第四球阀12和第七球阀29。
本实施例中，为实现含蜡原油在输油管路中的流动，将含蜡原油储罐1依次与加压泵2、液体流量计3、第一球阀4、第二球阀5、第三球阀8、第一油管15的第一进口9相连，第二球阀5同时连接沥青质添加器6，第三球阀8同时连接胶质添加器7；第一油管15、第二油管17和第三油管20于矩形箱体10内由上至下依次等距设置，并与矩形箱体10通过焊接而固定，第一油管15、第二油管17和第三油管20依次相连，即：第一油管15的第一出口14连接第二油管17的第二进口18，第二油管17的第二出口16连接第三油管20的第三进口21；取样器22的右侧与第三油管20的第三出口19相连，取样器22的右侧与第六球阀25相连后依次与加热器27、循环泵28、压力表31、第八球阀32相连；第八球阀32通过第九球阀34连接至第一球阀4和第二球阀5之间，形成循环回路；第八球阀32和第九球阀34之间设支路，支路上设第十球阀35和废液收集器36。
本实施例中，为模拟地下输油管道的实际工况，通过空气泵11向矩形箱体10内的岩层30进气加压，将第一进压口13通过第四球阀12连接至空气泵11，将第二进压口33通过第七球阀29连接至空气泵11。
在具体的实施案例中，可将第一油管15、第二油管17和第三油管20的长度均设置为10m，直径均设置为244.5mm。取样器22下部设第五球阀24，取样时，开启第五球阀24，采用接样烧杯26收集样品后，通过流变仪23测量即可获得循环物料的动力黏度。
实施例2：
本实施例提供了测量胶质沥青质对含蜡原油管道胶凝特性影响方法。
具体而言，是采用实施例1的装置，测量沥青质对含蜡原油输送过程中的影响，添加沥青质后每循环1小时进行取样1次，共取样4次。
如图1和图2所示，测量步骤具体可概况如下：
首先关闭所有球阀，接着打开空气泵11、第四球阀12、第七球阀29，使空气泵11产生的气体分别通过第一进压口13和第二进压口33从矩形箱体10的左上部、右下部进入箱体，调节空气泵11的排量，使矩形箱体10内的压力保持在设定值。
接着依次打开含蜡原油储罐1、加压泵2、第一球阀4、第六球阀25、循环泵28、第八球阀32、第九球阀34，使含蜡原油储罐1内的含蜡原油通过加压泵2加压，液体流量计3计量后从第一进口9进入第一油管15，含蜡原油在第一油管15内从右往左流动，随后从第一出口14流出，通过第二进口18进入第二油管17内，含蜡原油在第二油管17内从左往右流动，随后从第二出口16流出，通过第三进口21进入第三油管20，含蜡原油在第三油管20内从右往左流动，随后从第三出口19流出。通过取样器22（此时未进行取样）后，被加热器27加热、循环泵28加压进行循环，随后含蜡原油又从第一进口9进入第一油管15进行循环流动。
待含蜡原油循环流动10min后，关闭加压泵2和第一球阀4，同时开启沥青质添加器6和第二球阀5，将沥青质添加到含蜡原油内，沥青质与含蜡原油一起进行循环流动。循环时间每满1h后，通过取样器22进行取样一次，共取样4次，取得的样品通过流变仪23进行测量，获得此时含蜡原油的动力黏度。
循环满4h后，关闭循环泵28和第九球阀34，同时打开第十球阀35，使沥青质与含蜡原油一起进入废液收集器36内进行收集。流变仪23测量得到的4次动力黏度做好结果记录，此时测量结束。
实施例3：
本实施例提供了测量胶质沥青质对含蜡原油管道胶凝特性影响方法。
具体而言，是采用实施例1的装置，测量胶质对含蜡原油输送过程中的影响，添加胶质后每循环1小时进行取样1次，共取样4次。
如图1和图2所示，测量步骤具体可概况如下：
首先关闭所有球阀，接着打开空气泵11、第四球阀12、第七球阀29，使空气泵11产生的气体分别通过第一进压口13和第二进压口33从矩形箱体10的左上部、右下部进入箱体，调节空气泵11的排量，使矩形箱体10内的压力保持在设定值。
接着依次打开含蜡原油储罐1、加压泵2、第一球阀4、第六球阀25、循环泵28、第八球阀32、第九球阀34，使含蜡原油储罐1内的含蜡原油通过加压泵2加压，液体流量计3计量后从第一进口9进入第一油管15，含蜡原油在第一油管15内从右往左流动，随后从第一出口14流出，通过第二进口18进入第二油管17内，含蜡原油在第二油管17内从左往右流动，随后从第二出口16流出，通过第三进口21进入第三油管20，含蜡原油在第三油管20内从右往左流动，随后从第三出口19流出。通过取样器22（此时未进行取样）后，被加热器27加热、循环泵28加压进行循环，随后含蜡原油又从第一进口9进入第一油管15进行循环流动。
待含蜡原油循环流动10min后，关闭加压泵2和第一球阀4，同时打开胶质添加器7和第三球阀8，将胶质添加到含蜡原油内，胶质与含蜡原油一起进行循环流动。循环时间每满1小时后，通过取样器22进行取样一次，共取样4次，取得的样品通过流变仪23进行测量，获得此时含蜡原油的动力黏度。
循环满4h后，关闭循环泵28和第九球阀34，同时打开第十球阀35，使胶质与含蜡原油一起进入废液收集器36内进行收集。流变仪23测量得到的4次动力黏度做好结果记录，此时测量结束。
实施例4：
本实施例提供了测量胶质沥青质对含蜡原油管道胶凝特性影响方法。
具体而言，是采用实施例1的装置，测量沥青质与胶质配比按照9∶1、7∶3、5∶5、3∶7分别进行测量其对含蜡原油输送过程中的影响，按照配比添加沥青质与胶质后每循环1小时进行取样1次，共取样4次。
如图1和图2所示，测量步骤具体可概况如下：
先进行沥青质与胶质配比按照9∶1对含蜡原油输送过程中的影响的测量：首先关闭所有球阀，接着打开空气泵11、第四球阀12、第七球阀29，使空气泵11产生的气体分别通过第一进压口13和第二进压口33从矩形箱体10的左上部、右下部进入箱体，调节空气泵11的排量，使矩形箱体10内的压力保持在设定值。
接着依次打开含蜡原油储罐1、加压泵2、第一球阀4、第六球阀25、循环泵28、第八球阀32、第九球阀34，使含蜡原油储罐1内的含蜡原油通过加压泵2加压，液体流量计3计量后从第一进口9进入第一油管15，含蜡原油在第一油管15内从右往左流动，随后从第一出口14流出，通过第二进口18进入第二油管17内，含蜡原油在第二油管17内从左往右流动，随后从第二出口16流出，通过第三进口21进入第三油管20，含蜡原油在第三油管20内从右往左流动，随后从第三出口19流出。通过取样器22（此时未进行取样）后，被加热器27加热、循环泵28加压进行循环，随后含蜡原油又从第一进口9进入第一油管15进行循环流动。
待含蜡原油循环流动10min后，关闭加压泵2和第一球阀4，同时开启沥青质添加器6、第二球阀5、胶质添加器7和第三球阀8，将180g沥青质和20g胶质添加到含蜡原油内，沥青质、胶质和含蜡原油一起进行循环流动。循环时间每满1小时后，通过取样器22进行取样一次，共取样4次，取得的样品通过流变仪23进行测量，获得此时含蜡原油的动力黏度。
循环满4小时后，关闭循环泵28和第九球阀34，同时打开第十球阀35，使沥青质、胶质和含蜡原油一起进入废液收集器36内进行收集。流变仪23测量得到的4次动力黏度做好结果记录，此时测量结束。
接着将沥青质和胶质保持总量200g不变，配比按照7∶3、5∶5、3∶7分别重复上述测量步骤，因测量的步骤相同，只是配比不同，相同的步骤部分在此不再赘述。测量完成后通过流变仪23测量得到对应配比下的4次动力黏度，并做好结果记录。
将上述测量结果汇总后记录于表1中，如下表1所示。
表1 实施例的测量结果汇总
通过测量结果绘制沥青质和/或胶质与含蜡原油动力黏度的关系曲线，参见图3、图4和图5。
图3为沥青质对含蜡原油影响的关系曲线图，由图3可见，随着沥青质的加入，沥青质对含蜡原油的黏度起到了降低的作用，且随着循环时间的增加，整体上沥青质对含蜡原油呈现黏度降低的作用。
图4为胶质对含蜡原油影响的关系曲线图，由图4可见，随着胶质的加入，胶质对含蜡原油的黏度起到了增加的作用，且随着循环时间的增加，整体上胶质对含蜡原油呈现黏度越来越高的作用。
图5为沥青质与胶质不同配比时对含蜡原油影响的关系曲线图，由图5可见，在相同循环时间条件下，随着沥青质与胶质的配比中，沥青质含量的减少，含蜡原油黏度呈现增大的趋势，可见沥青质对含蜡原油的黏度有降低的作用。在相同配比条件下，随着循环时间的增加，含蜡原油黏度呈现降低的作用，表明随着循环时间的增加，在沥青质的作用下，含蜡原油黏度呈现降低的趋势。
基于上述内容，本发明能真实的模拟实际工况下含蜡原油管道的作业过程，能对含蜡原油特性的影响，胶质对含蜡原油特性的影响以及沥青质和胶质不同配比条件下共同作用对含蜡原油特性影响进行测量；同时能够准确测量胶质沥青质对含蜡原油胶凝特性的影响如何，测量效果好。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.测量胶质沥青质对含蜡原油管道胶凝特性影响装置，其特征在于：包括输油管路和矩形箱体（10），
所述输油管路包括依次连接的含蜡原油储罐（1）、加压泵（2）、液体流量计（3）、第一球阀（4）、沥青质添加器（6）、胶质添加器（7）、第一油管（15）、第二油管（17）、第三油管（20）、取样器（22）、第六球阀（25）、加热器（27）、循环泵（28）、第八球阀（32）和第九球阀（34），第九球阀（34）连接至第一球阀（4）和沥青质添加器（6）之间的管路上，于第八球阀（32）和第九球阀（34）之间的管路上设支路，支路上设第十球阀（35）和废液收集器（36）；
所述矩形箱体（10）内填充岩层（30），矩形箱体（10）上设加压口，所述第一油管（15）、第二油管（17）和第三油管（20）由上至下依次水平设置于矩形箱体（10）内。
2.根据权利要求1所述的测量胶质沥青质对含蜡原油管道胶凝特性影响装置，其特征在于：所述加压口包括设于矩形箱体（10）顶部的第一进压口（13）和设于矩形箱体（10）底部的第二进压口（33），第一进压口（13）和第二进压口（33）连接至空气泵（11）。
3.根据权利要求1所述的测量胶质沥青质对含蜡原油管道胶凝特性影响装置，其特征在于：所述第一油管（15）、第二油管（17）和第三油管（20）于矩形箱体（10）内等距设置，并与矩形箱体（10）通过焊接而固定。
4.根据权利要求1所述的测量胶质沥青质对含蜡原油管道胶凝特性影响装置，其特征在于：所述第一油管（15）、第二油管（17）和第三油管（20）的长度均为10m，直径均为244.5mm。
5.测量胶质沥青质对含蜡原油管道胶凝特性影响方法，其特征在于：采用权利要求1～4任一项所述的装置，按以下步骤进行测量：
1）通过加压口向矩形箱体（10）内进气，以模拟地下输油管道的实际工况；
2）通过输油管路实现含蜡原油的流动，使含蜡原油储罐（1）内的含蜡原油依次经加压泵（2）、液体流量计（3）、第一球阀（4）、第一油管（15）、第二油管（17）、第三油管（20）、取样器（22）、第六球阀（25）、加热器（27）、循环泵（28）、第八球阀（32）、第九球阀（34）后，再返回第一油管（15）进行循环流动；
3）待含蜡原油循环流动10min后，关闭加压泵（2）和第一球阀（4），并开启沥青质添加器（6）和/或胶质添加器（7），使沥青质和/或胶质与含蜡原油一起进行循环流动；
4）循环流动4h，每循环1h，由取样器（22）取样并测量获得循环物料的动力黏度；
5） 循环流动结束后，关闭循环泵（28）和第九球阀（34），并开启第十球阀（35），使循环物料进入废液收集器（36）；
6）重复上述1）至5）的步骤，并在每次测量过程中，控制含蜡原油中沥青质和/或胶质的添加量，由此获得沥青质和/或胶质与含蜡原油动力黏度的关系曲线。
6.根据权利要求5所述的测量胶质沥青质对含蜡原油管道胶凝特性影响方法，其特征在于：采用流变仪（23）测量循环物料的动力黏度。
7.根据权利要求5所述的测量胶质沥青质对含蜡原油管道胶凝特性影响方法，其特征在于：仅开启沥青质添加器（6），使沥青质与含蜡原油一起进行循环流动时，控制含蜡原油中沥青质的添加量为200g。
8.根据权利要求5所述的测量胶质沥青质对含蜡原油管道胶凝特性影响方法，其特征在于：仅开启胶质添加器（7），使胶质与含蜡原油一起进行循环流动时，控制含蜡原油中沥青质的添加量为200g。
9.根据权利要求5所述的测量胶质沥青质对含蜡原油管道胶凝特性影响方法，其特征在于：同时开启沥青质添加器（6）和胶质添加器（7），使沥青质、胶质与含蜡原油一起进行循环流动时，控制含蜡原油中沥青质与胶质的质量比为9∶1～3∶7。
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