含蜡原油的热收缩和管道重启的影响 常州大学

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1、学号：学号： 10409999 常常 州州 大大 学学毕毕业业设设计计（论论文文）外外文文翻翻译译（2014 届）届）外文题目外文题目 Thermal shrinkage of waxy crude oil and the impact for pipeline restart译文题目译文题目 含蜡原油的热收缩和管道重启的影响含蜡原油的热收缩和管道重启的影响 外文出处外文出处 Journal of Petroleum Science and Engineering 77（2011） 237-253学学 生生 无名氏无名氏 学学 院院 石油工程学院石油工程学院 专专 业业 班班 级级 储运储运

2、999 校内指导教师校内指导教师 无名氏无名氏 专业技术职务专业技术职务 教授教授 校外指导老师校外指导老师 专业技术职务专业技术职务 二二一四年三月一四年三月常州大学本科生毕业设计（论文）外文翻译第 0 页 共 32 页含蜡原油重启的新方法：第含蜡原油重启的新方法：第 1 部分：含蜡原油的热收缩和管道重启的影响部分：含蜡原油的热收缩和管道重启的影响David A.Phillipsa,*,Ivor N.Forsdykea,Ian R.McCrackenb,Paul D.Ravenscroftba.英国康沃尔市的北派哲威，kernow 分析技术有限公司 b.英国米德尔赛克斯市，泰晤士森伯里，BP

3、 勘探作业有限责任公司文章信息：文章信息： 文章历史 收到 2009 年 8 月 19 日 接受 2010 年 10 月 9 日 在线获得 2010 年 11 月 18 日关键词：关键词： 含蜡原油 管道重启收缩流动 间隙空间 数值模拟 粘度分析摘要：摘要：本文列出了冷却引起的一些现象， 这些现象发生在管道停输后。停输所引起 的收缩流动会影响半固体状凝胶的粘度， 这种凝胶是在含蜡原油管道中形成的。压 力梯度会根据流动的速率和方向而发展。 这些过程可能还会破坏并分裂胶凝结构。 这些热驱动事件和所测参数之间的关系被 用来进行数值计算，进而预测胶凝粘度、 间隙空间和胶凝的分布。管道内胶凝状态 的合成

4、图描绘了重启前的状况。仿真使得 参数测试成为一个强大的设计工具。实验 室实验为这些预测提供了支持。新方法的 观点为管道设计和操作的成本效益提供了 解决方案，并指明了实验室实验误差的来 源。本文报道的研究成果表明部分正在进 行的关于含蜡原油重启的调查研究可能会 导致预测误差。1. 介绍介绍在生产含蜡流体时，当流体已经发展出显著的蜡结构并表现出非常高的流动阻力常州大学本科生毕业设计（论文）外文翻译第 1 页 共 32 页时，在一个停输周期内重启管道时经常会遇到困难。目前的实际操作往往导致投资和 运营大大增加，即安全边际成本的大大增加。长期以来使这样的胶凝化管路恢复流动 一直是一个问题。实验室模拟常

5、常表明实验室的重启压力和现场实验数据有显著的差 异。这证明在不同实验技术条件下，测定胶凝强度会产生很大的差异。当研究实验室模型管道的重启机理时，在重启前的假设静态冷却阶段，经常会观 察到显著的压力变化（如压力下降） 。随后，对这一现象的研究把压力变化和质点位移 联系在一起，冷却（收缩）液体所产生的特定体积减少量大于管道容积的变化量时就 会发生质点位移。如果管道是不完全水平，则收缩的液体总是倾向于在轴向上流动， 从而保持一个完整的连续体。我们认为，这种冷却引发的流动依赖于分子间的内聚力 和作用于液体物料的重力作用。管道内的这种冷却期间的流动我们称之为收缩流动。 基本过程类似于液体玻璃温度计测温法

6、的使用。收缩流明显不同于一般管流，因为它 完全被束缚在管道内，收缩流不仅具有随管道长度变化而变化的流速，而且还随管道 剪切应力变化而变化。然而，我们认为，通过计算每一个系列的短管长度（元素）内 的流体体积和流速的平均变化量，就可以获得一个沿整个管道长度方向上改变流体流 态合理近似值。我们已经假定这种流态是由分子内聚力引起的，并受重力支配，是和 液体（表观粘度）的流动阻力相反的。如果流动阻力足够高，则随之产生的应力就可 以作为可测量的压力梯度而观察到，压力梯度的测量是通过改变由重力和蒸汽压而引 起的静压力。这些计算形成了所展示的数值模拟的基础。我们的观察表明收缩流和冷却的速率和程度成正比，并且压

7、力的下降程度和胶凝 原油的流动速率和流动阻力成正比。如果冷却速率减慢（如通常当目标测试温度接近 时） ，压力变化率开始下降，收缩流的流动速率也是如此。在随后的低温渗入（凝胶化） 期间，收缩流和压力变化率通常会进一步下降，并常常在为重启测试施加压力之前达 到零度。在本文中，我们记录了关于钢制模型管道中压力变化率的发展情况的初步调查,还 记录了一些关于数值模拟的简单例子和关于含蜡流体收缩流动可能带来的影响的讨论。 我们重点研究了含蜡结构发展（中断或增强）可能带来的改变还有收缩流在较高流动 阻力下的限制，这些改变使得完整的连续体被空隙隔开。在 4.7 节，我们将展示一个现 场案例的一种可能的情形来说

8、明我们的基本假设和计算的重要性。在第二篇论文（Phillips 等人，2011 年，对此问题）的一个计划系列中，我们提出 在玻璃模型管道中进行实验，使用玻璃管道的目的是可以观察到收缩流动事件。该文 件还报告了高粘度牛顿标准原油在钢制模型管道中冷却的测试。这个测试意在是挑战 我们的数值计算并表明冷却过程引起的可测量的压力变化率是高粘度液体的基本属性， 这不是含蜡流体独有的。1.1. 背景直到最近，大多数关于凝胶强度和在 Kernow 分析技术公司下的重启机理的调查 研究都是在基于实验室平台或者类似于实验室平台的条件下。特别地，模型管道试验 （MPT）都是由 6.25mm 内径（ID） 、15.2

9、4m 长（1/4 英寸内径50 英尺）的垂直盘管常州大学本科生毕业设计（论文）外文翻译第 2 页 共 32 页组成的。这种平台通常充满了温暖流体，冷却至所需的测试温度，并在所需的停输周 期内保持该温度。气压随后被应用到该管，并在以 15 分钟的间隔内增大气压，直到流 体出现在视线管装的另一端。关于胶凝强度的比较测量一般是通过使用旋转流变仪和 经过同样处理的凝胶流体的样品来进行的。许多类似的实验通过使用不同的条件被部 分复制，这些条件有冷却范围、冷却速率，还有冷却过程中的流动剪切。在重启所需 的压力方面条件的改变常常会导致出现显著差异，但如果给定的条件被精确重复了， 通过 MPT 或流变仪就可以

10、重现重启的情形。相反地，MPT 的结果常常表明那些已经 产生较强凝胶结构的液体的胶凝强度明显低于相应的流变仪的测定结果。胶凝强度不 同测量方法之间的这种明显的差异已经有人报道了（Gill 和 Russell, 1954; Ford 等人, 1965; Davenport 和 Somper, 1971; Verschuur 等人, 1971; Chang 等人, 2000; Karan 等人, 2000; Borghi 等人, 2003） 。相比之下，牛顿液体通过毛细流动和旋转技术的粘度测定已经有了一套非常完善 的方案。通过与现场情形的比较实验室测试的这种不确定性增加，在现场，基于实验 室的预测

11、常常上述工作人员和其他人发现是不准的（Knegtel 和 Zeilinga, 1971; Smith 和 Ramsden, 1978; Wardhaugh 等人, 1988） 。结果，制定了一个研究项目来检查这些异常并制订改进的预测方法。2. 材料和方法材料和方法 为了探究报道中这些看似矛盾和反常的结果，已建成两个同样是 15.24m（50 英尺） 长不锈钢管道，一个是 5.90mm 内径，另一个是 12.7 mm 内径（标称和英寸口径） 。 将每一条管道弄成水平双回路并由一个共同的冷却夹套包围。在入口和出口阀之间每 隔 1.9m（6.25 英尺）就要装一个差压转换器，在每一个管道末端都要装额

12、外的瞄准管。 图 1 是一条单管的示意性布局图，图 2 展示了施工期间的各种零件。压差换能器要安 装到世伟洛克（一家公司）接头上，但不能插入到管道截面面积内。这两条管线都进 行了带有已确认的牛顿油品和压力传感器的流动测试实验，压力传感器的定期校准符 合 BS EN ISO 标准的外部认证（BS EN：英国标准学会） 。本文中的许多测试都是用这种设备。将管线预热后装满温水测试液，测试液是流 体 1 或流体 2（附录 D） ，使用后者是因为液体 1 可用性的限制。用第二个简单的装置来观察收缩率；把带有刻度观察管 500ml 玻璃试剂瓶连接到 氮气稳压电源上（图 3） 。把试剂瓶和观察管装满液体 3

13、（附录 D）并预热，液体 3 是 一种半透明的蜡状冷凝物。然后在允许压力下把该供应气体施加在冷却过程中观察管 的上液面。插入试剂瓶的温度计探针允许关于温度和不断变化的液面数据被记录为数 字图像。另一种简单的装置（图 4）被用来演示重力对密封管内冷却液的作用效果。把温暖 的流体 3 装入该装置中，该装置之前已经在烘箱内预热了。一旦管子内充满含有游离 气泡的液体时，阀门就会关闭，装置就会冷却。装置的图像由数字温度显示器和用数 字视频相机记录的时钟组成。3. 结果结果常州大学本科生毕业设计（论文）外文翻译第 3 页 共 32 页3.1. 冷却所形成的局部真空连续记录多端口管道的压力信号可以用来研究重

14、启过程中压力的传递活动。然而，在做这样的测试时，在重启之前冷却阶段要频繁地记录子环境的压力。即使管线的一 端始终暴露在周围的大气压力下,也要记录这些局部真空数据。图 5 和图 6 展示了代表压力变化率的一个案例，当立式观测管和上面的端口 1 相连接时，在 12.7 mm 内径的多端口管线的冷却阶段时压力变化率就会发展。管线要在流体 1 的结蜡点之前装满流体 1，然后在入口关闭、出口打开的管段中把流体在 5.5 小时内从 45冷却到 0，管段的出口要安装垂直的观测管作为立管，立管 内要装大约 30cm 高的测试液。这条管线要在未来的 16.5 小时内保持 0的恒温。 冷却过程在封闭端建立一个最小

15、值（负表压） ，在出口处建立了一个最大值（大气 压） ，变化率也在冷却过程发展了。最小压力已经在冷却阶段（0）的末端达到了。 在随后的低温浸泡阶段变化率也缓慢下降。然而，在重启管线的时候要使得压力低于 大气压。图 7 展示了开发相关的在类似实验中压力变化率的发展情况，这个实验是在两端 均与大气相通的 5.9 mm 内径的管线中进行的。两端分别装有垂直视线管的立管，立管 内最初都装有大约 0.3m 高的测试液。在冷却和最大静压力的条件下，这些立管的液面 就会下降，最大静压力在最开始阶段是 0.4 磅/平方英寸。这些变化率和图 8 中的形成了鲜明的对比，在这个测试中，5.9mm 内径的预热水 平管线装有温暖的流体 2。然后通过阀门把管线两端密封，并以相同的速率冷却。当子 压力在冷却阶段显著的发展了，沿管线的压力变化率只有轻微的变化。普通的现场情况在图 9 所示的进一步的实验中得以展示。5.9 mm 内径多端口管线 通过 3.3m 的垂直部分得以延伸，因此这也提高了管线的静水压头。延长管线 （18.54m 长）中装有 45的液体 2，管线两端通过阀门封闭。这段延长管线并没有附上一个冷却夹套。当阀门关闭时，该立管在时间为零时立即沿