本文選題：含蠟原油 + 蠟沉積　； 參考：《西南石油大學》2015年博士論文

【摘要】：蠟沉積問題是影響含蠟原油管道安全運行的關鍵因素之一。管道中的蠟沉積物會減小管道的有效內徑,增大輸送壓力,嚴重時可能導致管道堵塞事故,給原油的安全輸送帶來了極大的威脅。由于蠟沉積問題導致的各種費用非常大,尤其是對于海上油田而言,管道中沉積物一旦較厚,不僅清管難度增大,而且耗資更是顯著增加。防止蠟沉積層增長過厚的有效方式就是清管,且確定合理的清管周期甚為重要。在清管周期的確定過程中,掌握管道沿線的蠟沉積厚度分布規(guī)律是十分必要的。因此,積極探尋含蠟原油蠟沉積規(guī)律、掌握含蠟原油管道蠟沉積速率的預測方法對于科學清管方案的制定以及管道的安全運行具有重要的實際意義。以華北油田含蠟原油和自配的模擬油為研究對象,利用自制冷指實驗裝置以及相關配套設備,實驗分析了油壁溫差、蠟含量及瀝青質含量等因素對蠟沉積的影響。通過測定沉積物的蠟含量和碳數(shù)分布,分析了油壁溫差對沉積物蠟含量和碳數(shù)分布的影響規(guī)律；重點考察加劑對蠟沉積的影響規(guī)律,通過測定原油和油蠟加劑前后的蠟晶晶格參數(shù)、模擬油加劑前后所產生沉積物中蠟晶的晶格參數(shù),剖析降凝劑的作用機理以及加劑使得沉積量發(fā)生改變的原因；基于Graetz問題的研究特點,對能量平衡方程進行無量綱處理,利用分離變量法將其轉化為Kummer方程(F-K方法),進而求解出環(huán)道測試段的溫度分布,并與Svendsen方法(S方法)的求解結果進行對比分析；考慮到蠟沉積影響因素間的復雜非線性關系,基于環(huán)道實驗數(shù)據(jù),利用BP神經網(wǎng)絡法預測蠟沉積速率,并證實了該方法的可靠性和準確性；基于最小二乘支持向量機建立蠟沉積速率預測模型,并分析了不同初值的正則化參數(shù)和核函數(shù)寬度對預測結果的影響；在考慮蠟沉積主要影響因素的基礎上,將蠟的沉積看成是沉積與移除的動平衡過程,基于分子擴散定律建立了蠟沉積速率的動力學模型,對比分析了不同模型的計算誤差；在考慮沉積層厚度變化對管道傳熱特性、原油物性影響的基礎上,編制預測實際管道沿線蠟沉積厚度分布的程序,對比不同蠟沉積速率模型預測結果的差異；通過對管道徑向傳熱傳質的分析,在質量方程中考慮蠟結晶的動力學現(xiàn)象,計算實際管道不同運行時間的蠟沉積厚度分布；根據(jù)室內環(huán)道蠟沉積實驗數(shù)據(jù),結合對蠟沉積過程的分析,建立了蠟沉積厚度隨時間變化的模型,分析了模型計算值與實驗值的吻合度,并通過實際管道的計算數(shù)據(jù)對模型進行了驗證。研究結果表明：油壁溫差增大使管壁處的沉積量增加,沉積物中的蠟含量升高,沉積物中較高碳數(shù)蠟所占比例較大。同一油壁溫差下,隨著油壁溫度區(qū)間的降低,沉積量增加,沉積物中低碳數(shù)蠟所占的比例較大；模擬油中蠟含量的增加使沉積物的質量增加,而瀝青質含量對蠟沉積量的影響具有兩面性。隨著瀝青質含量的增加,沉積量出現(xiàn)了增大、降低、增大的變化趨勢；原油和油蠟加劑后,蠟晶結構均發(fā)生了改變。由于油蠟中不存在膠質和瀝青質等大分子,因此判斷共晶作用是降凝劑的主要作用機理；模擬油加劑后蠟沉積量減少,XRD測試結果表明沉積量減少的原因是模擬油加劑后形成蠟沉積物的蠟晶晶面間距增大導致的,且加劑后晶面間距的增加幅度越大,沉積量的減少率越明顯；S方法和F-K方法所得的環(huán)道測試段溫度分布規(guī)律基本一致,但數(shù)值上S方法計算結果普遍高于F-K方法。當油壁溫差較小且軸向距離較小時,兩種方法計算結果的最大差值較小,當軸向距離較大且流量較低時,兩種方法所得結果的最大差值較大；F-K方法計算時,所得溫度分布的表達式應用起來較為方便,避免了求解數(shù)值積分和Bessel函數(shù)的不便；最小二乘支持向量機和BP神經網(wǎng)絡法的蠟沉積速率結果與實驗數(shù)據(jù)能夠較好地吻合,預測精度高于多元線性回歸分析法。與神經網(wǎng)絡法和多元線性回歸法相比,最小二乘支持向量機可得到蠟沉積速率模型的顯式表達式,且能描述蠟沉積影響因素間的非線性關系,具有一定的優(yōu)勢；從不同蠟沉積動力學模型的計算結果可知,本文模型改進型的對數(shù)最小二乘誤差較低,精度在可接受的范圍內；實際管道沿線蠟沉積速率的變化比較復雜,最終蠟沉積速率的變化要看哪些因素起主導作用；不同模型預測的管道沿線蠟沉積厚度分布結果差異較大,模型的可比性較差。汪繼峰模型改進型雖與黃啟玉模型預測的沿線厚度分布趨勢一致,但數(shù)值上是黃啟玉模型的2-3倍；同一蠟沉積層厚度時,沉積層中蠟的質量分數(shù)增加會造成沉積層的界面溫度降低,蠟沉積速率變大；當沉積層中蠟質量分數(shù)一定時,蠟沉積厚度的增加會使沉積層界面溫度逐漸升高,而管內壁溫度降低；不同運行時間下,沉積時間的延長導致管道沿線的蠟沉積厚度增加,這種增加并不是線性增長,而是先快后慢的增長趨勢；從建立的蠟沉積厚度隨時間變化的模型來看,對數(shù)模型與實驗值的吻合程度最好,指數(shù)模型和動平衡模型所得的結果與實驗結果的吻合程度相當。在沉積初期,指數(shù)模型的吻合程度高于動平衡模型,但當沉積時間接近實驗規(guī)定時間時,動平衡模型的吻合程度高于指數(shù)模型。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE832

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本文編號：1765687