（1）课题来源与背景 本课题来源于黑龙江省科学基金（重点项目），项目编号：ZD2015011。原油生产和输运，对国家能源安全和国民经济建设具有重大作用。低温集输是国内外油田矿场节能减排的主要措施，如何实现原油不加热集输是国内外学者致力于研究解决的热点问题。我国生产的原油大部分是高含蜡、高凝点、高粘度的"三高"原油，为使其有较好的流动性，常采用加热流程，即经过加热炉加热后的热水输送至油场井口，与温度较低的油井产出液进行掺混，以确保油气集输及处理过程顺利进行，但这种方法消耗大量热能，不满足油田工业节能要求。随着油田开发的不断深入，原油含水率不断增加，油气水安全输送温度偏高，导致集输能耗仍然很大。进行不加热集输时，由于原油温度过低，易凝高黏原油呈现胶凝状态，可能会导致阻塞管道，造成无法安全生产。如何进一步降低原油集输温度，在减少集输能耗的同时，又能保证原油不堵塞集输管道成为技术瓶颈。为降低集输能耗，课题组提出了胶凝原油水力悬浮输送的思想，发明了相应的流态化处理装置，研究并优化了相关设计及运行参数。 （2）研究目的与意义 对比其他研究方法，胶凝原油水力悬浮输送技术的提出是不加热原油集输的新突破，此方法是产出液通过流态化处理装置中的变径整形片时，被挤压成长条状，通过与其垂直的水流冲击剪切成颗粒状，并悬浮于水中，达到胶凝原油水力悬浮输送的目的，从而大大降低输送过程中的热量损失，达到节能目的。由于水力悬浮输送机理尚不明确，制约了该技术的发展。因此，为进一步实现节能降耗，有必要对水力悬浮集油工艺机理进行理论及试验分析研究。 （3）主要论点与论据 前人的研究取得了一些成果，实验大都采用透明的白油为介质，且温度在凝点以上或是低于凝点1~2℃，关于低于凝点10~20℃的胶凝原油水力悬浮输送流型、胶凝颗粒分布特性、压降研究尚未见到相关报道。本项目采用理论及试验相结合的方法，对胶凝原油水力悬浮特性进行研究。 通过理论及实验研究，研究胶凝原油水力悬浮输送这种高效节能新技术及方法，分析水力悬浮输送过程胶凝原油颗粒的分布规律，建立适合于水力悬浮输送的压降计算模型，更好更全面的研究水胶凝原油混合流动的相关特性，为油田特高含水期不加热集输系统运行管理提供理论参考及科学依据，丰富多相流领域的研究内涵。 （4）创见与创新 胶凝原油水力悬浮输送集输系统设计要满足安全运行、经济可靠等一系列要求，在优化设计过程中要通过合理地设置约束条件来满足这些要求。流动性保障约束条件很难直接公式模型化，既要从流变学的角度进行理论研究，又要进行实验研究。考虑到高含水阶段，管道内是水包油，原油处于悬浮状态，因而，我们的出发点是，从理论和实验两方面，研究分析悬浮流动规律和条件，同时研究相应的硬件设备，改善悬浮流动状态，实现在一定条件下，不加热悬浮输送，能耗最低，运行参数最优化。 创新点有： ①研发的原油整形装置不需要外部动力，局部阻力小，拆装方便，能够实现自动反冲洗，装置本身不堵塞；形成了稳定油粒分散流，减少原油与壁面接触面积，解决了不加热集输井口回压过高问题；胶凝原油颗粒水力悬浮输送适用范围广（除了稠油外均可适用），集输温度可降至比凝点低20℃以上（常规集输温度在原油凝点以上），解决了不加热集输原油聚集堵塞管道问题，大大降低了加热能耗。 ②将水平管道内水-胶凝原油两相流流型定义为四种典型流型，分别是油-段塞流，油团悬浮流，油粒分层流，油粒分散流，并定量地绘制了水-胶凝原油两相流流型图。 ③测量了低于原油凝点的胶凝原油颗粒粒径大小，并运用Normal、Log-Normal及Rosin-Rammler三种分布函数描述粒径分布规律，研究发现Rosin-Rammler分布函数描述粒径分布规律效果最佳； ④利用量纲分析与试验相结合的方法建立了胶凝原油-气-水多相流压降计算模型，并给出了模型适用范围； ⑤给出了胶凝原油水力悬浮集输节能工艺方案。 （5）社会经济效益及存在问题 社会经济效益：该项发明专利于2011年11月起在大庆油田成功应用，目前正在西北、华北油田进行推广试点。大庆油田现场应用表明，该发明水驱油田和聚驱油田均可适用，与加热集输工艺相比节能30%以上。该发明初投资低，如果应用于全国各大油田，初步计算每年可创造经济效益18.5亿元，节能减排效益显著。 存在问题：输送到阀组间后的油水分离问题，由于掺水量大且掺水温度低，如果直接分离，所需热能消耗较大，产生的经济效益不明显。改进意见：进入阀组间后先沉降分离一部分低温水，再加热进行进一步油水分离，以达到所需要求。 （6）历年获奖情况 2013黑龙江省科学技术进步奖二等奖 2013年中国石油和化学工业联合会科技进步奖二等奖 2013年黑龙江省科学技术进步奖一等奖 2014年大庆市科学技术进步奖二等奖 2017年大庆市科学技术进步奖一等奖 2018年黑龙江省科学技术进步奖三等奖 2018年中国石油和化学工业联合会科技进步奖三等奖 2018年中国专利金奖

东北石油大学

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