技术领域
[0001] 本
发明涉及
原油检测，具体涉及一种检测原料油流动性能的装置及其检测方法。
背景技术
[0002] 原油在陆地的运输主要靠管道长距离输送，由于
温度、压
力及环境的变化，原油中的蜡、胶质、
沥青质会沉积在管壁上形成一层厚厚的油垢，减少了流通面积，增大了原油的输送阻力。特别是稠油或者是
粘度较大的油，由于沥青质、胶质形成大分子胶束结构，内
摩擦力较大，长距离输送更加困难，为了防止形成油垢和提高输送能力，根据不同性质的原油人们通常采取一定的措施，例：在
密度大的原油中加入一定比例密度小的
轻质原油；提高原油管线伴热温度；在原油中加高分子降粘剂、
降凝剂等都能提高原油流动速度；加入防垢剂也改善原油与管壁
吸附能力，减少内部摩擦力，降低原油粘度，提高流动性能，实现增加原油输送能力的目的。
[0003] 除上述因素影响原油流动性能外，原油的密度，管线直径，管道压力，原油在输送中的流动状态等都影响原油单位时间内流量。所以建立一种简捷，准确的检测原油管线流动性能的方法和评价装置是十分必要的，特别是测试不同温度下各种降粘、降凝、减阻、防壁
结垢等药剂对原油增输的影响，指导长距离安全输送原油具有现实意义。
[0004] 目前，相似的评定方法是中国石油和
天然气总公司制定的《
输油管道减阻剂减阻效果室内测试方法》，标准号为SY/T6578，通过应用我们发现有以下几点不足：
[0005] 第一、评价中所用
流体不是原油，而是柴油。现在国产原油或稠油比重大、粘度高、
凝固点高、流动性差是长距离管输的难点。而柴油与原油对比，它的凝固点和粘度成倍递减，柴油在常温、不加剂的情况下流动性已经较好，所以用柴油做流体评价原油或稠油性能，可比性差。
[0006] 第二、没有恒定加热和保温措施。在原油输送中温度是非常重要的一个条件，它对原油粘度影响大，特别是胶质、沥青质、蜡含量高的原油，温度对它们的影响就更大，所以不同性质的原油输送温度是不一样的，有些原油在
环境温度下处于凝固状态，在不加热的情况下是无法输送的，因此无加热和保温的试验装置
模拟现实中的输油管线存在
缺陷。
[0007] 第三、用氮气源作动力。输油管线一般都是用管道
泵作为动力的，并且间隔一定距离有泵站，不断地给输送的油增加动力。而标准中用氮气作动力，试验原料在流动中易造成前后压力
波动，前时间段输送时压力大，后时间段逐渐变小，推动原油的压力不恒定。在后时间段氮气易串入物料中，造成单位面积流过的物料不稳定，测量的单位时间内管速
质量不准。
[0008] 第四、体积庞大试验
费用高。该标准输油压力缓冲罐1.5m3，氮气压力缓冲罐和回收罐均1.0m3，做一次试验需要1吨柴油，费用相对高。
[0009] 中国
专利CN102590028“一种多功能实验流体环道试验装置”，也给出了原油输送的检测方法。该专利主要应用于油田中油井原油往集输站输送，因为输送的原料是油井出来的原油，油井原油大部分是
水，少部分含有气相。它的工艺过程与本发明不同，它主要是模拟从油井中出来的原油，原油由油、水、气不同组分，并且水占大部分，对其中的两种或三种进行混合检测。而本发明输送的原油是经过油田集输站脱
水处理的原油，既无气相，含水也特别低，主要考察不同温度下各种药剂对原油输送的影响，两者的目的和方法都有区别。
[0010] 目前国内外文献均未发现对原油(包括稠油)长距离输送中所采取的降粘、减阻、增速、降压措施的评价方法及装置。
发明内容
[0011] 本发明的目的是提供一种检测原料油流动性能的装置，具有结构简单、易于操作的特点，其通过对比各种条件下，原料油在管道内产生的压力降或者单位时间内流出质量的不同，能够优选出最佳的原油输送方案，从而指导工业化应用；本发明同时提供其检测方法。
[0012] 本发明所述的检测原料油流动性能的装置，包括搅拌罐、
齿轮泵、原料罐、
蠕动泵、
电子秤、回流罐、计算机、质量流量计、
离心泵和恒温水浴槽；原料罐内部设置蛇形盘管，恒温水浴槽内部设置水平盘管，其中：
[0013] 搅拌罐依次连接齿轮泵、原料罐、蠕动泵、恒温水浴槽水平盘管、质量流量计、回流罐组成油路；
[0014] 原料罐蛇形盘管、恒温水浴槽组成由离心泵提供动力的
水循环系统；恒温水浴槽内部设置温度测量口；
[0015] 回流罐底部设置电子秤；质量流量计、电子秤均与计算机相连；
[0016] 恒温水浴槽的水平盘管上间隔设置压力
传感器，
压力传感器与计算机相连，水平盘管进口与水平盘管出口上均设置温度测量口，水平盘管下部设置电加
热管，水平盘管上部设置
循环水进水管，恒温水浴槽底部开设出水孔，出水孔与循环水出水管相连。
[0017] 其中：恒温水浴槽内部水平盘管优选DN1/2”的无缝
钢管，水平放置，均匀排列，两端用U型
螺栓固定，无缝钢管外径偏差≤±1.00％，壁厚偏差≤±0.20，两端回转最小弯曲半径≥10倍的管径；水平盘管上均匀间隔设置3-10个压力传感器，优选4个压力传感器，恒温水浴槽外层设置40mm厚的保温
石棉层；恒温水浴槽底部开设3-10个出水孔，优选3个。出水孔设置的目的是当水槽内循环水启动后，保证槽内水受热均匀，温度一致。
[0018] 循环水进水管的垂直方向依次均布设置与循环水进水管相连通的循环水辅助管，循环水辅助管的数量为3-8，循环水辅助管底部均匀开设N个直径≥6mm的管孔。
[0019] 本发明的装置通过对不同性质原油采取不同办法；如对管道加温、掺入轻质原油或注入各种降粘、降凝、减阻、防结垢药剂等措施，动态模拟管道输送过程，对原油在管道中产生的压力降、单位时间内流出的质量进行检测，根据结果优选出最佳的原油输送方案。
[0020] 使用所述装置的检测原油流动性能的方法，包括以下步骤：
[0021] (1)在搅拌罐内，将原料油与助剂混合，搅拌均匀，得到混合后的原油；并且将搅拌罐与恒温水浴槽设置相同的温度；
[0022] 将原料油与降粘、降凝、防结垢药剂的其中一个按一定比例(助剂为原料油的10～200mg/L)倒入搅拌罐内，或者将密度大的重质原油与密度小的轻质原油按一定比例(重质原油与轻质油的质量比为2～10：1)混合后倒入搅拌罐，开启搅拌桨缓慢旋转，同时打开搅拌罐与恒温水浴槽内加热系统，并将搅拌罐内原料和恒温水浴槽设置相同温度。
[0023] 此步骤为原料油与助剂混合阶段，原料油与助剂按比例在一定温度下混合，混合均匀后经齿轮泵输送到原料罐。
[0024] 所述的助剂为原油降粘剂、原油降凝剂、原油防结垢药剂或者与被检测原油密度不同的原油。上述助剂均为本领域常用助剂，均为市售产品。
[0025] 所述的原料油为稠油、原油或常温下运动粘度≥100mm2/S的液体原料。原料油在管线中的流动状态为
湍流，从原料罐到回流罐的管线最小公称直径DN≥1/2”。
[0026] 混合后的原油在管线的流动状态必须是湍流，如果速度低，管径小流体不能达到湍流状态，降粘减阻助剂效果将无法有效检测，所以从原料罐到回流罐的管线最小公称直径DN≥1/2”，水平盘管浸入恒温水中，保证测试在恒定温度下进行。
[0027] (2)当恒温水浴槽达到设定温度时，开启水循环系统，水在离心泵的作用下于恒温水浴槽和原料罐蛇形盘管之间不断循环，直到系统内部温度恒定；启动齿轮泵，混合后的原油由搅拌罐进入原料罐；
[0028] 待恒温水浴槽内水温达到要求温度时，开启水循环系统内所有
阀门，启动离心泵，水在恒温水浴槽内和原料罐蛇形盘管之间不断循环，系统内水温恒定后，启动齿轮泵，将原料打入原料罐。此步骤为恒温阶段，恒温水槽内的水经过加热，达到一定温度后通过离心泵，将其循环到原料罐的内部盘管，再回恒温水浴槽，经
过热水不断循环，整个系统温度恒定后再进行试验。
[0029] (3)启动蠕动泵，用计时器计时，混合后的原油从原料罐进入恒温水浴槽水平盘管内，混合后的原油在水平盘管内流动时会产生压力降，压力传感器通过DCS系统将压力变化数据传送到计算机，计算机每隔5秒储存一次数据，水平盘管进口与水平盘管出口上的温度测量计在线检测混合后的原油温度，混合后的原油经过水平盘管后，再经质量流量计进入回流罐，质量流量计通过DCS系统将数据传送到计算机并储存，电子秤能够显示单位时间内回流罐增加质量并将数据传送到计算机储存。
[0030] 在此步骤中，混合后的原油经过蠕动泵进入恒温水槽盘管内，在盘管内流动产生压力降，压力降数据经过压力变送器传输到计算机内储存。从恒温水槽内出来的混合后的原油进入质量流量计，质量流量计显示单位时间内原料的流量，数据传输到计算机内储存。回流罐通过电子秤精确测量返回原料的质量。
[0031] 相同原料、相同温度下，在加不同降粘减阻、降凝助剂情况下，压力传感器、质量流量计和电子秤反应的数据是不同的，数据的变化反应的是各种降粘减阻助剂对原油管道输送影响的结果。
[0032] 相同原料，不同温度下，各种数据也是不同的，通过对各种数据的比较可以得到最佳输送方案。
[0033] 本发明优选使用如下设备：
[0034] 搅拌罐：容积30-50L，盛装原料和药剂，底部有带控制的加热元件，内部有可调速的搅拌浆，搅拌浆的作用是使油剂混合均匀和保持罐内油温一致。
[0035] 原料罐：容积30-50L，盛装混有减阻降粘助剂的原料，内部有使油温保持恒定的蛇形盘伴热管，底部有测温仪表，外部有40mm厚的保温石棉。
[0036] 蠕动泵：工作原理是靠3个辊轮循环
挤压输送软管，原料在软管内精密传输，没有大的剪切，不至于将大分子降粘剂切断影响降粘效果，运转平稳，计量准确，原料在输送中不会出现大的波动。
[0037] 恒温水槽：长方形容器，长X宽X高为2mX0.7mX0.6m，内部水平盘管为DN1/2”的无缝钢管，总长32m，水平放置，均匀排列，两端用U型螺栓固定，内壁光滑，壁厚均匀，要求外径偏差≤±1.00％，壁厚偏差≤±0.20，两端回转最小弯曲半径≥10倍的管径，目的是降低管子因弯曲产生压力降。水平盘管上均匀设置4个压力传感器，水平盘管进出口两端按装有温度测量口，恒温水浴槽下部是2组S型电加热管，总加热功率12KW，保证循环水在2小时内加热到50℃，恒温水浴槽外层有40mm厚的保温石棉层。
[0038] 回流罐：容积30-50L，循环返回的原油进入此罐，底部有电子秤，精确测量单位时间内原料的增长量。
[0039] 本发明的有益效果如下：
[0040] (1)本发明采用蠕动泵输送原料，运转平稳，计量准确，油剂之间不会由于混合过度，产生乳化，或将大分子降粘剂剪切影响流体效果。
[0041] (2)本发明建立DCS系统，压力传感器、质量流量计、
温度计、电子秤主要数据，将每隔5秒传输数据到计算机中储存。
[0042] (3)本发明结构简单、易于操作，其通过对比各种条件下，原油在管道内产生的压力降或者单位时间内流出质量的不同，能够优选出最佳的原油输送方案，本发明检测方法简便、准确，能够指导工业化应用。
附图说明
[0043] 图1是本发明装置结构示意图；
[0044] 图2是图1恒温水浴槽结构示意图；
[0045] 图3是图2的俯视图；
[0046] 图4是图2中S加热管与水平盘管结构示意图；
[0047] 图5是循环水进水管结构示意图；
[0048] 图中：1、搅拌罐；2、齿轮泵；3、原料罐；4、蠕动泵；5、电子秤；6、回流罐；7、计算机；8、质量流量计；9、离心泵；10、恒温水浴槽；11、循环水进水管；12、水平盘管；13、保温棉；14、加热管；15、循环水出水管；16、循环水辅助管；a、水平盘管出口；b、水平盘管进口；c、循环水入口；d、循环水出口；e、放净口；h1、第一温度测量口；h2、第二温度测量口；h3、第三温度测量口；h4、第四温度测量口；f1、第一压力传感器；f2、第二压力传感器；f3、第三压力传感器；
f4、第四压力传感器。
具体实施方式
[0049] 以下结合
实施例对本发明做进一步描述。
[0050] 实施例中，所述的检测原油流动性能的装置包括搅拌罐1、齿轮泵2、原料罐3、蠕动泵4、电子秤5、回流罐6、计算机7、质量流量计8、离心泵9和恒温水浴槽10；原料罐3内部设置蛇形盘管，恒温水浴槽10内部设置水平盘管12，其中：
[0051] 搅拌罐1依次连接齿轮泵2、原料罐3、蠕动泵4、恒温水浴槽10水平盘管12、质量流量计8、回流罐6组成油路；
[0052] 原料罐3蛇形盘管、恒温水浴槽10组成由离心泵9提供动力的水循环系统；恒温水浴槽10内部设置温度测量口；
[0053] 回流罐6底部设置电子秤5；质量流量计8、电子秤5均与计算机7相连；
[0054] 恒温水浴槽10的水平盘管12上间隔设置压力传感器，压力传感器与计算机7相连，水平盘管进口b与水平盘管出口a上均设置温度测量口，水平盘管12下部设置S形加热管14，水平盘管12上部设置循环水进水管11，恒温水浴槽10底部开设出水孔，出水孔与循环水出水管15相连。
[0055] 所述的恒温水浴槽10内部水平盘管12为DN1/2”的无缝钢管，总长32米，水平放置，均匀排列，两端用U型螺栓固定，无缝钢管外径偏差≤±1.00％，壁厚偏差≤±0.20，两端回转最小弯曲半径≥10倍的管径；水平盘管12上均匀间隔设置4个压力传感器；恒温水浴槽10外层设置40mm厚的保温石棉层13；恒温水浴槽10底部开设3个出水孔。
[0056] 所述的循环水进水管11的垂直方向依次均布设置与循环水进水管11相连通的循环水辅助管16，循环水辅助管16的数量为4个，循环水辅助管16底部均匀开设直径≥6mm的管孔。
[0057] 实施例1
[0058] 工业上原油一般选择40℃～60℃作为输送温度，我们采用本发明所述装置对华北原油在40℃下进行注入降粘剂试验，数据见下表：
[0059] 表1华北油田原油降粘减阻试验数据
[0060]
[0061] 由上述数据可知：
[0062] 加入MSA降粘剂20mg/L，原油输出增量：(60.7-50.4)/50.4*100％＝20.4％。
[0063] 加入MSA降粘剂50mg/L，原油输出增量：(62.8-50.4)/50.4*100％＝24.6％。
[0064] 加入MSA降粘剂100mg/L，原油输出增量：(65.1-50.4)/50.4*100％＝29.1％。
[0065] 从试验结果得知，原油加入20mg/L～100mg/L降粘剂，输送能力提高20％～29％。
[0066] 实施例2
[0067] 取胜利油田某
站点原油150kg，此油属于高粘普通原油，经分析测量：原油相对密度d20＝0.995，凝固点34℃，蜡含量3.8％，胶质，沥青质含量46.7％，50℃运动粘度254mm2/s，无降粘剂的情况下，50℃管道流速0.45m/s，为提高流速，增加流量，欲加聚醚型降粘剂进行管道输送，经本发明装置可以分析出加入多少量才使其流量提高30％以上。
[0068] 具体步骤如下：
[0069] 1、首先检测不加降粘剂时管路上各压力传感器、质量流量计、电子秤的在线显示值。
[0070] 将35kg原油倒入搅拌罐1，并加热至50℃；同时开启恒温水浴槽10加热系统，加热循环水至50℃，打开水循环系统内所有阀门，启动离心泵9，水在恒温水浴槽10内和原料罐3盘管之间不断循环，保持整个系统50℃恒定后，启动齿轮泵2，将原料由搅拌罐1打入原料罐3。最后开动蠕动泵4，原油从原料罐3进入恒温水浴槽10内水平盘管，原油流经水平盘管时产生的压力降通过DCS系统传输到计算机，同时质量流量计8，精密电子秤5的在线数值精确显示在计算机面板，其数值见序号1。
[0071] 2、加降粘剂时检测管路上各压力传感器、质量流量计、电子秤的在线显示值。
[0072] 将35kg原油倒入搅拌罐1，用250mL
煤油将7g聚醚型降粘剂稀释后倒入搅拌罐1，启动搅动并加热至50℃；同时开启恒温水浴盘管槽10加热系统，加热循环水至50℃，开启水循环系统内所有阀门，启动离心泵9，水在恒温水浴槽10内和原料罐3盘管之间不断循环，保持整个系统50℃恒定后，启动齿轮泵2，将原料打入原料罐3。最后开动蠕动泵4，原油从原料罐3进入恒温水浴槽内10水平盘管，水平盘管上压力传感器PIC，质量流量计8，精密电子秤6的在线数值精确显示在计算机面板，见序号2数值。
[0073] 在加入不同药剂量的情况下重复上述步骤，得试验结果：见序号3，序号4。对不同试验值进行对比分析，得出结论。以下表2为得到的性能数据。
[0074] 表2性能数据表
[0075]
[0076] 由上述数据可知：
[0077] 加入EP18降粘剂200mg/L，原油输出增量:(29.04-23.7)/23.7*100％＝22.5％，压力传感器I阻力降低：3.18-2.19＝0.99KPa。
[0078] 加入EP18降粘剂300mg/L，原油输出增量:(30.48-23.7)/23.7*100％＝28.6％，压力传感器Ⅰ阻力降低：3.18-1.95＝1.23KPa。
[0079] 加入EP18降粘剂500mg/L，原油输出增量:(31.7-23.7)/23.7*100％＝33.7％，压力传感器Ⅰ阻力降低：3.18-1.84＝1.34KPa。
[0080] 由结果得知，原油加入500mg/L降粘剂时，输送能力可提高33.7％。
[0081] 实施例3
[0082] 曙光油田稠油240kg，经分析测试原油相对密度d20＝0.998，蜡含量3.0％，胶质，沥青质含量48％，50℃运动粘度5200mm2/s，温度低于70℃几乎丧失流
动能力，在85℃管道流速0.15m/s，为提高流速，增加流量，欲加分散型降粘剂或加入轻质原油混合进行管道输送，用本发明确定采取哪种方法合适。
[0083] 试验在85℃下用两种方法进行评价(原油中均加入10mg/L防结垢剂α-烯
烃聚合物)，第一种方法是，添加分散降粘剂进行输出增量试验；第二种方法是添加轻原油进行增量试验。
[0084] 试验分两部分进行，第一部分是加分散型降粘剂进行试验，取得数据进行效果分析：第二部分是加入轻质原油混合进行试验分析；通过两组数据对比，得出效果较好的办法。
[0085] (1)稠油在85℃下加入分散降粘剂输出增量试验，数据如下：
[0086] 表3分散性降粘剂试验数据(均加入10mg/L防结垢剂)
[0087]
[0088] 由上述数据可知：
[0089] 加入PLC-102降粘剂200mg/L，原油输出增量:(8.56-7.93)/7.93*100％＝7.9％，压力传感器Ⅰ阻力降低：4.01-3.45＝0.56KPa。
[0090] 加入PLC-102降粘剂300mg/L，原油输出增量:(8.67-7.93)/7.93*100％＝9.3％，压力传感器Ⅰ阻力降低：4.01-3.40＝0.61KPa。
[0091] 加入PLC-102降粘剂500mg/L，原油输出增量:(8.85-7.93)/7.93*100％＝11.6％，压力传感器Ⅰ阻力降低：4.01-3.38＝0.63KPa。
[0092] 从试验结果得知，原油加入300mg/L～500mg/L降粘剂时，输送能力提高7.9％～11.6％。
[0093] (2)稠油在85℃下加入轻原油进行增量试验，数据如下：
[0094] 表4加入轻质原油增量试验数据(均加入10mg/L防结垢剂)
[0095]
[0096] 备注：轻原油相对密度d20＝0.78，蜡含量1.0％，胶质，沥青质含量5％，50℃运动粘度20mm2/s。
[0097] 由上述数据可知：
[0098] 加入轻原油25％，原油输出增量:(31.2-7.93)/7.93*100％＝393.4％，压力传感器Ⅰ阻力降低：4.01-1.45＝2.56KPa。
[0099] 加入轻原油35％，原油输出增量:(47.4-7.93)/7.93*100％＝497.7％，压力传感器Ⅰ阻力降低：4.01-1.03＝2.98KPa。
[0100] 加入轻原油45％，原油输出增量:(58.1-7.93)/7.93*100％＝632.7％，压力传感器Ⅰ阻力降低：4.01-0.98＝3.03KPa。
[0101] 从试验结果得知，原油加入占原油25％～45％的轻原油时，输送能力提高393.4％～632.7％。管道上压力降也大幅降低，有利于原油的输送。
[0102] 通过对比上述两种方法的试验数据可发现，如果要增加稠油单位时间内输送量，加入轻原油混合比加入降粘剂效果理想，输出增量成倍增加；同一点上压力降大幅下降，所以工业上稠油输送建议采用掺轻原油办法。
[0103] 实施例4
[0104] 某油田原油150kg，经分析测试原油相对密度d20＝0.886，蜡含量6.2％，胶质，沥青质含量13％，原油凝点26.3℃，40℃运动粘度80mm2/s，在40℃时管道流速0.9m/s，为提高流速，增加流量，欲提高管输温度，比较不同温度下原油输出增量。
[0105] 该原油由于含蜡高，凝点低，提高流动性关键是温度，所以以下考察其不同温度下的流动性。试验数据见下表：
[0106] 表5原油在不同温度下试验数据
[0107]
[0108] 已知试验装置管道规格Ф21.25×2.75，所以内径为Ф15.75mm。
[0109] 各温度段的流速如下：
[0110] 30℃时，0.078÷(0.015752×0.785)÷886＝0.452m/s。
[0111] 40℃时，0.154÷(0.015752×0.785)÷886＝0.893m/s。
[0112] 50℃时，0.186÷(0.015752×0.785)÷886＝1.08m/s。
[0113] 60℃时，0.243÷(0.015752×0.785)÷886＝1.41m/s。
[0114] 该原油蜡含量高，温度是影响其流动速度的主要因素。通过上述数据可知，原油在输送过程中，每提高10℃管输流速会得到不同程度的提高，但过高的温度会带来
能量损失，所以建议原油实际流速
温度控制在50℃～60℃范围内。
