南阳油田赵5井原油掺水不加热集输技术研究(编辑修改稿)

南阳油田赵5井原油掺水不加热集输技术研究(编辑修改稿)内容摘要：

ω； 计算热水和原油混合的初始温度 T；计算热水和原油混合后的平均比容 c； 给掺水管传热系数一个初始值 k1。 代入舒霍夫公式 11110 ( 1 0 ) k p i d LGctj t t t e       得热水到达井口温度的计算值 tj； 若满足 | 11 | tj ,则输出掺水管传热系数 k1；反之则返回循环给 k1 一个增量进行迭代，直至满足此关系式，退出循环； 给集油管传热系数一个初始值 k2。 代入舒霍夫公式 11110 ( 1 0 ) k p i d LGctj t t t e       得回油温度的计算值 tj； ⑨ 若 | | tj ,则输出集油管传热系数 k2；反之则返回循环给 k2 一个增量进行迭代，直至满足此关系式，退出循环； 计算结束，在界面文本框中输 出计算结果 k1,k2. 管内流体压力分布研究 实际流体在流动过程中，其总能量沿流动方向逐渐减小。 由于流体本身具有粘性，流动时有内摩擦力产生；流道边界不可能完全光滑，也要产生摩擦力；同时流动过程中还会有流道的形状、流动方向的变化与其它障碍，这些都会使流体在流动过程中受到阻力。 流体流动需要克服这些阻力，从而使一部分能量转化为不能做功的热能而损失掉，使流体总能量沿流程逐渐减小。 这种由流动阻力所引起的能量损失称为阻力损失。 流体流动阻力有两种形式：一种是粘性流体流动时，由于流体层间内摩擦力及流体与流道壁面 的摩擦阻力产生的沿程阻力；另一种是由于流体因局部障碍（如阀门、弯头、扩散管等）引起液流显著变形以及液体质点间的相互碰撞而产生的局部阻力。 造成管流压力变化的主要原因就是由于流体在流动过程中的流动阻力损失 h。 因此，研究管内流体沿程压力分布就必须弄清沿程流动阻力损失。 管线沿程压降计算 由于井口产液含气量较低，可将集油管内流体的流动视为两相流流动，则集输系统的掺水管线和集油管线的均可视为输液管线 [11]。 则管线的沿程阻力损失可采用达西公式计算： 南阳油田赵 5 井原油掺水 不加热集输技术研究 10 22f Lvh dg （ 216） 式中 L—— 管道长度 （ m） ； d —— 管道内径 （ m） ； g —— 重力加速度 （ m/s2） ； v —— 管输介质平均流速 （ m/s） ；  —— 水力摩阻系数，水力学理论分析和大量实验表明，  是雷诺数 Re 与管壁的相对粗糙度  的函数 [12]，即： ( , )f Re （ 217） 雷诺数 Re 由下式计算 ： vdRe  （ 218） 雷诺数的大小表征流体在管道内的流动状态，不同流动状态下的摩阻系数 λ 的值，可由表 25 中所给出的公式计算。 表 25 不同流动状态的摩阻系数 λ计算公式 流态类别 雷诺数范围 计算公式 层 流 2020Re 64Re 紊流 水力光滑区 11 8 / 73000Re ReRe  1 1 .8 lg 1 .5 3Re  当 510Re 时，  混合摩擦区 12266 5 76 5 lgRe Re ReRe  1 2 .5 12 lg 7 .4Re    阻力平方区 2Re Re 21( 4 2 lg )   管壁的相对粗糙度  由式（ 219）计算 ： 2ed （ 219） 式中 e—— 管壁内的绝对粗糙度 （ m ）， 由表 26 查得。 表 26 各种管道的绝对粗糙度ｅ 管子类别 绝对粗糙度ｅ（ mm） 管子类别 绝对粗糙度ｅ（ mm） 西南石油大学硕士研究生学位论文 11 新精制无缝钢管 ～ 新铸铁管 ～ 通用输油钢管 ～ 普通铸铁管 ～ 普通钢管 生锈铸铁管 ～ 涂沥青钢管 ～ 结水垢铸铁管 ～ 普通镀锌钢管 光滑水泥管 ～ 旧钢管 ～ 粗糙水泥管 ～ 通过对各流态公式的总结归纳，可综合为一个公式，即列宾宗公式： 25mmf mQLh d  （ 220） 由于从现场采集到的 油井产液量数据均为质量流量，为了方便计算，将式（ 220）变为式（ 221）。 225mmf mqLh d  （ 221） 式中 q —— 管输介质的质量流量 （ kg/s） ；  —— 待定系数 （ s2/m） ； m —— 待定系数，无量纲；  —— 管线平均温度下输送介质的粘度 （ Pas）， 不同温度下水的粘度由表 27中所给值选取 ， 而不同温度下的原油粘度由粘温关系式（ 222）确定 [13]： l g l g l gA B C T D T      （ 222） 式中  —— 原油含水率； T—— 管线的平均温度 （ ℃ ）， 可由式（ 223）计算： 5712 12av R Zt t t （ 223） tz—— 管线终点的介质温度 （ ℃ ） ； A、 B、 C、 D—— 由油品的流变性试验确定。 表 27 列宾宗公式中系数  和指数 m 的取值 流 态  (s2/m) m 层流 1 南阳油田赵 5 井原油掺水 不加热集输技术研究 12 紊流水力光滑区 紊流混合摩擦区 紊流阻力平方区 0 表 27 中， A 值和  分别由式（ 224）和（ 225）计算： 0 .1 2 7 lg 0 .6 2 710 edA  （ 224） d   （ 225） 站场的局部阻力损失按沿程阻力损失的 5﹪计算。 由此 可 得到沿程总的摩阻损失为： 2 5mmmqLh d  （ 226） 由于本文所研究的原油含蜡量较高（脱气原油含蜡量在 35％以上），因此在沿程摩阻损失计算中应考虑到蜡在管壁上的沉积对其所造成的影响。 蜡在管壁上的沉积使得液流的过流面积减小，流动阻力增大 [14]。 关于蜡在管壁的沉积规律本文暂不研究，为简化计算将原油管线中蜡沉积的厚度初步定为 5mm，则式（ 226）修正为 ： 2251 .0 5 ( 0 .0 1 )mmmqLh d    （ 227） 由此可得管线沿程压降为 ： P gh （ 228） 根据式（ 228），代入相关数据可分别计算出掺水管线和集油管线的沿程压降。 压力校核 在管网系统压力分布研究中，还应考虑到两个关键点的压力值，必须对这两个点进 行压力校核，以保证原油集输过程的顺利进行。 1. 计量站进站压力校核 为了使油水混合物能够顺利输送到计量站，应确保其到达计量站时的进站压力2p 不小于 0，即： 2( ) 0ip  （ 229） 式中 i —— 与第 i 口油井相连接的管线，下同。 2. 单井掺水压力校核 在掺水点处，如果掺水管线的压力小于井口回压，则掺水管线中的热水不能进入油管，而油流在回压的作用下倒流入掺水管线，引起操作事故。 因此为保证掺水西南石油大学硕士研究生学位论文 13 过程顺利进行，应使掺水管线在各井口掺水点处的压力值 11p 不小于相应的井口回压 wellp ，即： 11()i wellpp （ 230） 第 3 章 掺水原油流变性的实验研究 研究的 目的 、目标 及 方法 研究 目的 油和水 的 混合物在一定的条件下会呈现乳化或悬浮状。 由于油水混合物流动 的 流变 性十分 复杂 ，因此由 其形成 的 乳状液 流变性 更 加 复杂。 随着条件的改变 ，乳状液 能够表现出 牛顿流体或非牛顿流体的特性。 另一个值得注意的 现象是相转变。 在相转变过程中，分散相 和 连续相 互相转变，这 使 得 油水分散体系 变得 更加复杂[15]。 影响油水混合物流变特性的主要因素是温度和含水率，因此，研究原油在不同温度、不同 含水率下的流变规律显得非常重要。 研究目标 及方法 本研究利用流变学测试技术和方法，研究南阳油田 赵 5 井 掺水原油的流变性，主要研究目标如下： （ 1）通过对南阳油田 赵 5 井 原油进行室内掺水原油流变性测量，由测量的实验数据绘制出原油在不同含水率、不同温度下的流变曲线，并确定流变方程； （ 2）通过实验测得不同含水率、不同温度下的表观粘度值，绘制 赵 5 井 掺水原油的粘温曲线，并确定其粘温方程； （ 3）绘制掺水原油在温度和掺水量共同作用下的粘温曲线，并拟合粘度与含水率、温度的回归方程； （ 4）根据掺水原油的粘温曲 线，讨论含水率、温度及剪切速率对原油流变性的影响。 掺水原油流变性的实验研究 油样配备 根据 井口含水率情况，配置不同含水率。 用天平称取适量井口原油油样到磨口瓶中，根据所需配制的含水率，称取适量污水掺入原油中，并将配制的油样搅拌均匀，作为测试的基础油样。 不同含水率所称油样重量及所需掺水量如表 31 所示。 表 31 赵 5 井 不同含水率所取油样重量及掺水量 南阳油田赵 5 井原油掺水 不加热集输技术研究 14 井口含水率 （ %） 配制含水率 （ %） 40 60 80 90 油样重量（ g） 100 100 100 50 掺水量 （ g） 实验仪器 粘度是流体的重要物理性质之一 ， 是食品业、聚合涂层业、石油工业及其他工业的一个重要的标准特征。 测量流体的粘度和流动性在工业生产和基础学科研究中具有十分重要的意义。 目前测量流体粘度的方法主要有毛细管法、旋转法、振动法及落球法等。 其中 ， 旋转法是一中比较常用的方法，被广泛地应用于测量牛顿流体和非牛顿流体的粘度及流变特性中 [16]。 HAAKE RS600 高端流变仪可以进行所有类型的旋转和震荡模式测量。 它是完全模块化的，用不同的温度控制和 （特殊的）测量系统以及（扩展主机基本指标的）选项（如高剪切、微扭矩、法向力等）可以快速转化到不同的测试要求。 实验影响因素分析 测量误差分析 在用同轴圆筒旋转流变仪进行实际测量时，有许多实验条件与假定的理想条件不符，从而产生测量误差 [17]。 1. 紊流流动 不论是同轴圆筒、锥板、细管等哪一种传统的粘度计，其测量原理都是基于流体的层流。 如圆筒的旋转角速度较小，则能满足这一条件。 但当旋转角速度旋转到超过某一界限时，就会出现紊流。 就同轴圆筒系统而言，外筒旋转与内筒旋转的场合， 其层流转化为紊流的临界雷诺数 是 不同 的。 内圆筒旋转时，内侧流体因受离心力的作用，易产生径向流动，因而易产生紊流；外筒旋转时，由于向心力的作用而使流动稳定。 对于同轴圆筒结构，要避免紊流往往是比较容易的，但端面紊流也要引起重视。 当转速较高时，惯性力将引起端面紊流。 2. 端部影响 外圆筒做成筒形的容器，内圆筒同轴地安装在外圆筒里，在内外筒间隙中加入实验液体。 内圆筒旋转产生的粘性力矩不仅由圆筒侧面产生，也由上下两个端面产生，其中底面部分的影响最大。 这种内筒上下端面产生额外附加粘性力矩的现象称端部效应。 影响端部效 应的因素较多，如内筒的浸没深度、内外筒底部间的距离、内筒直径、内外筒间隙、液体的粘度、端面紊流、流体的非牛顿性质等。 3. 壁面滑移 对于连续相为低粘。