玻璃钢管的结垢机理及实验研究

发布时间：2020-03-17 18:20

【摘要】：目前我国大部分油田均采用注水采油技术作为提高原油采收率的主要手段,随着含水率不断增加,地层水矿化度不断提高,地面集输管线的结垢问题日趋严重。为解决结垢问题,国内外广泛使用性能优异的玻璃钢复合管取代传统钢管,然而,在油田复杂环境服役过程中,玻璃钢管依然出现了结垢现象。目前,国内外均缺乏关于玻璃钢管结垢的影响因素研究和机理分析。因此,本文首先调研了国内外关于管材结垢研究的文献、著作,掌握了管材结垢的研究方法,明确了目前管材结垢研究工作的不足,并在此基础上创新性的自研自制了可模拟真实流动环境的动态循环结垢装置,针对新疆某油田实际工况条件,开展了玻璃钢管结垢机理研究,主要研究内容包括:(1)进行了新疆某油田地层水水质及垢物物相组成分析,得到了模拟矿化水配置方案;基于新疆某油田实际工况,以国内外现有结垢机理分析了该油田玻璃钢管线结垢原因;分析了玻璃钢管成分特性,为开展后续研究奠定理论基础。(2)开展了玻璃钢静态结垢实验研究。首先进行了玻璃钢管水侵蚀实验,得出玻璃纤维水解和环氧树脂溶胀作用对结垢影响极小的结论;然后采用静态法模拟玻璃钢管结垢,综合分析宏观和微观测试结果,得出了静态环境下温度、时间、材质粗糙度和表面自由能对玻璃钢管结垢的影响规律,解释了油田玻璃钢管线前半段易发生结垢的原因;同时,对比了玻璃钢与13Cr在相同工况条件下的结垢量,分析了表面特性对其的影响,为油田集输管线选材提供了科学依据。(3)研制了动态循环结垢模拟装置。基于油田运行参数,运用相似原理,即保证模型与原型的几何相似、运动相似和动力相似,自研自制了可模拟真实管流环境下的动态循环结垢装置;该装置核心包含两个测试管段及控制监测系统,通过对流体温度与压力、流速、管材材质、壁温差的控制,真实模拟油水管流环境,实验所得数据能准确并有价值地描述对应原型的结垢现象,以此建立的结垢模型真实可靠。(4)开展了玻璃钢动态结垢实验研究。利用该装置第二测试管段开展了玻璃钢管动态循环结垢实验,得到了温度、时间和实际流速对结垢的影响规律,并以灰色关联理论分析了温度、流速对玻璃钢管结垢的关联性,针对现场提出了抑制结垢的控制措施;此外,明确了 Mg~(2+)和Fe~(2+)的离子浓度对污垢形成的影响规律,并定性地分析了其影响机理。(5)定量地分析了 Mg~(2+)和Fe~(2+)离子浓度对污垢的影响机理。基于动态实验研究结果,利用Materials Studio(MS)软件的CASTEP模块,根据方解石晶体结构,建立了Ca_(6-x)Mg_x(CO_3)_6和Ca_(6-x)Fe_x(CO_3)_6结构模型,计算了其弹性性质参数,得到了 Fe~(2+)和Mg~(2+)离子浓度对促进文石、强化方解石的影响程度,据此针对现场提出了阻垢剂选用方法,从而通过控制金属离子浓度达到抑制结垢的效果。通过以上研究,得到了温度、流速、金属离子浓度等因素对玻璃钢管结垢的影响规律,明确了玻璃钢管结垢机理,提出了适用于油田现场的抑制结垢措施,有助于增强玻璃钢集输管线运行的安全性、稳定性,提高油田生产效益。
【图文】：

玻璃钢管的结垢机理及实验研究

图１－２技术路线图逡逑

玻璃钢管的结垢机理及实验研究

图２－１玻璃钢管清管垢样ＸＲＤ图谱逡逑分析ＸＲＤ图谱，，得出垢物主要由大量的碳酸钙和极少量的碳酸镁组成；与碳酸钙逡逑
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE988

【参考文献】