高分子减阻剂减阻效果试验研究
浅析减阻剂在输油管道运行中的减阻节能与增输作用
２输油管道应用减阻剂后的减阻与
②减 阻剂在管道里要避免受油泵、管 件 、孔板 等 各种形 式的 剪切作 用 ； 使用减阻剂是为了增加管道的输 量，增输 ③对某些种类的减 阻剂而言，管径放 是 由于 减 阻的 作 用而 实 现 的 。 大效应很显著。在小 管径上得到的试验结 ２ ．２输油管道应 用的减阻剂 果， 不适用于较大管径的条件 ， 甚至在管径 ２ ．２． １ 减 阻 剂 的 成 分 大 到 一 定程 度时 ，减 阻效 果 极 其 微弱 。 减 阻剂 的 成 分 为高 分 子 碳 氢化 合 物 聚 ２ ．３ 使 用减 阻剂 的 经济 性 ．３ 合物 ， 一 种非 牛 顿 流体 的 粘 稠物 ， 于油 是 用 使用减 阻剂减阻或增输 ，是一种非工 品减 阻剂的为油溶性减阻剂 ，具 有极长的 程性的技术措施 ，不需要扩展原有管道工 链 结 构 ， 柔软 有 弹性 ， 为螺 旋 结 构 更为 程规模 ， 链 若 不需增设泵站或建管道复线 ， 也不 理 想 ；分 子量 一般 要 求 在 ｌ １ 上 。 需要更换输 油设 备即可达到提 高管道输送 ０ 或 ０以 ２ ．２ 减 阻 剂的 物 性 及 使用 要 求 ．２ 能 力的 目的 ； 因此 ， 用 减 阻剂 的 工程 投 资 应 减 阻性 能好 的减 阻剂 都具 备以 下特 相 对 较 小 ，采 用减 阻措 施 可 以 简捷 而 迅 速 点：应 是 长 链梳 状 聚 合物 ；具 有 高分 子 量 ， 的 达 到 减 阻 或增 输 目的 ，这 是 其优 越 性 所 般 不应 低 千 ５×１ 理 想是 在 ｌ ０， ０ 以上 ； 在 在油 品中可溶性好 。 在输油管道上应用减阻剂应符合以下 ３减阻剂在国内外输油管道中的应 要 求 ： 人 量要 少 ， 阻效 率要 高 ， 合体 加 减 综 现为实用的经济性要好 ；减阻剂本身应具 用 实例 国外在输油管道上使用减阻剂的实例。 有抗 剪 切 能 力 ，储 运 和 使 用 过 程 中 无 明显 美国横贯阿拉斯加的原油管道 ，采用加减 降解； 对油品加工和油品质量无不利影响。 阻剂 方 案 ， 原 设 计 的 ｌ座 泵站 减 为 ｌ座 ， 将 ２ ０ ２ ．３ 减 阻剂 的 应 用和 减 阻 增输 效 果 ２２ ０ｍ 增 口 ４ ．６× ３ ２ ．１输油管道适于应用减阻剂的 日输 油 量 由 ２ ．６×１ 力至 ８ １ ．３ １ １。英 国北海油 田某管道，原设计方案 ０１ １ 情 况 ０６ 经过方案比选 ， 采用高峰 减 阻剂 发 展 到 目前 阶 段 ，多 在 下 列情 管径为 １６ ｍｍ， 使管径改为９４ ４ １ ．ｍｍ， 大 况下 ， 作为一种短期的、 权宜性的或特殊处 时加减阻剂方案 ， 大降低了投资 。 国西南部一条 ２０ 美 ０ｍｍ 口 理 手 段而 采 用 ： 径的成品油管道夏季汽油输量增大时 ，曾 ①季节性输油任务的波动 ； 有 １ｌ ｍ管道出现卡脖子问题 。采用减阻 ｋ ｌ ②暂 时性 的输 油 任 务的 高 峰 ； 迅速 、 经济地解决 了问题， 管道摩擦 ③根据市场需求时增加输量（ 这种情况 剂后 ， 阻 力下 降 ４ ％ ，输 量 增大 ２ ％ 。 ０ ８ 在 国外 尤 为 多 见 在 国 内 ， 先 是利 用美 国 Ｃ ｎ ｃ 公 司 首 ｏ ｏｏ ④管道超过额定输油能力 ，暂时来不 Ｄ ０减 及扩 建 ，或 在 一定 的超 额 范 围内 不准 备扩 生 产的 Ｃ Ｒ１２ 阻 剂 在铁 大 线 、东黄 线 、 濮 临线 上 进 行 试 验 并 取得 了成 功 。 如 铁 大 建； ９６ ⑤顺序输送多种油 品时 ，对某种油品 线继 １８ 年现场试验成功后 ，在沈阳、熊 岳和复县 ３ 个站段，间断投用减阻剂 ７ 天 ， ９ 减阻输送 ， 以提高全管道系统的输油能力； 用药 ９ｍ ７ ，全 线 增 输 原 油 １ ．６ ７ ６ ７× １ ， ０ ｔ ⑥在管道的 “ 卡脖子段”减阻或增输； ⑦在管道建设条件恶劣的沙漠、 沼泽 、 缓解 了铁大线外输 紧张局面 ，争取到较大 高寒等地 区， 为减少泵站而采用的减 或 的出口换汇 ，为国家 创造 了较高的经济效
页岩储层压裂减阻剂减阻机理研究
页岩储层压裂减阻剂减阻机理研究页岩气是指储存在页岩中天然气，而页岩储层压裂技术是目前开采页岩气的主要方式之一。
由于页岩储层矿物质组成复杂，存储天然气密度高等特点，导致压裂难度较大，需要在压裂过程中添加一定的减阻剂以便提高压裂液的渗透性和流动性，最终实现提高天然气产量和经济效益。
减阻剂是压裂液中的一种特殊添加剂，充分利用其高分子多糖的高黏度优势，增加液体粘度，防止压裂液在压力作用下提前流入有裂缝分支的岩层孔隙中，从而减少其流失到非压裂目标层并维持压裂效应。
但减阻剂的具体机理仍未得到完全的解释，研究其机理将对优化压裂技术和提高天然气产出率起到重要作用。
减阻剂能够在压裂液中起到的主要作用有：液体黏度的增加、分散压裂液颗粒物和抑制垂直井壁滑脱现象。
其中，黏度增加是最重要的机理之一。
减阻剂中的高分子多糖和压裂液中的其他添加剂经由化学反应将其产生的微泡聚合，使液相粘度增大，从而减少粘性降低所带来的阻力，塑性剪切不平滑效应也随之发生减小。
减小的阻力和胶结性提高了压裂液的渗透性和流动性，有利于压裂液在井壁缝隙中弥散、扩散和渗透，增大液相分布范围，形成更多、更稳定的裂缝结构，最终提高天然气产量。
分散压裂液颗粒物也是减阻剂起到的重要作用。
压裂液中的水和颗粒物成分会在压力作用下向裂缝发展方向流动，会导致压裂片断或断裂。
减阻剂能够通过防止压裂液在深度方向上流动而减少悬挂的颗粒物，从而避免不同层位上物质的界面引起的剪切应力，减轻液流速度对裂缝的破坏作用，从而减少因颗粒物悬浮而形成的流体阻力，最终提高压裂液在岩石中渗透的动态性，增加页岩储层的效率。
抑制井壁滑脱现象是减阻剂起到的另一个机理。
压裂液在井壁接触处的落差和方向变化会产生切割作用和摩擦作用，导致井壁和裂缝的摩擦系数较高，从而影响压裂液渗透的效果，造成压裂效果不佳。
减阻剂通过增加液体粘度，降低入井速率，减少井壁上的切割作用和摩擦作用，从而防止井壁滑落，减小井壁与岩石之间的相对速度，最终减少在井壁和没有被加压的天然气层中的切割、摩擦和其他机械应力的效应。
继续重视减阻剂的研究开发
表 １ 铁 岭． 连 实验 大
Ｔａ １ Ｔｉ ｎ — ｌａ ｘ ｒｍ ｅ ｔ ｂ． ｄｉ ｇ Ｄａ ｉｎｅ ｐｅ ｉ ｎ
在 同等 条件 下 ，当加剂 量 为 ２ 时 ，Ｅ Ｏ Ｐ减 阻 率为 ５ ．％； ７１ 北极 级 Ｌ Ｐ减 阻率 为 ５ ． ７ ４％。 两种 减 阻剂性 能相 当 ， Ｅ 但 Ｐ减 阻剂 价格 低廉 。说 明中 国研制 的 Ｅ Ｐ减 阻剂 应用前 景非 常广 阔 ＿ ５ ］ 。 ２０ ０ ３年 ４月 ，关 中原等研 制 出 ＰＰ ｗＡ － 品油减 阻剂 。 ＩＥ Ｙ ｓ成 对 抚 顺一 鱼 圈 成 品油 管 道上 的应 用试 验 表 明 ，在 加剂 量 约 ５０ 鲅 ０ ｍ／ ｇｋ ｇ的条 件 下 ，试 验管 道输 送量 可将 最大 设计值 由 ２ ０ ０ｔ ４ ×１ ／ ａ 提 高到 ３０ ０ ｔ ，增 输率 达到 ３ ％＿。 ２ ×１ ／ ａ ３ ｏ Ｊ ２０ ０７年 中石油管道研究 中心研制 出的成品油减阻剂在兰成渝等 管道上 进行 了现 场应用试 验。实验 结果有好 中差 之别 ，其原 因就是 高速剪切造 成减阻剂分子 出现部分或全 部降解 ，使减阻能力下 降 。 】 截 至 目前 ，提高 减 阻剂 的性 能， 改进减 阻剂 的生 产工 艺一 直 是 国 内外 研 究 的重点 和难 点 。
２１ ０ ２年 第 １ 期 第 ３ 卷 总第 ２ ５ ９ ２ 期
广
东ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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６７
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继续重视减 阻剂 的研究 开发
翟 宇 恺 ，李 轶
（ 陕西 省石 油化 工研 究 设计 院 ，陕西 西 安 ７０ ５） １０４
【 要瑚 述了国内外减阻荆盼发展应用概况 摘 国游数次现场试用减阻剂已毅得成效 也发现了誉足。 讨论了 减阻剂的合成及藩处理等问题。
第一章前言
石油运输减阻剂聚合物管道运输位居公路、铁路、海运和航空运输之后，被称为第五大运输行业。
作为连接油气资源与市场的桥梁和纽带，管道运输以其高效率、低成本和安全可靠的优势越来越显出其旺盛的生命力，在国民经济中发挥着重要的作用。
世界各地生产的绝大多数石油和天然气是用管道运输的。
在诸多的运输方式中，管道运输具有建设速度快、投资省、占地少、能耗低、不污染环境、受地理及气象条件限制少等优点，因此，管道无疑是石油及其产品最优越的运输方式。
从规模上看，自1865年美国建成世界上的第一条输油管道至今，管道运输业己有近140年的历史。
目前，全球已建成管道约230×104km，管道总长度已经超过了世界铁路总里程，成为能源运输的主要方式[l]。
至2003年底，我国油气管道累计长度4.59×104 krn，（45865）管道长度居世界第六位[2l。
但是，管道运输也存在着严重的缺点，即弹性输量远较其他运输方式低。
由于在石油勘探过程中，精确预测石油的储量是一件十分困难的事，而且油田的发展前景总还存在一些不确定因素。
即的储量，油田也还有开发期、盛产期和递减期，并且各地对石油产品的需求也因经济的发展和自身的更新换代而有所变化，这些都要求管道输量具有一定的弹性。
另外，诸如管线老化造成耐压使将来有能力准确测定油田性能降低、并联管线之一发生事故需要检修而输量还需保证时，都需要管线对输量有一定的调节能力。
随着石油工业的迅猛发展，原油及各种成品油的管道输送量日益增加，原有管道的输送能力己不能满足要求，而新建管线需要大量的资金和时间。
我国现有原油绝大多数都需要管道运输，而且我国原油多属高含蜡、高粘度的重质原油，原有管输工艺能源消耗多。
因此，寻求新的输送工艺，开辟新的高效、低耗输油途径，已成为迫切需要解决的问题。
解决上述问题的最好方法是使用减阻剂[3]。
所谓减阻剂，是指能减少液体流动摩阻、增加输量的化学添加剂[4]。
利用减阻剂降低管路的摩擦阻力，提高输送量，对节约能源和投资，加速原油的开发利用及成品油的输送，具有重要意义。
减阻剂研究概述
人工智能、大数据等智能化技术有望在减阻剂性 能预测、优化设计等方面发挥重要作用，提高研 究效率和应用水平。
06
结论与建议
研究成果总结
01
减阻剂能有效降低流体在管道中的摩擦阻力，提高流体的输送效率。
02
不同类型的减阻剂在不同流体和管道条件下具有不同的减阻效果，需 要根据实际情况进行选择。
复合型减阻剂
将不同类型减阻剂进行复合，发挥各自优势，提高综 合减阻效果。
03
减阻机理与方法
边界层控制理论
边界层概念
在流体与固体壁面之间形成的薄层，其中流体速度从零逐渐增加 到主流速度。
边界层分离
当边界层内的流体受到逆压梯度作用时，流体会从壁面分离，形成 涡旋和阻力。
减阻方法
通过改变边界层内的流动状态，如增加壁面粗糙度、引入吹气或吸 气等方式，可以延缓边界层分离，从而降低阻力。
数值模拟精度有待提高
数值模拟方法虽然具有成本低、周期短等优点，但目前数值模拟精度仍有待提高，特别 是对于复杂流动和新型减阻剂的模拟预测。
未来发展趋势预测
1 2 3
新型减阻剂研发
随着材料科学和纳米技术的发展，未来有望研发 出性能更优、环境友好的新型减阻剂。
多学科交叉融合
减阻剂研究涉及流体力学、化学、材料科学等多 个学科领域，未来多学科交叉融合将成为推动减 阻剂研究发展的重要趋势。
表面活性剂减阻剂
界面活性
01
表面活性剂能降低流体与固体壁面间的界面张力，减少流动阻
力，提高流体的流动性。
吸附作用
02
表面活性剂在固体壁面上形成吸附层，改变壁面润湿性，降低
摩擦阻力。
泡沫与乳状液
03
部分表面活性剂可形成泡沫或乳状液，进一步降低流动阻力。
溶液聚合的α-烯烃高分子减阻剂的表征
新疆 自治区高技术研 究发展计划 （ ０４ ６ １ ） 管输油品减阻剂的研 制与规模化生产基金资助项 目 ２ ０ １ １７ ， 通讯联系人 ： 管民， ， 男 教授 ；Ｅ ｍ ｉ： ｊ １０ ５ ６ ．ｏ ；研究方向 ： — ａｌｌ ｘ ２ ０ ＠１ ３ｃ ｒ ｈ０ ｎ 油产品输 送与节 能
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第２ ５卷 第 ８期
２０ ０ ８年 ８月
应 用 化 学
Ｃ ＮＥ Ｅ Ｊ ＵＲＮＡＬ Ｏ Ｐ Ｉ Ｄ ＣＨＥ Ｓ ＲＹ ＨＩ Ｓ Ｏ Ｆ ＡＰ Ｌ Ｅ ＭＩＴ
Ｖｏ ． ５ Ｎｏ ８ １２ ．
Ａｕ ． ００ ｇ２ ８
溶 液 聚 合 的 ． 烃 高分 子减 阻剂 的表 征 烯
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第 ８期
分子减阻剂 的特性粘数 、 等效球的密度和胶粒浓度 。结果表明 ， 特性粘数小 ， 等效球 的密度大 ， 胶粒浓度 小 ， 分
子 量 大 ， 阻效 果 好 ； 之 则 效 果 差 。 减 反
关键词
高分子减 阻剂 ， 抗剪切性 ， 粒浓 度 ， 烯烃 胶 一 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ００ １ （ ０ ８ ０ － １ －４ １０ －５ ８ ２ ０ ） ８ ９ ８ ０ ０
中图分类号 ： ６ ２ ０ ３
减阻剂（ Ｒ 是由超高分子量的共聚物均匀分散于非溶剂型的无机液 内而形成 的一种流动阻力 Ｄ Ａ） 较小 的流体 。目前对 减 阻剂 的合成 和 加 入 表 面活 性 剂增 强 减 阻 效果 的研 究 已有 诸 多 报道 ＿ Ｊ而减 阻 １ ， 剂 在稀 溶液 中 的行为 报道 很少 。本文 采 用 环 道装 置 测 试 了 由 Ｚｅｌｒ ａａ４催 化 体 系溶 液 聚 合 得 到 的 ｉｇ ． ｔ ¨ ｅＮ ｔ
高聚物减阻机理的研究综述
浙江工程学院学报,第18卷,第1期,2001年3月Journal of Zhejiang Institute of Science and Technology Vol .18,No .1,Mar 2001文章编号:1009 4741(2001)01 0015 05收稿日期:2000-09-06*教育部博士点基金资助项目高聚物减阻机理的研究综述*邵雪明,林建忠(浙江大学力学系,浙江杭州310027) 摘要:对有关高聚物减阻机理的代表性研究及进展进行了简要的综述,并对 应力各向异性说 这种较新的观点进行了介绍。
关键词:高分子聚合物;减阻;机理中图分类号:O357 5 文献标识码:A1 概 述高聚物减阻的研究始于1948年,Toms 在第一届国际流变学会议上,发表了关于高聚物减阻机理研究的第一篇论文[1]指出,在氯苯中溶入少量的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),可大幅度降低液体运动的阻力,因此高聚物减阻又称为Toms 效应。
50年代和60年代初期,减阻研究多局限于流变学。
在60年代中期以后开始引起流体力学工作者的注意,并开始了广泛的研究工作。
人们重视高聚物减阻的研究,首先是因为这一技术具有很大经济价值,并有两个显著的特点:一是投入量少;二是减阻效果非常显著。
所以在国防、工业、交通和消防等领域具有广泛的应用前景,特别是长距离管道输送流体,应用这一技术将大大提高运输量,或节省输送能源的消耗。
其次,由于高聚物减阻与湍流密切相关,减阻机理的研究,能促进湍流理论的发展。
这正是流体力学工作者瞩目之所在。
迄今为止,虽然有了不少有关高聚物减阻的论著,但现有的理论还没有一种可以圆满解释减阻的系列特征,有待于进行深入的研究,并努力扩大在相关工程中的应用。
本文分两个时期对高聚物减阻机理研究的代表性观点和成果进行阐述。
2 分类综述1990年以前,尤其是60年代之后的10年间,在公开刊物发表的有关高聚物减阻的论文每年约有100篇,密度非常大。
减阻剂
(1)大幅度节省新建管线建设投资。新 管线设计中一个重要的依据就是管道的 年 输量，但对管道年输量影响因素有许 多是 不确定的。如对油田储量的估测不 可能做 到十分精确，市场条件要求管道 输量的变 化及油品种类的改变等等。这 一些不确定 的因素，可根据相对经济的 数据作为设计 依据，留下一部分设计余 量，用减阻剂来平 衡这部分余量。减小 管径、压缩泵站建设规 模可大大节省新 管线的建设投资。
2 输油管道应用减阻剂后的减阻与 增输
2 ．1 减阻剂减阻与增输的含义 在管道输油过 程中加入减阻剂，可以 有两个方面的作用： (1)在原定输量不变的条件下，降低油 流摩阻， 减少管道沿程压头损失，从而降低了泵的动力消 耗，节约了能量,可以改换成 扬程较低的泵输油。 (2)在原定压力不变的条件下，由于油 流摩阻降 低，而输量增加；在多数情况下， 使用减阻剂 是为了增加管道的输量，增输 是由于减阻的作 用而实现的。
2．3 减阻剂的应用和减阻增输效果 2．3．1 输油管道适于应用减阻剂的 情况 减阻剂发展到目前阶段，多在下列情 况下， 作为一种短期的、权宜性的或特殊处 理手段 而采用： ①季节性输油任务的波动； ②暂时性的输油任务的高峰； ③根据市场需求时增加输量(这种情况 在国外 尤为多见)； ④管道超过额定输油能力，暂时来不 及扩建， 或在一定的超额范围内不准备扩 建；
1 减阻剂的减阻机理
减阻作用是—种特殊的湍流现象，减 阻 效应是减阻影响湍流场的宏观表现。它 是 一个纯物理作用。减阻剂分子与油品的 分 子不发生作用，也不影响油品的化学性 质， 而只与其流动特性密切相关。减阻剂加入到 管道以后，靠本身的粘 弹性，分子长链顺 流向自然拉伸，其微元直 接影响流体微元 的运动。来自流体微元的 径向作用力作用 在减阻剂微元上，使其发 生扭曲，旋转变 形。减阻剂分子间引力抵抗 上述作用力反 作用于流体微元，改变了流体微元作用力的 大小和方向， 使一部分径向力转变为顺流 向的轴向力， 从而减少无用功的消耗，宏 观上起到减少 摩阻损失的作用。
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高分子减阻剂减阻效果试验研究
指导老师：毛根海
实验成员：薛文洪一红
班级: 土木工程0101结构班
实验日期:2003年12月7日
高分子减阻剂减阻效果试验研究
流体流动存在阻力，产生流体能量损失。
在管流中有管道阻力，如长距离输水、石油、天然气等，都必须在流经一定距离之后设置升压泵，以补充损失的能量。
同样，在明渠输水、水面必须有水利坡降才能产生顺坡降方向的流动，在同坡降的情况，流动阻力越大，则流速越慢，过流能力越差。
若在水体中添加减阻剂，就能大大减少沿程阻力。
这是减小水流沿程阻力的另一种新途径。
减阻剂种类很多，不同减阻剂及添加量不同，其减阻效果也不一样。
由于客观条件的限制，我们此次通过“同一减阻剂在不同浓度下减阻效果”的比较，对减阻剂加入水体后的减阻效果进行定性、定量的了解。
本次实验采用的减阻剂是聚丙烯酰胺(又称PAM)，初配浓度为0.1%，室温（10o C左右）。
采用沿程阻力试验装置进行测定（实验装置如图）。
实验地点，土木系水利实验室。
聚丙烯酰胺，别名PAM ，是一种有机高分子聚合物，为玻璃状固体，溶于水，也溶于醋酸、乙二酸、甘油和胺 等有机溶剂。
聚丙烯酰胺是重要的水溶性聚合物，而且兼具增稠性、絮凝性、耐剪切性、降阻性、分散性等宝贵性能。
一、试验数据及结果分析如下：
清水实验时:
加入
100ml
3
加入
700ml
0.1%PAM
溶液入水
箱:
各项常数：d=0.675cm L=85cm K=1.993
从如上的数据可以看出，PAM要起到减阻效果是有一定浓度限制的。
浓度太小，减阻效果
不明显；浓度太大，反而会增阻。
通过粘度计的测定，清水与各浓度溶液的粘度相差很小，（清
水时平均粘度为0.012，加入375ml溶液时平均粘度为0.013）。
通过几组实验数据的对比可
得，相同沿程损失的情况下，PAM减阻效果最大的浓度出现在向水箱中加入375ml 0.1%溶液
左右，过流量增大，阻力粘制系数呈下降趋势。
（加入400ml该溶液时，过流量已开始减小）。
通过各表的Re与λ关系比较可知，加入PAM后，相同Re下，λ有明显减小（曲线图待
补充），说明PAM起到了一定的减阻效果。
同时该减阻剂在层流区几乎不起作用，在紊流区能
够起到一定的作用。
但是需要指出的是，通过本次定量实验可以看出，PAM并不是一种十分有
效的减阻剂，虽然阻力粘制系数随PAM加入量的增加一直呈下降趋势，但是过流量的增加并
不显著。