[发明专利]通过芯环流输运粘性产品的方法

说明书

发明领域

本发明涉及通过芯-环流(core annular flow)在管道中输运粘性产品，并涉及用于限制使粘性产品流动所需的再启动压力的方法。

在本领域中通常所称的芯-环流(CAF)是指一种具有管壁润滑的流态。

具体地，该方法可应用于通过芯-环流输运重油，以便在循环流动停止阶段阻止横向油位移。

发明背景

高粘性油的输运目前仍是明显的技术挑战。例如，可以提及管道输运沥青的重油或超重油。因此，使这类油品在管道中流通所需的泵送功率很高，甚至高得惊人。采用芯-环流技术能够显著降低泵送功率。例如在以下文献中有过描述：

-Joseph D.D.，Chen K.P.，Y.Y.Renardy，(1997).“Core Annular Flows”，Ann.，Rev.Fluid Mech，第29卷，第65页。

芯-环流态是一种两相流态，基于将低粘度流体(例如水性流体)注入管道以产生环流。待输运的通常为高粘度流体(如油品)，被限制在管道的中心部分，而上述被注入的流体则作为周围膜层流动。上述被注入的流体通过降低待输运的粘性流体的壁摩擦而起到润滑剂的作用，因此能极大地降低输运所需的压降。

然而，在工业范围，许多因素使环形膜不稳定，例如，在许多领域如石油工业中原油输运中需要流通停止阶段。

本方法提出，按形成环形膜的流体的性质以芯-环流为形式输运粘性产品。

发明概述

因此，本发明涉及在管道中输运粘性产品的方法。该方法包括：通过泵送装置使所述产品流动；以及将一种流体注入所述管道，以便在管壁和所述粘性产品之间产生一层润滑层，从而形成芯-环流流动方式。该方法的特征在于，所注入的流体是一种具有预定屈服点值的流体(屈服应力流体)。

这种屈服点可以通过根据所述管道的几何特征(直径等)和粘性产品的物理特性(密度等)计算出最小屈服应力从而来确定。

根据本发明，屈服应力流体可以是水和一定比例的添加剂的混合物，添加剂的比例应足以使带有剪切致稀特性的所述混合物具有预定的屈服点。

这些添加剂例如是合成的可水溶的聚合物、天然的可水溶的聚合物、缔合聚合物或这些不同聚合物间的任何缔合物。更具体地，这种类型的添加剂可选自以下添加剂：多糖、黄原胶、藻酸盐、淀粉、瓜耳胶、明胶以及它们的衍生物。这些添加剂还可以是粘土，如蒙脱石和laponite。最后，这些添加剂还可以是所有这些不同添加剂的混合物。

添加剂的比例可根据所述粘性产品的密度来确定。该变量还可以根据使所述粘性产品流动所用的泵送装置来确定。

本发明还涉及一种输运粘性产品的系统，该系统包括：使所述产品流动的泵送装置；用于注入流体以便在管壁和粘性产品之间形成润滑层的装置，从而在流动期间形成芯-环流态。该系统的特征在于，所注入的流体是屈服应力流体。

附图简要说明

结合附图，阅读非限制性实施方式的实例的说明，本发明的其它特征和优点都将是显而易见的，其中：

图1A和1B示出流体流动时CAF体系的液相分布(图1A)和流体静态时CAF体系的液相分布(图1B)；

图2示出流体处于静态时各种力的平衡；

图3示出对于两种典型的管道直径屈服应力作为重油密度的函数的变化情况；

图4示出加入到黄原胶聚合物中的水性流体的流变性；

图5示出100s^-1下的表观粘度作为黄原胶浓度的函数的变化情况；

图6示出加入到多糖中的水性流体的流变性。

本发明优选实施方式

采用芯-环流技术能够显著降低管道输运粘性流体所需的泵送功率。然而，在许多工业领域所需要的停止流通阶段使环形膜不稳定。实际上，在这些阶段，两种流体的密度(环形膜密度(FNV)和中心区密度(FV))的差产生粘性流通的横向位移，因此，在管道内发生层化(C)，如图1A(流动)和1B(流通停止)所示。芯-环流态被层化流态所替代。因此，流通停止会使芯-环流态发生变化，成为层化流态，这会使再启动压力增加，因为高粘性部分需要进行剪切，从而导致很高的壁压力。