液体弹性波在生物医学工程中的成功应用，用来排除人体胆道系统结石及其术后残留物，得到了著名的生物工程学之父冯元桢教授（我国1995年当选外籍院士）的支持和帮助，被评为“中华人民共和国对于国际生物医学事业的首次贡献”。该项目获国家自然科学奖及国家发明奖，在科学史上留下一段佳话。近年，在人体脉搏波的研究中，在工业管道流体输送系统中，瞬变流（有压和无压）的研究都是一个国际热门话题，都有广泛的意义和重要作用。

在石油工业油气储运专业技术领域，低耗节能的原油输送工艺技术是21世纪研究的方向和关键技术之一。液体弹性波技术在原油管输系统中的应用得到了冯元桢弟子，重庆大学前校长吴云鹏教授的指导，并对其未来的发展作了预测。初步的研究表明，该技术有许多优势之处，是一项很有意义的发展。从原油输送工艺角度预测，人们期待它能引发出一种新的先进的输送工艺及技术的诞生。

一、前 言

从加热输送工艺，到掺水保温输送工艺，再到添加化学剂输送工艺，防止管道结蜡结垢及原油凝管，低耗节能，安全输油，是所有输送工艺技术要求的基本形态，也是管道这种先进的输送手段起码的技术样式。然而，随着高粘、高含蜡原油的开采，油田开发后期高矿化度地层水的出现以及温度等条件的变化，油气集输及管道输送系统暴露出的结蜡结垢问题突出，现象严重。由此引起系统运行负荷加大，管线堵塞、穿孔事故频仍，影响油田正常生产。要么，为防止原油凝管，只有采用提高输油温度等高能耗的办法。传统的输送工艺清防蜡垢技术层面面临冲击和挑战，急需以高新技术为牵引，不断捉进输送工艺技术思路的发展与变革。先进的清防蜡垢技术思想和理论，孕育着先进的管道清防蜡垢工艺及装备的诞生。液体弹性波在管输系统中应用，作为实现在线的纯物理的防蜡防垢技术手段的一种新的选择，也就应运而生了。因此，全面认识液体弹性波防蜡防垢思想的基本内涵具有重要的现实意义。

从清防蜡垢的机理上说，化学方法除外，任何一种物理方法——无论是原始的停产人工剥离，还是半自动化的机械通球等——都是通过把一定的能量投射到目标上，从而达到预防和清除之目的。顾名思义，液体弹性波技术自然应当是依靠“波动能量”清防蜡垢的技术。所谓液体弹性波，就是在粘弹性流体中产生的压力波，（原油是粘弹性流体），一种能够使之高速远距离传播的振荡压力波。文献[1]中分析和说明了水击压力波的产生及传播特性，指出液体弹性波技术所采用的原理可简述为振荡效应与水击效应的迭加应用；文献[2、3]中研究了这种振荡流动，进行了相关的数学分析，探讨了振荡流的解。从微观角度认识了高低切变率流场中颗粒的运动规律及径向迁移理论，管壁应力波的产生及交互作用以及剪切处理、压力处理对含蜡原油降粘减阻的机理及规律。这些研究内容揭示了液体弹性波技术的特性及应用基本特征。接着，又研析了该技术在油田具有重要的应用领域及广阔的前景。联系上面的技术研究内容及其相关的理论，本文对管道输送系统液体弹性波防蜡防垢思想的内涵，给予理性的思考和总结。

二、液体弹性波预防就是攻势预防

所谓攻势预防，就是积极预防，就是通过使管道产生具有足够能量的水击压力波并作为主要手段，使之在整条管道内传播振荡，来击碎、剪切沿途附着于管道内表面的蜡质垢质。通过电液压脉冲产生的声波、超声波、电磁波等能量的传导耦合、辐射耦合模式，这种“波动能量”不但具有“硬杀伤”的作用，而且还具有“软杀伤”的效能。

化学方法清防蜡垢，是以“静态预防”为特征的技术手段，不是在所有的场合都合适或有效的。而有些物理方法，如国内目前较先进的声学防垢技术，其使用范围有很大的局限或限制。这些传统的方式或方法称为被动式的守势预防也许更适合。它们在原油集输及输送管线上应用时，针对清防蜡垢而言，存在能量小，作用距离有限（数百米以内）等不足。随着油田的深度开采，管输系统防蜡防垢的规律在很大程度上被改变了，传统的基本程式的守势预防手段，已显得不适应了。（有时防不胜防）。积极主动的攻势预防才可能是有效手段。液体弹性波技术充分利用水击的能量，借助于产生的水击波来“携带”能量，瞬间将能量投射到整条管道。（也只有水击压力波具有这种高速远距离传播的特性）。不管蜡垢是如何沉积、附着于管壁，在其成长松软，结构尚未密实，或者有这种趋势时，当剪切力大于附着力和原油的粘滞力时，就会起到有效的预防和清除作用。这种积极主动的攻势预防思想，将从根本上改变以往消极被动的防范模式。（因为消极预防始终不是最佳的方法）。寓攻于守，以攻为守、攻防结合不仅是液体弹性波防蜡防垢思想的精髓和实质，同时也是其积极预防技术思想在管流输运中的具体运用和集中体现，是基本内涵。

三、液体弹性波预防就是动态预防

所谓动态预防，就是指把预防的技术手段与输送工况（如温度、压力）等“制胜”因素有机地结合起来，采取随机作用态势，积极主动地进行预防，从而达到安全输油之目的。

油气集输及原油输送工况存在很强的流动性和多变性，使得清防蜡垢必将在“动”中开始，在“动”中结束。在许多情况下，如果仍然一味地沿袭“静态预防”，则难以奏效。这就要求以“动态预防”取代传统的被动的“静态预防”。液体弹性波动态预防就其属性来讲是“运动战”，它包含两层意思：一是它的应用系统在结构和功能上是开放的，可随意地与已有的工艺系统实现兼容和嵌接；二是可根据输送工况决定是否作用，以及作用频率及能量的大小。这既体现了防蜡防垢的主动性，又体现了技术手段使用上的随机性。实质上，动态预防就是充分利用输送工况及条件，在较大的选择空间内，对蜡垢实施积极主动的预防作用。因此，液体弹性波预防就是动态预防。

四、液体弹性波预防就是联合预防

所谓联合预防，也即整体预防，就是指综合运用各种技术手段或方法，并把这些手段或方法有机地结合使用，着力加强内部力量联系，密切协同，优化选择，发挥整体威力。也就是要实现管输系统的高度集成化，实现联合输送的高度一体化。联合预防思想追求的目标是增强联合技术的整体效能，从而获取最大的预防效益。

管输系统结蜡结垢的机理是非常复杂的，多变的。各类蜡垢成分的复杂性和“不确定性”给清防技术能力这一重大的主题提出了严竣挑战。单一的预防手段或方法难以有效，有时必须实施多重技术手段的联合。联合概念即“系统”概念，最重要的一点就是使各个独立的因素结合在一起，形成相互协调密切配合的有机整体，将其最佳效能有机的释放出来。因此，联合预防的优势在于能够通过诸技术手段的联合作用，对蜡垢施加连续、多维、立体、重迭、系列的作用，产生复合效应，从而达到清防之效果。液体弹性波技术联合了先进的射流技术、系统自控和电液压脉冲等技术系统模块。电液压效应在产生水力机械能的同时，还产生包括强电场、强磁场、强紫外线、X射线及强超声波等，因此，它是一种加以归纳、协调和优化的联合效应。这种联合预防、全方位预防更强调“攻防兼备”，但“进攻”的比重要大于“防御”的比重。这种开放的、模块式结构和多层式组合能够适应不同“环境气候”的要求及需要。

液体弹性波联合预防的特点有四：整体性、高技术性、超前性和信息性。其中信息技术和能力是联合预防的基石（充分传感）。

在实施液体弹性波联合预防时，应当廓清对联合预防的模糊认识。一是对这一概念不能无限泛化；二是避免过分的多重作用。随着数字化信息网络、各种自动化、智能化仪器仪表的广泛使用，这种联合预防已从粗放型、规模型趋向精细化、集约化。联合预防中过多地投入技术含量，不仅增大协同、保障的难度，而且很不经济，影响效费比的提高。“足够适度”原则要求在追求“1+1＞2”的整体效应的同时，应特别注意避免“1+1=1”的重复作用。一要根据目标的性质特点来选择最佳技术手段，而不是把联合处理体系中多元的技术手段不加选择地进行复合迭加；二要用系统眼光来研究技术指标，获取最大的技术效益；三要注重联合预防中的技术手段的最佳匹配，形成科学合理的技术方案，最大限度地发挥诸技术的整体效能；四要建立及时有效的预防态势评估系统，近实时地掌握作用效果，以避免重复和浪费，提高预防效果。

这种联合预防思想存在不足和局限，主要表现在不成熟性、不适应性、支援保障的困难性和环境的制约性。

综合运用各种技术手段，实施高效的复合作用，从而达到整体预防，便成为液体弹性波防蜡防垢思想的重要组成部分。

五、液体弹性波预防就是非对称预防

所谓非对称预防，就是指在管输系统清防蜡垢技术装备整体水平处于相对劣势的情况下，过在某一部位设置先进的技术环节，主动营造非对称态势的预防方法或措施，就称为非对称预防。

我国石油管道工业的科技实力与整体发展技术水平与西方发达国家相比存在着较大差距，管输系统能耗普遍较高，同时，大多数油田已进入高含水开发后期，管网调整及管线改造任务艰巨，在此情况下欲提高其整体水平并赶超世界先进工艺及技术，客观上说也不具备这种能力。管输系统清防蜡垢技术装备已不能满足或胜任生产形势的需要，已逐渐处于相对劣势的地位。因此，该技术领域的不对称发展战略被赋予了新的内涵，那就是强调集中优势，创造条件，寻求有效的预防态势和方法上的不对称。液体弹性波发生器对于原油管输系统来说，将是力量倍增器。从清防蜡垢意义上说，该发生器将使装备它的管道获得一种非对称技术优势，从而创造了有利的预防态势。因此，液体弹性波预防就是非对称预防。

六、人体脉搏波有关理论的借鉴与启示

血液与原油都是粘弹性的非牛顿流体，它们有许多相同或类似的性质。人体的心脏工作时，产生的脉搏波及其传播就是液体弹性波。血液中含有红细胞、白细胞和血小板，当红细胞沉降及血小板凝聚时就发生血锤，即血栓的现象。（这一点与原油管道结蜡结垢及凝管很相似）。脉搏波的频率固定在某一特定值范围。人体这一天然机制中隐含着许多科学理论，其中，利用脉搏波的传播来防止红、白细胞和血小板沉降到血管壁上，从而保持血管畅通并达到循环输送这些“物质”的目的。换句话说，脉搏波的产生及传播，其功能之一就是“冲涮”和“清扫”血管，使血管输送系统达到高效地传输，防止血液凝固和堵塞。脉搏波传输作为自然界中最高效的“输送工艺”，这就是液体弹性波输送工艺理论的借鉴与启示之一。

更好地理解、把握和认识液体弹性波防蜡防垢思想的基本内涵，在科研和生产中都有实际意义，同时，对推进该工艺的实现及应用也有重要的现实意义。

参考文献

1、陈李斌等．   液体弹性波在管输系统中的应用[J] ．油气储运，2001，20（4）：11-13．

2、陈李宾．  管道输送系统液体弹性波防蜡防垢特性研究[J] ．油气储运，1999，18（4）：44-46．

3、陈李斌，罗立新等．  管道输送系统液体弹性波技术应用的基本特征[J] ．石油规划设计，2002，13（1）．

4、冯元桢著．  生物力学[M] ．北京：科学出版社，1983．

5、吴云鹏主编． 胆道流变学[M] ．重庆：重庆出版社，1993．