我国原油结蜡及清防蜡的知识图谱分析

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　　摘      要：利用Citespace5. 5. R2软件，对CNKI数据库中1999-2018年关于我国原油结蜡及清防蜡研究有关的文献构建了可视化知识图谱。通过对文献的关键词进行共现分析，揭示了我国对于原油结蜡及清防蜡领域主要研究的热点问题，对突现词进行分析揭示了研究前沿的演化。研究结果可以为我国学者快速了解该领域研究提供便捷途径，对于把握未来的研究方向提供了参考。
　　关  键  词：结蜡;清防蜡;知识图谱;研究热点;Citespace
　　中图分类号：TE 358+.2       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2020）02-0446-04
　　Abstract：  Based on the study of the wax formation and wax removal and prevention of crude oil in China from 1999 to 2018 in the CNKI database， a visual knowledge map was drawn by Citespace5. 5. R2. Through the co-occurrence analysis of keywords， the main research hotspot of the research front of this field in China was revealed. The evolution of the research frontier was obtained through analysis of emergent words. The research results provide a convenient way for researchers to quickly understand this research field， and provide reference for grasping the future research direction.
　　Key words：  wax deposition;  wax removal and prevention;  knowledge map;  research hotspot;  Citespace
　　我国生产的大部分石油都具有较高的含蜡量（一般高于20%，甚至达到40%）。在原油开采及输运过程中，热量会散失到周围环境中，当原油的温度下降到析蜡点时，石油中的石蜡开始结晶、析出、聚集，并沉积在井壁周围或管道表面[1-5]。原油管道结蜡问题给石油工业带来了严峻的操作挑战，结蜡层会减小管道流通面积，增大摩阻，降低管道输送能力，严重时会堵塞管道，造成重大的经济损失及安全事故[6-12]。因此掌握石蜡沉积特性，开发最佳的清防蜡措施对于保证原油安全生产，降低运行能耗具有重要意义。
　　科学知识圖谱是显示科学知识的发展过程与结构关系的一种图形，通过可视化图形将某领域的整体研究现状及发展变化呈现出来[13]。2005年，陈悦和刘则渊将知识域可视化最终呈现的图形称为“知识图谱”，并引入我国，以知识图谱研究中常用的科学计量学方法和可视化呈现为手段，科学知识图谱在学术领域快速兴起[14]。Citespace软件是目前最为流行的知识图谱绘制工具之一，通过可视化手段对研究学科的知识、规律和分布情况进行直观地呈现，并可显示发展新趋势和新动态[15]。
　　随着我国学者对原油结蜡及清防蜡领域的不断研究，近年来出现了大量的相关研究成果，对该领域文献进行分析，总结研究主题的变化规律对于丰富国内相关研究起到重要的作用。因此，本文借助Citespace知识图谱分析工具，对我国近20年有关原油中结蜡及清防蜡方面研究的相关文献绘制研究知识图谱，得出我国原油结蜡与清防蜡研究领域研究态势的演化过程，以便于进行更深层次的研究，并为原油清防蜡领域提供未来可能的研究方向。
　　1  研究方法与数据来源
　　1.1  研究方法
　　Citespace是由陈超美博士基于Java语言开发的新一代文献可视化软件，适用于多元、分时、动态的复杂网络分析[16，17]。Citespace能够将一个研究领域的演进集中展现在一副网络知识图谱中，通过可视化的手段呈现文献之间的联系、衍生、交叉等关系[18，19]。由于Citespace能够帮助学者展示某个领域的研究整体状况，将发展过程中特定的重要文献突出显示，因此该软件适合对知识领域的研究热点和未来趋势进行很好的探测。在图谱中，节点代表分析的对象，出现频次越多，节点就越大。节点之间的连线表示共现或共引关系，其粗细表示共现或共引强度[20]。进行关键词分析时，根据关键词出现的频次可以判断一个领域的研究热点。利用Burstness功能分析时，能够得到某个领域的最新研究前沿，根据研究前沿的变化可以看出研究热点的演进历程[20]。
　　1.2  数据来源
　　本文选取中国知网（CNKI）数据库中的期刊论文和硕博士论文为本文的研究对象的主要来源。其中，期刊论文更新时间短，能更加直接地反应研究领域的研究问题、变化趋势及热点，选择期刊类别为中文核心及以上期刊论筛选出质量较高的文献。硕博士论文和期刊论文相比，内容更具体深入，研究范围更广，可以反映出相对长期的研究热点。期刊论文和硕博士论文相互结合可以对研究领域进行更完善的补充。
　　在数据库中以主题为检索条件进行高级精确检索，输入检索词“清蜡”或者“防蜡”或者“清防蜡”或者“石蜡沉积”，选择检索时间为1999-2018年。选择主题检索是因为文献主题集中体现了文献的主要研究内容，在对某个领域进行全面研究时，主题检索到的文献适用性更强。通过对检索结果进行去重，手工筛选出作者或刊名不健全、期刊会议征稿及与研究主题不符的文献，最终得到695篇相关文献。将文献以“Refworks”格式导出，为绘制我国原油结蜡及清防蜡研究的知识图谱奠定数据基础。 　　2  结果分析
　　2.1  发文量的时间分析
　　图1给出了各年发文数量分布情况。从图中可以看出我国原油结蜡及清防蜡领域的研究总体呈现增加的趋势，到2014年达到峰值。其中期刊论文的发文数量比较稳定，波动幅度较小。而硕博士论文经历了缓慢增加、迅猛增加两个阶段。1999-2001年，我国没有关于原油结蜡及清防蜡研究的硕博士论文，可以看出在此阶段，我国处于一个孕育发展阶段。1998年，我国公布并开始实施《中华人民共和国节约能源法》，使得我国开始注重原油结蜡及清防蜡方面的研究，推动了该领域研究进入了发展阶段，此后五年，硕博士论文在发文数量上开始缓慢的增加。其中西南石油学院的冯异勇最先于2002年完成了博士论文《石蜡沉积及清除数值模拟研究》，填补了该领域在硕博士论文的空白[21]。2006年，国家发布了重新修订后的《中国节能技术政策大纲》，要求提高能源利用效率。石油作为我国能源供应的主体之一，其生产过程的节能技术与安全技术必然受到足够的重视，所以发文数量开始平稳增长。到2016年，相关研究的硕博士论文已达到45篇。
　　2.2  研究热点分析
　　关键词是反映某一研究领域的研究热点和研究主题的重要标志[13]。通过关键词能有效地将文章的研究内容、方法和结论等组织起来。如图2所示，选取Citespace软件的关键词节点，绘制我国原油结蜡及清防蜡研究的关键词分布图谱。
　　图中关键词节点的大小与其共现频次成正比，关键词的频次越大说明其在研究领域内的研究热度越高，各个节点之间的连线表示各关键词在文献内容中的联系[22]。
　　表1为我国原油结蜡及清防蜡研究中高频关键词统计表，体现了近20年来我国原油结蜡及清防蜡研究的热点领域。从图表中可以看出该阶段的研究热点主要为“清蜡”、“防蜡”、“蜡沉积”、“清防蜡”、“结蜡”、“含蜡原油”、“防蜡剂”、“油井”、“应用”、“清防蜡剂”。其中，位于前三位的分别是清蜡、防蜡和蜡沉积，这三个关键词出现频次均超过40次，由此看出这三个研究方向得到了我国学者的广泛关注。结合分析相关文献内容，可以将本阶段的研究热点内容概括如下：
　　一是含蜡原油清蜡和防蜡方面的发展。在清蜡方面，主要是研究不同种类的清蜡剂和表面活性剂的清蜡效果。在防蜡方面，主要是研究防蜡剂以及超声波防蜡技术对含蜡原油的防蜡效果。此外，还通过降凝剂和降粘剂来降低原油的凝点和黏度，从而改善原油的流动性，达到清蜡效果。二是含蜡原油蜡沉积方面的研究。主要是开展研究低输量下含蜡原油管道的蜡沉积规律，探究沉积物性质，从而确定低输量管道下的清管周期。三是清防蜡技术的应用。主要应用于油井中，这是因为井筒结蜡问题比较明显，且影响最为显著，所以油井的清防蜡技术的应用成为大家的研究热点。在应用方面通过研究各种清防蜡技术（如电磁防蜡、微生物防蜡等）的清防蜡效果，并优化清防蜡技术。
　　2.3  演化分析
　　突现词即突现主题词，指从大量主题词中将某时间内变化率高、频次增长速度快的词汇探测出来，是反映相关领域未来学术研究前沿的典型代表[23]。表2给出了我国原油结蜡及清防蜡研究领域的突现词。从表中可看出突现强度最大的是关键词“蜡沉积”，达到了11.328;其次是关键词“含蜡原油”，突现强度为5.968 6，这表明在1999-2019年，国内学者对我国原油结蜡及清防蜡领域进行研究过程中，对“蜡沉积”和“含蜡原油”的研究热度相当高;从突现时间来看，在所选的时间段内，“应用”和“清蜡”的突现时间较早，从此可以看出，学术界对清蜡和应用的发展状况关注比较早。
　　从表2中可看出，我国原油结蜡及清防蜡领域研究研究主题的演化可以分为3个阶段：
　　（1）2000-2002年，突现词最明显的为应用。表明在这一阶段我国原油结蜡及清防蜡的研究重在现场应用方面。1995年到2000年，我国原油的对外依存度由7.59%增長到了33.76%。面对当前的原油产量涨幅低，而消耗量急剧上升的严峻形势，维持石油的稳定高产对于确保国家经济的高速发展有着重要的作用。我国生产的大部分原油是含蜡质原油，结蜡是油气生产过程中的一个普遍存在的破坏性问题，直接影响到油田的安全、高效的生产[24-26]。因此解决清蜡问题对于保证原油稳定的生产具有重要的意义。2000-2002年，我国开始注重现场清防蜡应用方面，主要集中在开发新型清蜡和防蜡技术，优化清蜡条件，通过现场应用判断清蜡效果，提高油田生产率。
　　（2）2006-2013年，清蜡、清防蜡和原油得到明显突现。表明在这一阶段我国注重原油清蜡和清防蜡方面的研究。国内清防蜡工艺种类繁多，有热力、机械、化学和微生物等[27，28]。由于在现场实施应用的过程中，操作时间长、影响因素众多，试验精度难以准确把控，使得仅通过现场试验来探索清防蜡的内部规律是十分困难的。因此国内学者开始对原油的清防蜡方面展开了详细的研究，探索不同清防蜡方式的应用与效果。
　　（3）2013-2019年，含蜡原油、清管周期和蜡沉积开始突现出来。表明在这一阶段，含蜡原油的清管周期和蜡沉积方面是大家研究的热点。含蜡原油输送成本包括热力费用、动力费用和清管费用三部分，其中占比最大的为热力费用[29，30]。管道内壁上的结蜡层一方面减小管道流通面积，降低了管道输送能力，另一方面还减少原油与管壁及周围环境的换热，起着良好的保温效果，减少了动力费用消耗[31，32]。因此含蜡原油管道在清蜡时留有一定的余蜡厚度会降低管道运行成本。对于某含蜡原油输送管道，存在着使得运行成本最小的经济清蜡周期[33]。含蜡原油的蜡沉积现象十分复杂，原油物性、输送温度及速度、管壁材质等均影响蜡沉积速率[34]。对石蜡沉积方面开展研究对于抑制管道中石蜡沉积物的形成，预测石蜡的沉积速率和确定最佳清蜡周期具有重要的现实意义。 　　3  结 论
　　本文运用科学计量学方法，通过Citespace可视化软件对我国近20年原油结蜡及清防蜡领域的研究绘制了知识图谱。总结出该领域的研究热点和研究前沿的演化，主要结论如下：
　　（1）最近20年以来，我国对于原油结蜡及清防蜡研究的期刊发文量比较稳定，硕博士论文由1999年的0篇增加到了2016年的45篇，由此可看出，我国对于该领域的相关研究在不断深入。
　　（2）我国对于原油结蜡及清防蜡研究的热点集中在含蜡原油清蜡和防蜡方面的发展、含蜡原油蜡沉积方面的研究和清防蜡技术的应用。
　　（3）最近20年我国对于原油结蜡及清防蜡研究前沿的演进主要分为3个阶段：2000-2002年，研究前沿为应用;2006-2013年，研究前沿为清蜡、清防蜡和原油;2013-2019年，研究前沿为含蜡原油、清管周期和蜡沉积。
　　本文选了近20年来自于CNKI数据库的文献，对于中国学者在国外期刊发表的相关研究的论文未纳入到研究范围，这是本文的一个局限。此外由于软件使用存在主观性，对于一些低频次的关键词未出现在图谱中。在未来的研究中，应将文献来源进行扩展，来获得更为全面和严谨的结果。
　　参考文献：
　　[1] 李汉勇， 宫敬， 于达， 等. 石油管线蜡沉积试验研究进展[J]. 石油矿场机械， 2010 （06）： 12-18.
　　[2] AZEVEDO L F A， TEIXEIRA A M. A critical review of the modeling of wax deposition mechanisms[J]. Petroleum Science Technology， 2003， 21：393-408.
　　[3]AIYEJINA A， CHAKRABARTI D P ， PILGRIM A ， et al. Wax formation in oil pipelines： A critical review[J]. International Journal of Multiphase Flow， 2011， 37 （7）： 671-694.
　　[4]ZHAO Haiqian， LU Zhenyu， LIU Xiaoyan， et al. Heat transfer performance of thermal-washing process for crude oil pipeline[J]. Thermal Science， 2018， 2 （2）：22： 737-746.
　　[5] 徐穎， 聂鑫， 成庆林， 等. 埋地热油管道原油全凝时间影响因素分析[J]. 当代化工， 2019， 48 （8）： 1751-1754.
　　[6] 李传宪， 白帆， 王燕. 原油组成对原油管道结蜡规律的影响[J]. 化工学报， 2014， 65： 4571-4578.
　　[7] 李传宪， 蔡金洋， 程梁， 等. 沥青质引发的蜡油体系结蜡层分层现象及分层规律[J]. 化工学报， 2016， 67 （6） ：2426-2432.
　　[8] ZHANG Ligang， XIAO Feifu， QU Sining， et al. Numerical simulation of temperature field in indirect thermal washing for wax cleaning[J]. Journal of Thermal Science and Engineering Applications， 2018， 10 （5）： 051019.
　　[9]AKINYEMI O P， UDONNE J D， OYEDEKO K F. Study of effects of blend of plant seed oils on wax deposition tendencies of Nigerian waxy crude oil[J]. Journal of Petroleum Science&Engineering， 2018， 16： 551-558.
　　[10]XU Ying， CHENG Qinglin， LIU Xiaoyan， et al. Effects of crude oil’s variable physical properties on temperature distribution in a shutdown pipeline[J]. Advances in  Mechanical Engineering， 2017， 9： 1-5.
　　[11]MA Chenbo， LU Yingda， CHEN Chaohui， et al. Electrical treatment of waxy crude oil to improve its cold flowability[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research， 2017， 56： 10920-10928.
　　[12]NAZAR A R S， DABIR B， ISLAM M R. Experimental and mathematical modeling of wax deposition and propagation in pipes transporting crude oil[J]. Energy Source， 2005， 27：185-207.
　　[13]张宁， 盛武. 基于CiteSpace的国内能源-经济-环境系统研究现状分析[J]. 石家庄铁道大学学报（社会科学版）， 2019， 13（3）：33-38. 　　[14]陈悦， 陈超美， 胡志刚. 引文空间分析原理与应用：CITESPACE实用指南[M]. 北京：科学出版社， 2014.
　　[15]曹树金， 吴育冰， 韦景竹， 等. 知识图谱研究的脉络、流派与趋势——基于SSCI与CSSCI期刊论文的计量与可视化[J]. 中国图书馆学报， 2015， 41 （5）： 16-34.
　　[16]高晓晓. 改革开放四十年我国终身教育研究的发展历程——基于CiteSpace知识图谱的分析[D]. 上海：华东师范大学， 2019.
　　[17]朱长春. 中国互联网产业价值链研究的知识图谱分析——基于1999-2018年CNKI数据库核心文献数据[J]. 文化产业研究， 2019 （1）： 238-251.
　　[18]张婧宇， 刘万义， 李成兵. 基于CNKI数据的Citespace知识图谱分析[J]. 电子技术与软件工程， 2019， 155（09）：188-191.
　　[19]斯丽娟. 绿色发展研究热点及主题变迁——基于citespace的知识图谱分析[J]. 兰州学刊， 2019 （10）： 130-145.
　　[20] 高翠娟， 邵强， 林向义. 我国创新管理研究热点及演化可视化分析[J]. 科技与管理， 2019， 21（3）： 103-108.
　　[21] 馮异勇. 石蜡沉积及清除数值模拟研究[D]. 成都： 西南石油学院， 2002.
　　[22]冯亚飞， 胡昌平， 李霜双. 国内学术资源研究的知识图谱与热点主题[J]. 情报科学， 2019 （10）： 3-7.
　　[23]肖荻昱. 基于CiteSpace的图书馆智库服务研究可视化分析[J]. 图书馆工作与研究， 2018， 273 （11）： 96-101.
　　[24] 肖舜. 永安油田油井结蜡机理及清防蜡对策研究[D]. 北京：中国石油大学， 2015.
　　[25]BAI Chenyu， ZHANG Jinjun. Effect of carbon number distribution of wax on the yield stress of waxy oil gels[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research， 2013， 52： 2732-2739.
　　[26] BELLO O O， FASESAN S O， TEODORIU C， et al. An evaluation of the performance of selected wax inhibitors on paraffin deposition of Nigerian crude oils[J]. Petroleum Science and Technology， 2006，24： 195-206.
　　[27]杨红静， 杨树章， 马廷丽， 等. 清防蜡技术的研究及应用[J]. 表面技术， 2017 （3）：130-137.
　　[28] Li Weidong， HUANG Qiyu， DONG Xue， et al. A Theoretical Model for Predicting the Wax Breaking Force During Pipeline Pigging[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering， 2018.
　　[29]范志敏. 管输含蜡原油经济清管周期研究[D]. 西安：西安石油大学， 2013.
　　[30] 张立林. 含蜡原油管道清蜡周期计算[D]. 成都： 西南石油大学， 2018.
　　[31]周刚. 高含蜡原油管道低输量状态下的安全经济运行技术研究[D]. 成都： 西南石油大学， 2017.
　　[32] 林爱涛. 含蜡原油管道结蜡特性研究[D]. 青岛：中国石油大学， 2008.
　　[33] 周诗岽， 王树立， 赵会军， 等. 热含蜡原油管道经济清蜡周期计算[J]. 油气储运， 2006， 25 （8）： 15-17.
　　[34] 国丽萍， 李文竹. 含蜡原油及其乳状液蜡沉积研究现状[J]. 油气储运， 2017 （11）：1227-1235.
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