新疆胶凝原油屈服特性研究

胶凝含蜡原油的屈服特性对输油管道的停输再启动有重要影响。用控制应力流变仪RS75对新疆胶凝原油的屈服特性进行了试验研究。结果表明,新疆胶凝原油是一种粘弹性体,在剪切应变小于胶凝原油的临界线性应变γ_(cl)范围内,胶凝原油表现出线性粘弹性固体特性;在应变大于γ_(cl)而小于其临界屈服应变γ_(cy)的范围内,胶凝原油为非线性粘弹性体;当应变大于γ_(cy)时,胶凝原油才真正屈服流动。指出判定胶凝原油是否屈服流动的指标是临界屈服应变γ_(cy),而非屈服值。     

原油屈服值的测量特性

原油屈原值测量系统条件和测量方法影响原油屈服值的测量结果，这种原油屈服值的信赖性质称之为原油屈服值的测量特性，除测量系统的几何尺寸，壁面性质等因素影响屈服值外，原油屈服值的一个重要测量特性就是其对时间的依赖性，这种时间依赖性是由胶凝原油的屈服本质所决定的，如果排除测量系统的几何尺寸，壁面性质等影响因素，且能保证测量过程中屈服时间的一致性，则有可能使不同测量方法所测得的原油屈服值得统一。     

胶凝原油的压缩特性

使用自行研制的原油压缩试验装置,研究了大庆原油的压缩特性:胶凝原油蜡晶网络结构屈服破坏前,胶凝原油表现出复杂的压缩特性;胶凝原油蜡晶网络结构屈服破坏后,胶凝原油压缩符合弹性压缩特性,可用已有文献公式计算。使用自行研制的管流环道试验装置,研究了苏丹胶凝原油蜡晶网络结构屈服破坏前的弹塑性压缩特性:胶凝原油停输后的恒温静止过程,伴随静态胶凝原油蜡晶网络结构恢复,环道内压力连续下降,指出环道内压力下降乃蜡晶网络结构产生体积收缩所致;油温越低,压力下降幅度越大,体积收缩也越大。基于苏丹原油恒温启动研究成果,使用反演仿真计算方法,研究了胶凝原油环道初始启动过程胶凝原油的弹塑性压缩特性:胶凝原油弹塑性压缩系数远大于其对应温度条件下的弹性压缩系数,油温越低,蜡晶网络结构强度越大,弹塑性压缩系数越大。     

胶凝原油屈服值与结构特性参数之间的关系

含蜡原油在低温静态条件下会形成蜡晶的空间网络结构,因而处于一种胶凝状态。胶凝原油屈服值是胶凝原油结构的函数,而胶凝原油的小振幅振荡剪切粘弹性参数,如绝对复数模量│G^*│,可反映其结构强度,所以屈服值必须与│G^*│等有一定的关系。实验研究表明,在一定测量条件下,胶凝原油屈服值τy与其绝对复数模量的关系为τy＝β│F^*│^m 。     

含蜡原油胶凝特性的研究

按照含蜡原油形成胶凝结构的原因,将含蜡原油的胶凝分为两类,即冷却胶凝和等温触变性胶凝,分别对每种胶凝过程的机理进行了分析,并对原油胶凝结构的流变学性质,以及凝点、屈服值等流变学指标进行了讨论。     

用滞回曲线法表征含蜡原油的触变过程

随着温度的降低,含蜡原油发生胶凝,此过程中由于形成蜡晶结构,整个原油体系表现出触变特性,其对于输油管道停输再启动压力的计算起着决定性作用。采用滞回曲线法对大庆原油和马惠原油的触变过程进行实验研究,结果表明:表征含蜡原油触变性相对强弱的滞回环面积的对数值随温度升高而线性递减,且偏差值都在1%以内。在凝点温度附近用滞回曲线法和按照SY/T7547-1996标准测得含蜡原油屈服值的结果偏差在10%以内,并且在凝点温度时该值偏差最小。     

流变仪响应特性对含蜡原油屈服应力测试结果的影响

含蜡原油的屈服特性对管道停输再启动起主导性作用。目前,含蜡原油屈服应力大多利用实测的流变曲线,依据某判定条件确定。利用2台同为控制应力型但不同型号的流变仪开展实验,发现在测试的初始阶段,相同剪切加载条件下不同流变仪的实际响应特性(剪切率)不同,流变曲线差别较大;分析含蜡原油在2台流变仪下的屈服响应特性,发现其屈服应力、屈服应变差别较大,即含蜡原油屈服特性与流变仪加载后的实际响应特性密切相关。因此,含蜡原油屈服应力的确定需要考虑流变仪在测试过程中的实际加载条件。基于固体力学中材料强度极限的概念,将含蜡原油黏弹-触变模型中弹性应力的最大值定义为屈服应力。新提出的确定屈服应力的方法能够考虑流变仪在测试过程中的实际加载过程,物理意义也更加明确。     

热含蜡原油管道停输再启动压力研究

在室内环道上进行了胶凝原油再启动过程的试验,在试验分析的基础上解决了以下几个问题：首先,试验证实管内凝油屈服过程存在三个阶段,以弹性变形理论分析初始屈服段,用有时效的流变方程描述屈服值裂降段,用无时效的流变方程描述残余屈服段;其次,证实压力在管内凝油中传递与声波传播机理不同,压缩管内凝油系统“孔隙”是影响再启动凝油管道压力传递速度的关键因素,多“孔隙”凝油的阻尼作用和管内凝油屈服的径向滞后是两个重     

不同剪切条件下胶凝原油轴向与剪切力学特性差异

流变测试系统内,经剪切处理后的胶凝原油存在明显的各向异性,导致现有的管道非稳态流动数值模型不再适用。为了对比在不同剪切条件下胶凝原油剪切力学特性与轴向力学特性的差异,分析其各向异性,以胜利原油和南阳原油为例,控制不同剪切速率、剪切时间等因素对原油进行预剪切处理,分别开展剪切应力松弛试验和轴向压缩松弛试验。对试验数据进行拟合,对比相同条件下胶凝原油的剪切松弛模量和轴向压缩松弛模量,结果表明:相同条件下,胶凝原油的压缩松弛模量远远大于其剪切松弛模量,且随剪切速率的增大、剪切时间的增加,剪切松弛模量和压缩松弛模量相差越来越大,即各向异性更加显著。研究结果为胶凝原油管道的停输再启动提供了理论依据与技术支持。     

胶凝原油启动屈服值正交试验

管流试验装置的试验研究表明,原油启动屈服值不仅与温度密切相关,还与预剪切流量、静态温降幅度、启动流量等存在一定的关系.利用正交试验统计方法分析了各个因素对胶凝原油启动屈服值的影响.分析结果表明,影响启动屈服值的各个因素重要性的排序为,启动时的试验温度、静态降温幅度、启动流量和预剪切流量.