胶凝原油试验管路的启动特性

针对胶凝原油管道停输后再启动压力远低于计算预测启动压力的技术难题,使用管流试验装置研究了胶凝原油管路的启动特性。依据对胶凝原油管道停输启动过程的理解,提出胶凝原油管道存在对应的临界启动剪切率和启动屈服应力。胶凝原油管路启动过程分为控制流量启动过程和控制压力启动过程。控制流量启动过程研究发现,受含蜡原油轻组分影响,试验管路内胶凝原油表现出"韧性"和"脆性"两种特性,"韧性"原油不含轻组分,胶凝结构强度与停输前的预剪切过程、停输静止时间、停输降温幅度、启动温度及启动剪切率相关;"脆性"原油含轻组分,胶凝结构强度主要取决于停输降温幅度和启动温度。胶凝原油的启动屈服应力取决于胶凝结构强度和静态降温过程的体积收缩;试验管路的启动速度与胶凝原油的结构强度和启动剪切率相关。控制压力启动过程研究发现,启动油温越高,试验管路全线启动速度越快;在相同启动油温下,启动压力越低,试验管路全线启动速度越慢;对应相同启动温度,存在临界启动压力。相关研究结果为深入研究胶凝原油停输再启动过程和指导工程实践奠定了理论基础。     

含蜡原油屈服应力的研究进展及分析

屈服应力是含蜡原油的一个重要流变性质,它能够表征含蜡原油的胶凝强度和含蜡原油管道停输再启动的难易程度.回顾了屈服应力的研究进展情况,分析了含蜡原油屈服应力的各个影响因素,包括原油经历的热历史、剪切历史、原油组成以及静置时间等.总结和分析了屈服应力测量的主要方法.测量系统的几何尺寸、壁面性质以及时间等因素均会对屈服应力测量值产生影响.就屈服应力认识和研究中存在的问题提出了若干建议.     

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。     

含蜡原油触变性与温度关系的研究

对加剂改性中原原油在其凝点附近不同温度处的触变特性进行了试验研究。利用Houska模型描述含蜡原油的触变性，计算结果与试验数据吻合良好。研究表明，Houska触变模型中的剩余屈服应力、触变屈服应力、稠度系数、稠度可触变部分系数、流变特性指数与温度成指数函数关系，而结构建立常数和结构裂降常数与温度无关。Houska触变模型中的参数与温度的关系可以为实际热油管道停输后再启动过程的水力分析提供依据。     

含蜡原油的动屈服应力

在温度低到一定程度时,含蜡原油存在着屈服应力。介绍了动屈服应力物理意义及概念的引伸,指出动屈服应力是维持物料继续流动所需要的最小剪切应力,由平衡流变曲线外延确定,反映了含蜡原油经过破坏后不能完全恢复的残余结构的强度,不是唯一值。对含蜡原油动屈服应力的测量,通常采用的方法有直接法和间接法,间接法中的应力松弛法被认为是一种较好的测量方法。胜利油田原油动、静屈服应力的测量值与预剪切过程中选用的剪切率有关,由平衡流变曲线外延得到的动、静屈服应力之间存在着很大差别。介绍了动屈服应力在含蜡原油低温输送和含蜡原油停输后再启动过程中的应用。     

含蜡原油管道最低允许进站温度的确定

对两条含蜡原油管道发生初凝的现象进行了分析，认为无论连续运行或间歇运行，都应在地温较低的月份将下游的进站温度控制在高于输送介质凝点＋3℃以上，并以此确定含蜡原油输送管道的最低允许进站温度。综合分析结果表明，含蜡原油管道最低允许进站温度，应该根据允许停输时间、原油流变和屈服特性、温度条件、启动压力和排量等条件定量计算，并与现场试验相结合来确定。     

《管道科学技术论文选集》文摘（三十一） 含蜡原油管道最低允许进站温度的确定

本文对两条含蜡原油管道发生初凝的现象进行了分析，认为无论连续运行或间歇运行，都应在地温较低的月份将下游的进站温度控制在高于输送介质凝点＋3℃以上，并以此确定含蜡原油输送管道的最低允许进站温度。综合分析结果表明，含蜡原油管道最低允许进站温度，应该根据允许停输时间、原油流变和屈服特性、温度条件、启动压力和排量等条件定量计算，并与现场试验相结合来确定。     

含蜡原油停输再启动环道优化及模拟试验

为了研究含蜡原油停输再启动规律,保障管道安全运行,搭建了小型环道模拟试验装置。在停输再启动调试试验中,发现环道存在数据重复性差、油样屈服值与实际不符、轻组分挥发大及控温不准等问题,对环道进行了优化。提出一套合理的操作方法与步骤,并研究了静置时间、热处理温度、再启动频率、再启动温度、静态降温速率等多种因素对含蜡原油停输再启动压力的影响。试验结果表明:优化后的试验环道能够完成不同油样、不同管径测试段的停输再启动模拟试验,有助于开展含蜡原油停输再启动研究。(图9,表4,参22)     

含蜡原油管道停输再启动的安全性问题

总体评价了国内外埋地含蜡原油管道停输再启动的研究现状,认为造成停输温降和启动压力的计算结果与实际存在偏差的主要原因是,原油流变性、环境及管道运行工况等参数的不确定性、建立数学模型时的不合理假设和尚无法对原油的剪切历史和热历史效应进行定量描述.说明了运用确定性方法对含蜡原油管道停输再启动安全性进行评价的缺陷,指出了停输再启动问题的难点所在,提出了停输再启动安全性评价的研究方向.     

基于工业环道试验的启动压力波传递特性

利用DN300工业试验环道,研究了启动压力波在管内原油中的传递规律。测量了不同操作条件下,启动压力波在原油中的传递速度,分析了启动流量、停输前油温、启输温度等因素的影响。试验和理论分析表明,利用原油的析蜡点温度、管道停输油温以及启动油温等参数,可更为直接地反映原油降温收缩性和胶凝原油本身的结构特性对启动压力波传递的影响规律。根据大型环道试验数据,通过数学回归得到了形式简单的启动压力波传递速度计算模型。