蜡晶形态、结构与含蜡原油流变性的关系

叙述了蜡晶的显微观察特征,讨论了添加降凝剂前后以及施加剪切作用前后蜡晶大小和形态与原油流变性的关系.利用基于数学形态学的蜡晶图像特征提取软件,分析对比了不同试验条件下获得的蜡晶显微图像,实现了蜡晶大小及其分布特征的量化描述,描述结果与已知的定性认识相一致.     

原油加剂改性过程中蜡晶形态变化的研究

利用Ｘ射线衍射仪与差势分析仪分别研究了大庆原油与加剂原油的蜡晶结构和结晶动力学。研究表明,大庆原油与加剂原油的蜡晶均为斜方晶体,但加剂原油的晶体体积要比未加剂原油的晶体体积大;大庆原油的结晶速率常数最大,原油中分离出的蜡的结晶速率常数次之,加剂原油的结晶速率常数最小,并且大庆原油加剂后,蜡晶的致密度较未加剂时增大。     

高含蜡胶凝油的蜡晶显微特性

为了研究管道蜡沉积物蜡晶形态与结构强度的关系,室内制备了不同含蜡比例的胶凝油,模拟现场管道蜡沉积物。借助软件Image J对不同实验条件下拍摄的胶凝油蜡晶显微图像进行处理,确定40℃是该实验蜡晶显微图像的拍摄温度。结果表明:随着胶凝油含蜡量的增大,蜡晶颗粒数与面积分数增大,蜡晶圆度也增大,但长径比减小,且长径比集中分布在1.50~2.00的范围内,表明大部分蜡晶形态呈长棒状。此外,结合胶凝油的屈服应力特性测试,分析蜡晶形态与其结构强度之间的关系:随着含蜡量的增大,蜡晶的边界盒维数增大,屈服应力也随之增大。由此可知:胶凝油内部的蜡晶形态差异是导致其结构强度随含蜡量变化的根本原因,研究结果为今后原油管道的清管工作提供了技术支持。     

胶质沥青质对含蜡原油胶凝特性的影响研究进展

蜡晶析出形成三维网络结构是导致含蜡原油胶凝的直接原因,作为极性组分的胶质沥青质与蜡分子相互作用,会参与蜡结晶过程,改变析蜡特性,使原油胶凝行为研究趋于复杂。胶质沥青质与蜡分子间的微观动力学行为对介观蜡晶形态产生影响,进而在含蜡原油多相体系宏观流变性能上发挥决定性作用。在此从宏观层面基于流变实验归纳了胶质沥青质对含蜡原油流变性的影响及表征方法;从介观层面借助显微实验和分子模拟分析了胶质沥青质对蜡晶形态和粒度大小的影响,以及胶质沥青质与蜡晶间的协同作用机理;从微观层面通过分子动力学模拟介绍了分子聚并及相间作用,论述了胶质沥青质分子对含蜡原油胶凝特性的影响。最后提出分子动力学模拟含蜡原油胶凝领域的应用前景,以期为含蜡原油管道输送技术的发展奠定理论基础,对降凝剂的研发与应用提供参考。（图7,表1,参64）     

蜡对原油流变性的影响

蜡的组成、含量、性质及其在原油中的形态等是导致含蜡原油流变性复杂化的根本原因。论述了蜡含量、蜡的性质、蜡的形态和结构对含蜡原油流变性的影响。析蜡点和溶蜡点是表征蜡在原油中结晶析出和溶解的特征温度，溶蜡点一般高于析蜡点10℃以上。在析蜡点温度以上，含蜡原油具有牛顿流体的特性，其粘温关系符合Watther经验式和Arrhenius指数方程。研究表明，直接影响含蜡的油流变性的关键因素是已结晶析出的蜡量，而不仅仅是油中的蜡含量。另外，蜡晶的形态和结构对含蜡原油的流变性也有着重要的影响。     

微观蜡晶特征在流变曲线上的宏观体现

为了研究证明含蜡原油流变曲线和微观蜡晶两者之间存在一定的关联,测试了广范围剪切速率下的含蜡原油流变曲线,确立了微观蜡晶和流变曲线之间的定性关系,并且取得以下认识：广范围剪切速率下的含蜡原油流变曲线能够一定程度地体现微观蜡晶特征,其中低剪切速率下的流变曲线能够体现蜡晶形态,高剪切速率下的流变曲线能够体现蜡晶结构;并非温度越低,剪切速率对粘度的影响程度越大,在高剪切速率下,有可能存在相反的情况;在低温条件下,剪切速率存在一个临界值,只有当剪切速率大于该值时,粘度才会出现较为明显的下降;温度越低,形成的蜡晶网格结构越稳定,需要较大的剪切应力,蜡晶网格结构才能破坏。该研究成果深化了对含蜡原油流变性的认识,具有一定的理论意义。（图6,表1,参15）     

含蜡原油蜡晶颗粒分布特征的定量分析

借助数字化图像处理技术,已有研究成功实现了对蜡晶形态和尺寸的定量描述,但鲜有研究关注蜡晶颗粒粒径的分布特性。借鉴材料学中有关定量描述颗粒群粒度分布特性的方法和参数,实现了对原油中蜡晶颗粒分布特性的定量描述。使用颗粒粒径分布宽度系数定量表征了蜡晶颗粒粒径分布的宽窄,并结合蜡晶颗粒的粒径分布直方图直观地描述了蜡晶粒径在各个区间内的分布频率,通过计算蜡晶颗粒粒径分布的分形维数定量表征了颗粒粒径分布的不规则性。对含蜡原油加剂前后的蜡晶显微图像的分析结果表明,加剂后蜡晶颗粒的粒径增大,粒径分布宽度系数增大,粒径分布变宽,颗粒分布的分形维数增大。     

低速剪切影响加剂原油低温流动性机理研究

通过对室内模拟管流低速剪切流动参的测试和蜡晶显微观察，研究了低速剪切对不同原油低温流动性的影响及对蜡晶影响之间的关系。研究表明，不同组成的原油，低速剪切对蜡晶的影响不同，低速剪切既能破碎蜡晶聚集体，又能形成蜡晶聚集体。管道流动过程中的“恢复”现象实质就是管流低速剪切改善加剂原油低温流动性的表现，其机理是管流的低速剪切使得高速剪切后破碎的蜡晶聚集体重新形成。     

原油降凝剂作用机理及其研究进展

针对含蜡原油管道输送的化学降凝技术,基于原油结蜡的微观过程,总结了国内外关于降凝剂作用机理的解释。分别从晶体学和热力学两个角度描述了降凝剂在石蜡结晶过程中的作用。晶体学分析认为:降凝剂并不能阻止石蜡的结晶,但可以通过改变蜡晶结构和表面性质,提供更多的晶核、提高蜡晶晶体的对称性和改善蜡晶的表面性质,阻止蜡晶彼此连接。热力学分析认为:降凝剂分子为石蜡的结晶过程提供了更便捷的热量变化途径,使体系维持在非结晶的稳态。对降凝的作用机理进行分析描述,可为降凝剂材料的设计和结构优化提供参考。     

基于磁场磁核分析的原油防蜡降粘机理

介绍了含蜡原油空间三维网状结构的形成机理及其研究进展,分析了磁场对石蜡磁性核的作用,研究了原油磁处理防蜡、降粘技术机理,并进行了试验验证。磁场作用下石蜡磁性核按能级规则取向排列,并绕磁场进动,改变了原油中石蜡的结晶过程,可以有效防止蜡晶形成三维网状结构,使石蜡结晶成核半径减小,结晶释放潜热增多,产生防蜡降粘的效果。     

含蜡原油乳化机制影响下的蜡晶形态及聚集行为

以含蜡原油-水两相为代表的混输是油田集输生产中普遍采用的储运工艺,在油田地面工艺优化及节能增效开发的背景下,混输过程中面临的流动保障问题因油水乳化机制的影响而更为复杂、严峻。集偏光显微观察实验与普通光显微观察实验于一体,通过建立油水乳化体系中蜡晶形态及聚集行为的表征方法,实现了乳化水存在下蜡晶微观形态及聚集结构特征的直观再现,并定量化构建了乳化机制影响下蜡晶特征参数的分布规律。结果表明:随着温度升高、乳化剪切作用增强,蜡晶形态、结构趋向规则化,且其聚集行为受到抑制;含水体积分数对油水乳化体系中蜡晶形态及其聚集行为的影响则表现出在转相点附近发生特征转变。对乳化环境下蜡晶形态及其聚集行为的定量表征和分析,为深化理解管输剪切流场中油水两相蜡沉积过程的作用机制提供了必要基础和依据。     

大庆原油降凝剂复配试验研究

研究了不同区块大庆原油对降凝剂的感受性与其物性特征和碳数分布的关系。以吸附与共晶理论为基础,结合不同区块原油的蜡碳数分布规律对VA含量相同但分子量不同的系列EVA进行复配,同时开展具有不同官能团的化合物与有效EVA的复配试验研究。试验结果表明,VA含量为X2和X3的EVA对大庆原油体现出比其它系列EVA相对较好的降凝效果。在相同的试验条件下,不同分子量的系列EVA经过复配之后改善了单一分子量EVA对南一联原油的降凝效果。     

电磁法改善易凝高粘原油流动性的实验

利用含蜡原油中悬浮蜡晶颗粒与连续相间介电常数和磁导率的差异,通过精确控制外加电场或磁场的强度和频率,对原油进行处理.该方法可以有效降低原油粘度,达到不加热、不加剂而改善原油流动性的目的.利用Temple大学研发的电磁法原油降粘室内实验装置,针对国内大庆、长庆两种易凝高粘原油开展了实验研究,结果表明：在能耗极低的情况下,该装置可有效降低原油的粘度,特别是低温粘度,为探索原油微观结构和采用电磁法改善原油流动性的研究和应用进行了有益的尝试.（图10,参8）     

含蜡原油流动特性与热历史和剪切历史的关系

含蜡原油的低温(析蜡点温度以下)流动特性与其所经历的热历史和剪切历史有关,但以往的研究主要侧重于对具体原油进行试验测试和试验规律的定性讨论,总体上没有上升到具有普遍意义的定量规律研究的层次。综述了含蜡原油流动特性与热历史和剪切历史关系的研究现状,并就进一步在定量层次上研究含蜡原油流动性参数与热历史和剪切历史的关系提出了建议。     

含蜡原油管道胶凝形成机理研究进展

介绍了国内外献中对含蜡原油胶凝形成机理的研究成果。研究结果表明，在含蜡原油管道中，当油温低于浊点时，易在管壁处形成一层类似固体的凝胶物质。含蜡原油管道胶凝的形成主要受热历史和剪切历史的影响，胶凝湿度随冷却速度的减小而降低，随剪切应力的增大而降低，而浊点与冷却速度和剪切应力无关。在环境湿度高于油温的情况下， 即便油温低于浊点湿度，含蜡原油也不会形成胶凝。由于胶凝具有类似固体的机械特性，因此冷却速率越快，石蜡晶体越小，越多，屈服应力也越大，胶凝屈服应力取决于蜡晶的大小和数目。     

有关原油流变性与石油化学的讨论

含蜡原油综合改性处理输送工艺技术已成功地应用于低输量管道,为了进一步提高含蜡原油综合改性处理工艺技术的效能和扩大应用范围,认为选择廉价高效的化学剂是关键,应把原油流变性与石油化学紧密地结合起来,从原油与化学剂相互作用的机理出发开展专门研究会取得一些突破。讨论了原油化学类别,原油中蜡的组成形态和结晶习性,原油中胶质、沥青质及其与蜡的综合作用,原油中液态烃类对原油流变性和改善原油流动性的影响。指出在科学研究中要采用多种现代分析手段,从分析与综合两个方面深入开展研究,以求取得进展。     

用储能模量表征含蜡原油的屈服值

含蜡原油的屈服性能直接影响其管输安全,当温度降低时,含蜡原油析出的蜡晶与其中的胶质、沥青质相互作用形成具有一定强度的三维空间网络结构,在外剪切力作用下,该结构屈服裂降,存在一个屈服值,即屈服应力。通过应变扫描实验法对长庆、大庆、环江、冀东4种含蜡原油进行流变性测试,结果表明：含蜡原油在线性黏弹区内储能模量基本不变,应力与应变呈线性递增关系,其线性黏弹区随着温度的升高而增大;含蜡原油的储能模量与屈服值在双对数坐标图上呈现线性递增关系,可以用结构屈服系数表示含蜡原油屈服时结构的强弱,该系数等于储能模量和屈服值的对数比值。与其他方法相比,该方法获得的屈服值结果更加稳定,易于形成相关标准。（图2,表2,参9）     

茨78块降凝防蜡低温输送试验研究

在稀油开采过程中,油井结蜡是影响油井正常生产的一个重要原因。通过室内及现场试验表明,降凝防蜡冷输剂能够明显降低原油凝点,具有优良的改善原油低温流动性的特性,能够起到很好的油井防蜡效果,达到油井井筒防蜡及管道降凝低温输送的要求。在茨78块通过井口套管连续定量点滴加药,利用防蜡降凝冷输剂优良的蜡晶分散和改善原油低温流动性的功能,实现整个区块油井的井筒防蜡,井口至计量站、计量站至转油站、转油站至联合站输油管道全线降凝低温输送,从而实现井筒防蜡管道降凝低温输送一体化。     

对新型降凝剂研究的评述

在含蜡原油的输送中，添加降凝剂可提高输送能力，节约能源。近年来，国内外对降凝剂的配方研究趋向是增加极性基团或表面活性基团。究其机理，降凝剂是表面活性剂，起分散蜡晶的作用，在凝有蜡晶的原油凝胶体系中延缓蜡晶聚集，从而延缓胶凝，降低凝点。     

改性含蜡原油剪切效应机理研究的思考

在长距离管道输送过程中,剪切作用会恶化因加剂处理而得到改善的原油流变性.要解决加剂原油的剪切稳定性问题,就必须在有关机理研究上取得突破.在总结国内外研究现状的基础上,从分子问作用力、胶粒间作用力和原油流变学研究三个方面,分析了目前研究中普遍存在的基础研究薄弱、试验影响因素多、条件性试验方法不统一等问题,提出了加强基础理论研究、不局限于当前的研究结论、运用多种方法开展综合研究的建议.