触变性含蜡原油流变曲线的测量方法

原油流变性测量是储存和管输原油工艺设计及经营管理中极为重要的基础工作。在ＳＹ／Ｔ０５２０－３标准的执行过程中，存在仪器人工操作繁琐，测量时间长和测量仪器软件操作无标准的缺点。通过对该标准的理论分析与试验研究，建立了测量无弹性触变性含原油流变曲线的基本方法，探讨了这种方法在流变仪、粘度计的人工操作和软件操作两种方法下使用的可行性。     

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。     

含蜡原油触变性测试方法

现有触变性测试方法(加载方式)包括恒剪切率、剪切率阶跃、控制剪切率滞回环、剪应力阶跃以及控制剪应力滞回环等。利用这些方法对同一条件下含蜡原油的触变性进行测试,并利用Houska触变模型和双结构参数触变模型进行拟合。利用一种方法测试数据拟合出的触变参数对其他测试方法加载条件下的应力进行预测,依据预测结果与实测值的吻合程度,对测试方法进行评价。结果表明:无论采用何种测试方法,利用剪切率高的加载条件得到的实验数据拟合的触变参数,均可成功地对较低剪切率加载条件下的应力进行预测,反之则会出现结构参数为负值进而导致预测失败的情况;利用同一测试方法的多组实验数据共同拟合触变参数,可以提高对其他加载方式下应力的预测值与实测值的吻合程度。     

描述含蜡原油触变性的新型三参数模型

阐述了含蜡原油的触变性研究对管输含蜡原油的工艺设计和生产管理,尤其对原油管道的停输再启动过程的意义。以华北原油为例,采用τ-.γ-t曲线法测定了触变性原油剪切应力裂降过程,通过对试验数据的拟合和相关文献试验数据的验证,建立了一种能定量描述含蜡原油剪切应力裂降过程的新型三参数触变模式。该模型具有精度高、参数少、试验简便,而且适用性广泛的特点。     

控应变流变仪测试含蜡原油的胶凝过程

含蜡原油的粘弹性参数储能模量G′和耗能模量G″可用来表征原油内部结构特征,它们在凝点和倾点附近随温度变化特性能够描述含蜡原油的胶凝特性和流动特性。采用ARES-G2控应变流变仪对大庆原油和马岭原油进行不同温度的应变测试,结果表明:随着应变增大,原油从线性粘弹区过渡到非线性粘弹区,并且线性粘弹区范围随着温度的升高而增大。在线性粘弹区范围内对经50℃恒温热处理的大庆原油和经33℃恒温热处理的马岭原油进行振荡剪切温度扫描,降温速率分别为1℃/min和0.8℃/min,应变为0.5%,频率为1Hz。结果表明:储能模量曲线和耗能模量曲线的两个交点温度可分别用以表征原油的凝点和倾点,且凝点和倾点之间符合线性经验关系。     

触变性原油再启动压力的计算

以Houska触变模型为基础,建立了双速率含蜡原油触变性模型,编制了触变性原油再启动压力计算软件,将国外相关文献的原始数据代入计算软件,并将计算结果与文献中的实测结果进行了对比,结果表明,计算结果与实测结果比较吻合,计算方法优于文献发表的计算方法.     

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.     

含蜡原油乳状液凝胶结构裂降行为模型北大核心

在常温或深海低温条件下,含蜡原油与水形成的W/O型乳状液易发生胶凝,容易对管道再启动安全性造成威胁。基于含蜡原油乳状液凝胶复杂的流变行为,分别探讨黏塑性和黏弹性两类含蜡原油触变模型对其乳状液凝胶的适用性。通过对比目前常用于含蜡原油的4种黏塑性触变模型,以及近期发展的黏弹性触变模型,筛选出能够准确描述乳状液凝胶加载后整个流变响应过程的模型。通过实验数据拟合发现,滕厚兴提出的黏弹性触变模型对包括屈服前蠕变和屈服后裂降的整个过程的描述最准确;在黏塑性触变模型中,滕厚兴提出的黏塑性模型对屈服点后裂降过程的描述结果偏差最小,而传统的Houska黏塑性模型对乳状液凝胶裂降过程的描述效果不佳,主要是由于该模型的速率方程与实际裂降过程不符。由于黏塑性触变模型无法描述屈服点之前的黏弹性响应,因此推荐采用滕厚兴的黏弹性触变模型进行管道再启动计算。     

含蜡原油乳状液凝胶结构裂降行为模型北大核心

在常温或深海低温条件下,含蜡原油与水形成的W/O型乳状液易发生胶凝,容易对管道再启动安全性造成威胁。基于含蜡原油乳状液凝胶复杂的流变行为,分别探讨黏塑性和黏弹性两类含蜡原油触变模型对其乳状液凝胶的适用性。通过对比目前常用于含蜡原油的4种黏塑性触变模型,以及近期发展的黏弹性触变模型,筛选出能够准确描述乳状液凝胶加载后整个流变响应过程的模型。通过实验数据拟合发现,滕厚兴提出的黏弹性触变模型对包括屈服前蠕变和屈服后裂降的整个过程的描述最准确;在黏塑性触变模型中,滕厚兴提出的黏塑性模型对屈服点后裂降过程的描述结果偏差最小,而传统的Houska黏塑性模型对乳状液凝胶裂降过程的描述效果不佳,主要是由于该模型的速率方程与实际裂降过程不符。由于黏塑性触变模型无法描述屈服点之前的黏弹性响应,因此推荐采用滕厚兴的黏弹性触变模型进行管道再启动计算。     

含蜡原油流变学的研究发展

本文论述了含蜡原油流变学的地位,指出应将含蜡原油流变学作为应用流变学的一个重要分支。文章综述了含蜡原油流变学的研究现状,进而提出含蜡原油流变学研究中急待解决的问题是:含蜡原油触变性变化规律及其数学描述;屈服假塑性流型本构方程的建立和应用;含蜡原油改性后其流变特性的变化规律;拖动流及压力流相关性的研究;含蜡原油流变特性评价标准体系的建立。     

应用非线性隐式迭代法回归含蜡原油触变模型

针对以往含蜡原油触变模型参数回归中实验数据误差被放大和迭代初值不易选取的问题,以非线性参数回归为框架,引入不适定问题的求解思想,应用求解非线性不适定问题的非线性隐式迭代法,一次性回归Houska触变模型的相关参数。对加剂50 mg/kg的中原原油进行参数回归,所得计算值与实验数据吻合较好,最小相对误差为2.71%(26℃),最大相对误差仅为5.09%(21℃)。该方法回归结果准确、稳定,误差随温度的升高而单调减小,可用于求解含蜡原油触变模型参数的回归问题。     

不同温度下单相含蜡原油的蜡沉积规律

针对石油工业中的蜡沉积问题,利用冷指实验装置研究了单相含蜡原油体系冷却液温度、油流温度和同一温差不同温度区间对蜡沉积规律的影响,得到了单相含蜡原油蜡沉积规律的宏观特性,并利用高温气相色谱（HTGC）装置分析沉积物组分的宏观变化。在相同油温条件下,随着冷却液温度的升高,蜡沉积速率减小而沉积物中高碳数组分比例增大;在相同冷却液温度条件下,随着油温从凝点附近增大至析蜡点以上,蜡沉积量先减小后增加最后再减小,沉积物中高碳数组分比例增大;在同一温差条件下,随着温度区间温度的升高,蜡沉积量的变化有波动但油温在析蜡点附近沉积量达到最大值,沉积物中高碳数组分比例一直增大。针对实际管流,环境温度基本恒定,通过升高入口油温减少沉积的发生,因此,在含蜡原油管输中,入口油温的选取对整个管输过程中蜡沉积的形成以及形成后的清理很重要。根据实验结果,入口油温不是越高越好,应保证入口油温低于析蜡点且整个管输过程中高于凝点5℃左右。（图6,参12）     

含蜡原油蜡沉积影响因素对比试验

为探究不同蜡沉积因素对大庆原油结蜡规律的影响,采用单一变量法,控制不同的结蜡时间、油壁温差、温度区间、剪切速率等影响因素,利用某新型动态蜡沉积试验装置对大庆原油进行蜡沉积对比试验。结果表明:当剪切速率一定时,随着结蜡时间延长,蜡沉积量逐渐增多,蜡沉积速率逐渐降低;当结蜡筒壁温度不变且在析蜡点以下时,随着油温的升高,蜡沉积量逐渐增大;当油壁温差保持不变且温度区间逐渐上升时,蜡沉积量逐渐减小;剪切应力与剪切剥离蜡量并非线性关系,当剪切力达到某一临界值时,蜡沉积层会被油流冲刷下来。研究结果可为未来含蜡原油管道的输送提供借鉴与技术支持。     

胶凝含蜡原油的黏弹-触变特性

早期含蜡原油的触变性模型均为黏塑性模型,未考虑黏弹性的贡献,管道停输再启动的数值模拟也未考虑黏弹性的影响。为此,利用机械比拟原理,依据含蜡原油的"黏弹-屈服-触变"特点,建立了包含9个未知参数的黏弹-触变模型。利用两种物性不同的含蜡原油在凝点附近的剪切速率阶跃、剪切速率滞回环、恒剪切速率3种典型加载模式下的实验数据对模型进行验证。结果表明:3种测试的模型拟合值与实测值的平均相对偏差分别为4.6%、6.6%、4.2%,实现了用一个模型完整、准确地描述含蜡原油加载全过程的流变响应,为输油管道停输再启动过程的水力特性及管道安全运行提供了重要的基础资料。(图4,表2,参16)     

高含水含蜡原油的粘壁特性试验

高含水期油田采用不加热集输工艺时,由于输送温度低,管道中往往出现凝油粘壁现象,导致管道流通面积减小,井口回压升高,集输能耗增大。基于传统冷指装置设计了可实现试验介质循环的试验装置,探究了油温、油壁温差、含水率、剪切强度及试验时间对高含水含蜡原油凝油粘壁特性的影响。结果表明:凝油粘壁和多相蜡沉积不是同一种沉积行为。当油水混合液的温度低于起始粘壁温度时会出现严重的粘壁行为,高含水含蜡原油的粘壁温度低于纯油凝点,含水率越高,起始粘壁温度越低。油壁温差和油温对粘壁行为的影响分温度区间,原油凝点以下的粘壁行为主要受油温控制,凝点以上的粘壁行为受温差影响更大。不发生乳化的油水混合液,水相的存在弱化了粘壁行为;反之,水相的存在强化了粘壁行为。搅拌或管流流动对粘壁凝油主要起剪切剥离作用。凝油粘壁厚度随时间的持续存在极限值,并不会无限增长。(图10,表2,参29)     

含蜡原油静态磁处理降黏试验

为探究磁处理技术对含蜡原油降黏效果的影响,利用自行研制的静态磁处理装置研究磁场强度、磁处理温度、磁处理时间对含蜡原油降黏效果的影响;采用偏光显微镜对磁处理前后含蜡原油蜡晶结构进行观察,并分析磁处理含蜡原油的降黏原因。静态磁处理结果表明,最佳磁处理条件是:磁场强度100 mT,磁处理温度49 ℃,磁处理时间10 min,影响磁处理效果的因素按影响程度高低依次是磁处理温度、磁处理强度、磁处理时间;通过显微观察试验发现,磁场促进了含蜡原油中小蜡晶颗粒的聚集,使得大蜡晶颗粒的数量增多,液态烃的流动截面积增大,进而降低了含蜡原油的黏度,改善了含蜡原油的流动性。     

含蜡原油管道含蜡量计算及加剂油头跟踪方法

针对高含蜡原油因结蜡导致管道堵塞和停输再启动困难的问题,基于运行参数分析,通过长输管道水力摩阻计算公式变换及SPS模型拟合,计算得到了管道内以结蜡为主的不可流出物的含量,并利用加剂油头到达末站引起过滤器堵塞及油头凝点变低的现象,得到了管道内实际不可流出物的体积,与模型计算结果对比表明：计算含蜡量与实际含蜡量相吻合,模型基本满足要求。由于乍得加剂高凝油与非加剂高凝油的黏度差别较大,提出了一种根据各阀室站场间压力差变化来跟踪加剂油头的方法,用于判断加剂油头到达的大概位置,为高凝高含蜡原油管道加剂时间及加剂量的确定提供参考。     

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）     

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。