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。     

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。     

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)     

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。     

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.     

描述含蜡原油触变特性的一种新模式

在对试验实测数据和文献数据分析的基础上，提出了一种新型的四参数双曲触变模式。该模式具有精度高、适用范围广、物理意义明确等优点，用它能很好地描述旋转粘度计以及管流试验装置中恒温条件下以恒定的剪切速率剪切时含蜡原油的触变特性，在试验数据分析的基础上，探索了启动剪切速率对屈服值、平衡剪切应力的影响。     

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。     

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 。     

含蜡原油触变模型研究现状

黏弹-触变特性是含蜡原油重要的流变特性,对输油管道停输后再启动过程的水力特性及管道运行安全具有重要影响.介绍了含蜡原油黏弹-触变特性的成因、机理和特点,总结了常用触变性测试方法及优缺点.评述了现有触变模型的研究现状,分析了现有黏塑性触变模型和黏弹-触变模型的特点与缺陷.对于目前最常用的结构动力学类触变模型,阐述了采用单一结构参数存在的问题,详尽分析了现有速率方程的一些数学特性及其存在的缺陷,总结了现有的一些改进方法.     

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。     

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。     

乳化含蜡原油沉积层含水研究进展

乳化含蜡原油沉积层含水是油水两相管流蜡沉积研究领域的新热点。近年来,国内外学者基于冷指、环道沉积实验等手段,分析了乳化原油蜡沉积层含水的影响因素,明确了油相体积含水率、分散水滴粒径等因素的影响。综述了乳化原油沉积层含水的影响因素及相关机理,讨论了含水对沉积层含蜡量、流变性的影响,列举了当前主流的乳化油水体系蜡沉积预测模型及方法,并展望了今后含水乳化原油沉积机理的研究方向,以期为深海含蜡原油混输管道的设计、运行及管理提供理论依据。     

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。     

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）     

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。