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。     

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。     

环道内胶凝原油启动屈服应力计算

为了准确计算管内胶凝原油启动屈服应力,进而预测管内凝油启动过程所需压力,以管流环道试验为基础,分析控制流量启动过程中环道沿线的压力变化,重新定义环道内胶凝原油启动屈服应力,并提出相应的计算方法。将环道内胶凝原油启动屈服应力定义为:在某一特定启动流量下,试验环道全线初始启动时刻,环道末端凝油所受的管壁剪切应力。同时,利用多项式拟合获得初始启动时刻沿线压力表达式,对表达式在环道末端极限位置求导计算环道内凝油启动屈服应力,物理意义明确。     

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。     

胶凝原油管道再启动相关问题研究现状

胶凝原油的粘弹塑性、压缩性及其管内压力传播过程是影响管道再启动过程的重要因素.分类总结了管输胶凝原油结构破坏过程中的粘弹触变模型,对胶凝原油管道启动过程中影响压力传播的因素进行了分析,介绍了胶凝原油管道启动过程中的数学模型,重点阐述了近年发展的新模型,包括CNR与DNCR启动模型及Vinay G、Negr (a) o等人的启动模型,指出了现有模型的不足,认为准确确定胶凝原油的压缩性大小和再启动过程中启动波的传播特性是解决管道再启动问题的关键,为进一步研究胶凝原油管道的再启动问题指明了方向.     

胶凝原油管流特性研究进展

早期的管流试验装置在源，流程，温度控制，压力测量，流量控制等方面存在不足，对管流试验装置逐渐发展完善的过程进行了。由于管道中胶凝原油的启动过程非常复杂，涉及到胶凝原油热历史和剪切历史，原油的屈服特性，触变特性，粘弹性和压缩性，温降收缩和压力速度等因素，通过分析总结胶凝原油启动过程的相关理论，对原油的触变模式进行了探讨。     

W/O型含蜡原油乳状液触变特性

海上油田多产高含蜡原油,W/O型含蜡原油乳状液是油水混输管道输送介质的一种常见存在状态,其触变性是管道停输再启动计算和可泵性评价的重要基础资料。滞回环是物料触变特性表征方法之一,通过应力线性增加又线性减小形成滞回环的加载模式研究了W/O型含蜡原油乳状液凝点温度附近胶凝状态的触变特性。结果表明:W/O型含蜡原油乳状液胶凝体系触变性的强弱不依赖于加载条件,随着含水率的增加,滞回环面积减小,原油乳状液触变特性减弱,表征结构恢复的滞回环面积比减小,胶凝体系结构恢复程度变小,这是由于分散相液滴的存在,阻碍了蜡晶空间网状结构的恢复。     

停输压力对胶凝原油管道启动特性的影响

管道停输时,因地形起伏等因素管内难免存在压力,从而影响管道的启动特性。基于胶凝原油环道试验,采用3种加压方式探究不同停输压力对胶凝原油管道再启动特性的影响规律:1管道首段瞬时加压后密闭管道并恒温静置;2管道恒温静置过程中,在管道首段持续施加不同恒定压力;3管道首段持续加压特定时间后,密闭管道并恒温静置。分别开展管道再启动实验,计算管道启动屈服应力。分析表明:瞬时加压时,管道启动屈服应力随着加压压力的增加而增大;持续加压时,管道启动屈服应力随加压压力的增加而先增大后减小;加压时间对屈服应力也有一定影响。研究结果可为保障原油管道安全、高效运行提供技术支持。     

停输压力对胶凝原油管道启动特性的影响北大核心

管道停输时,因地形起伏等因素管内难免存在压力,从而影响管道的启动特性。基于胶凝原油环道试验,采用3种加压方式探究不同停输压力对胶凝原油管道再启动特性的影响规律:1管道首段瞬时加压后密闭管道并恒温静置;2管道恒温静置过程中,在管道首段持续施加不同恒定压力;3管道首段持续加压特定时间后,密闭管道并恒温静置。分别开展管道再启动实验,计算管道启动屈服应力。分析表明:瞬时加压时,管道启动屈服应力随着加压压力的增加而增大;持续加压时,管道启动屈服应力随加压压力的增加而先增大后减小;加压时间对屈服应力也有一定影响。研究结果可为保障原油管道安全、高效运行提供技术支持。     

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。     

胶凝原油管道再启动研究进展

介绍了国内外学者对胶凝原油管道再启动问题的认识,指出了现有启动模型的不足,认为通过试验的方式研究胶凝原油停输再启动的问题,可以为输油管道设计过程中管材的选择、管道允许停输时间的确定和最小启动压力的预测提供科学依据.     

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)     

大庆原油低温流变特性量化表征

针对东北管网低输量输送大庆原油安全运行的要求,基于流变学理论分析和管输模拟试验研究结果,建立了大庆原油流变特性参数凝点、粘度(表观粘度)、屈服应力与管输条件下热历史和剪切历史关系的数学模型。引入了原油存在不完全可逆性参数的Houska触变模型适用于描述大庆原油的触变特性。通过试验,得到了铁大线、秦京线管输条件下大庆原油的触变模型参数。研究成果应用于大庆原油管道低输量运行特性和安全性评价,基于热油管道流动安全性定量评价方法,得到了铁秦线不同输量下最低安全进站温度。     

混掺俄油的大庆原油触变特性试验

针对混掺5%~10%俄罗斯原油的大庆原油,开展了铁大线和秦京线大庆原油触变特性现场试验,结果表明,考虑原油存在不完全可逆性结构的Houska修正触变模型能比较准确地描述在特定测试温度、进站温度和多剪切速率条件下的大庆原油触变行为。试验获得了秦京线、铁大线实际管输条件下不同测试温度和进站温度的触变模型参数,对于准确计算管道停输再启动压力具有一定的指导意义。     

含蜡原油管道停输再启动压力计算新方法

为了提高含蜡原油管道停输再启动压力计算的准确度,在传统启动压力计算模型的基础上,建立了一种新的含蜡原油管道停输再启动压力计算方法。以刘天佑启动模型为基础,将再启动压力模型分为高程引起压降、惯性压降和摩阻压降3个部分,考虑管道沿线高程差引起的压降,并对管道进行区域离散化来求解摩阻压降。摩阻压降中由于触变性因素造成的压降,采用更适合于表达含蜡原油触变性的Houska触变模型。利用新建计算模型编制了相应的计算程序,代入秦京输油管道历年数据进行模拟计算,计算结果与实际情况相吻合,表明改进模型更具准确性和广泛适用性。     

胶凝原油管道再启动压力传递速度的研究

胶凝原油管道中的压力传递速度是建立启动凝油管道计算模型的重要参数,至今有关文献中对此观点不一,也没有公认的估算胶凝原油中压力传递速度的模式,在室内环道上进行了启动胶凝原油管道中的压力传递过程的试验研究,在试验分析的基础上,指出压缩胶凝原油中的“孔隙”是影响压力传递速度的关键因素,胶凝原油的阻尼作用和凝油屈服过程的径向滞后是影响压力传速速度的两个重要因素,建立了估算胶凝器原油管道中压力传递速度的模式     

一种新的胶凝原油管流启动屈服应力测算方法

准确预测胶凝原油的启动屈服应力,是实现含蜡原油管道安全经济输送、避免"凝管"事故发生的关键所在。以管流试验数据为基础,分析了管道轴向受压时间差异对胶凝原油启动屈服应力测量结果造成的影响。结果表明:在管流装置中,启动屈服应力的测量值随测量管段长度的增大呈减小的趋势。结合三参数双曲模式触变方程,提出了一种基于非线性最小二乘拟合原理的数据处理方法,能够求得测量管长趋于无限短时胶凝原油的启动屈服应力,统一了对特定工况下凝油结构强度的评价标准。     

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.     

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。     

人工神经网络预测含蜡原油的屈服应力

针对含蜡原油输送管道的停输再启动问题,以室内模拟环道试验数据为基础,利用误差反向传播算法(BP算法)对相同运行工况含蜡原油在不同停输温度条件下的启动屈服应力进行计算,并由此预测了含蜡原油在不同启动温度条件下的启动屈服应力值.计算结果与试验结果对比表明,BP神经网络对启动屈服值的预测值和试验值最大误差为1.9%,最小误差为0.12%.