渤海油田原油乳状液流变性研究

实验考察了温度、含水率、剪切速率和聚合物浓度等因素对渤海油田原油乳状液流变性的影响,结果表明乳状液黏度随温度上升而下降,随含水率上升而上升,随剪切速率上升而下降,随聚合物浓度增加而上升。在0～55℃含水率高于40%时,乳状液体系呈现非牛顿流体特性,在55～70℃含水率低于40%时,乳状液体系呈现牛顿流体特性,渤海油田一号平台原油的转相点为含水率70%左右,二号平台原油的转相点为含水率60%左右。

恒剪速下胶凝原油初始结构破坏过程力学特性

恒剪切速率下,胶凝原油的受力变形过程分为两个阶段:一是应力递增的初始结构破坏过程;二是屈服后应力递减的触变过程。以试验为基础,研究不同剪切速率条件下,大庆、襄樊和苏丹GNPOC原油初始结构破坏过程的力学响应特性,同时以粘弹性Maxwell体为基础,推导描述胶凝原油初始结构破坏阶段应力-应变关系的本构方程,此外,推导了同轴圆筒式流变仪用于计算剪切应变的理论公式,并对同轴圆筒式流变仪所测剪切应变的物理涵义进行了分析。结果表明:推导的本构方程具有较高的预测精度和较好的普及性;在初始结构破坏阶段,胶凝原油具有非线性的应力-应变关系,且呈递减硬化特性;在试验选用的剪切速率范围内,剪切速率越大,胶凝原油的屈服应力和屈服应变也越大。

胶凝含蜡原油屈服时间研究

针对胶凝含蜡原油的屈服规律问题,定量描述了应力加载速率与屈服时间之间的关系。在控制应力模式下,使用RS150流变仪对胶凝大庆原油、北疆原油和吐哈原油等3种含蜡原油进行了应力阶跃式加载和应力匀速加载两种作用方式下的屈服特性实验。发现对于胶凝含蜡原油,随应力加载速率的减小屈服时间单调增加,数据回归分析表明二者之间存在相关性很好的幂函数关系。在此基础上提出了描述胶凝含蜡原油应力加载速率与屈服时间之间的关系式,结合量纲分析对该式的物理意义进行了分析。利用国内外文献中的不同胶凝含蜡原油的实验数据对该式进行了验证,结果表明该式具有通用性。

胶凝大庆原油不同加载时间下的屈服特性

为得到胶凝大庆原油的屈服过程与加载时间之间的关系,利用Haake RS-150控制应力流变仪通过恒剪切应力、剪切应力匀速增加和阶跃式增加3种不同的加载方式对其屈服过程进行了实验。研究发现:胶凝大庆原油的屈服过程与加载时间存在密切关系,屈服是变形随时间积累的结果;加载过程中各水平的应力作用时间延长,所得到的胶凝原油屈服应力下降,但屈服所需的时间延长,即应力值与作用时间相互弥补,在一定范围内小应力长加载时间和大应力短加载时间都能造成胶凝原油屈服;对剪切应力阶跃式加载而言,屈服应力随每阶段持续作用时间(单阶作用时间)的增加呈指数规律下降,屈服时间随单阶作用时间增加在双对数坐标中呈线性增加。

稠油拐点温度测算方法研究

稠油拐点温度是稠油开采的重要参数。在稠油流变特性分析研究的基础上,进行性能实验分析,并根据稠油的粘温关系曲线,利用数学方法提出了稠油拐点温度的测算方法,其计算结果符合率较高,可应用于稠油生产中。

大庆胶凝原油启动屈服应力研究

准确预测胶凝原油管道的启动压力,是实现热含蜡原油管道安全经济输送、避免“凝管”事故发生的关键问题。根据原油流变性研究中剪切率和屈服值的定义,提出了胶凝原油启动剪切率和启动屈服应力两个新概念。研究认为,对应热油管道最低临界启输流量,管道存在启动剪切率,对应启动剪切率的屈服应力定义为启动屈服应力。使用室内模型环道,对大庆胶凝原油的启动特性进行了实验研究。结果表明,原油析出的蜡晶对静态降温过程胶凝原油结构强度的作用远大于对动态降温过程生成结构强度的作用。原油静态降温幅度越大,新生长的结构越强。胶凝原油启动屈服应力的主要影响因素有启动温度、启动剪切率和静态降温幅度,它们之间的关系可用三元线性方程描述。

热历史和剪切历史对含蜡原油流变性的影响

热历史和剪切历史对含蜡原油的非牛顿低温流变性影响显著。以具有代表性的番禺原油为例,通过一系列的热处理和剪切处理试验,对含蜡原油进行了流变性能试验。试验结果表明：热处理温度、加热次数、剪切速率、降温速率等对于含蜡原油的低温流变性均具有一定的影响。当热处理温度为65℃时,原油的低温流变性最好,其凝点降幅高达13℃左右;当热处理温度为55℃时,含蜡原油低温流变性严重恶化;在0.5-1.5℃/min的降温区间内,剪切速率越大,降温速率越小,对含蜡原油流变性影响程度越大,最大降黏幅度达73%左右。

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。

一种测量管流原油静屈服值的新方法

基于静屈服值是使物料保持静止状态所能承受的最大剪切应力的原理 ,通过实验发现了测量静屈服值的一种新方法———管路静置法。利用该方法能连续测出物料静屈服值与温度的关系 ,能测量一定历史条件下含蜡原油的始凝点。温度低于始凝点的 ,只有施加的剪应力大于其静屈服力 ,才能使原油发生宏观流动。静屈服值测量结果与管路长径比无关 ,具有很好的重复性 ,且与预加压力的大小无关。对胜利原油的静屈服值的测量结果表明 ,原油的始凝点和静屈服值与温度的关系应作为评价其流动性的重要指标 ;剪切历史对胜利原油静屈服值有较大影响 。

取样剪切对管输原油流变性的影响

通过实验及理论分析,系统研究了取样剪切对管输原油流变性的影响,根据鲁宁线运行工况,计算了阀门节流剪切及过泵剪切时剪切率的大小。对于鲁宁线,在同一泵站,出站处阀门节流平均剪切率是过泵平均剪切率的3倍左右。

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。

含蜡原油及其乳状液体系微观结构观测的新方法

基于流变-原位显微同步测量技术和改进的复合型光源,构建了对含蜡原油及其乳状液体系微观结构观测的新方法。实际观测结果表明:新构建的显微观测方法观测到的蜡晶数量比偏光显微镜观测到的蜡晶数量高出70%,并且在识别微小尺寸蜡晶方面具有更高精度,与常规偏光显微观测结果相比,识别出的1~3μm范围内的蜡晶数量要多150%,刻画的1~2μm范围内蜡晶分形维数要高15%,使得新构建的显微观测方法对恶化初始冷却温度下形成的致密型蜡晶具有更为突出的观测优势。此外,新观测方法识别出的恶化和较优初冷温度下的蜡晶边缘间距差值更大,约是常规显微观测结果的2倍,更能体现出不同初冷温度下的蜡晶结构差异,与原油流变性的关联性也更显著。动态剪切条件下的蜡晶微观形貌受流场影响显著,随剪切速率增大,蜡晶形态和排列与流场的协同性增强。相比于离线观测,原位显微观测获得的蜡晶微观形貌与原油流变性的关联性更显著,更有利于从微观尺度阐释含蜡原油的流变性机制。新观测方法可以实现对原油乳状液中蜡晶和乳化水滴的同时观测,在识别两者相互作用和形成聚集结构方面具有更好的识别质量。

不同历史条件下胶凝含蜡原油屈服特性研究现状

当含蜡原油的温度降至凝点附近,析出的蜡晶颗粒会聚集、交联,形成三维网状结构,将液态原油包裹其中,此时原油形成胶凝体系。含蜡原油之前经历的热历史和剪切历史可以改变析出蜡晶的形态和结构,进而改变流变性。阐述了不同测量温度、降温速率、恒温时间等热历史条件和不同预剪切强度、动冷终温等剪切历史条件下形成的胶凝结构在屈服应力方面的差异,及有关屈服应变的研究进展,并对未来的发展方向提出建议。

新的含蜡原油粘度关系式

对加拿大、利比亚、尼日利亚、印度、扎伊尔和委内瑞拉等国家不同种类的原油流变性进行了研究,发现含蜡原油中的蜡含量对流变性影响较大。因此,在新的计算模型中引入了蜡含量一项。该模型所研究的剪切率及温度范围,其相关系数高95.71%,可以认为该模型能很好地描述含蜡原油的稳态行为。采用旋转粘度计在不同温度(9、12、15、18、21和24℃)和不同含蜡浓度(2%、4%、6%、8%)下,测试含蜡原油的流变特性。其结果是随着温度的下降,剪切率上升;在低温、低剪切率下,随着温度降低,粘度下降速度比在高温、高剪切率下相对更快。

管道输送含蜡原油结蜡层强度的研究进展

系统研究管道输送含蜡原油结蜡层强度的大小,对制定安全、合理的原油输送管道的清理方案至关重要。本文分别从定性和定量两方面综述了目前结蜡层强度的研究方法、手段和进展,并分析蜡沉积机制以及蜡晶微观结构的形成原因;阐述了不同热历史、剪切历史和原油组成对结蜡层强度的影响;介绍了目前管道结蜡层抗剪切强度定量测量的方法,并对测量过程中相关参数进行分析,给出大致的参数设置范围;针对目前的研究进展,提出未来的研究方向,最终为定量建立管道结蜡层强度模型提供理论基础。

流变学及粘度检测技术新发展

文章简述了流变学原理及其三个学派 (实效学派、理论学派和学院学派 )的观点和方法 ,概述了流体主要是非牛顿流体的粘度特性以及影响流体流变特性的诸因素。介绍了

不同祖师麻提取物对后交联凝胶贴膏基质的性能影响

目的以祖师麻Daphnes Giraldii Cortex不同体积分数乙醇渗漉流浸膏为药物模型,研究其对后交联凝胶基质黏弹性及释药性的影响。方法结合黏附力测试、流变学指标、体外释放度试验及相关性分析,考察不同祖师麻提取物出膏率、软化点及pH值对后交联凝胶基质成型过程中关键流变学参数及贴膏释药性的影响。结果当乙醇体积分数在75%~95%时,祖师麻提取物出膏率及pH值随乙醇体积分数的升高而显著降低,软化点则相反。出膏率主要通过影响基质的复合模量(G^(*))及屈服应力(τ)值来影响贴膏内聚力及抗剪切能力,软化点和pH值主要通过影响基质G^(*)、τ、弹性模量(G′)、G值来影响贴膏的结构稳定性、抗剪切性、初黏力及剥离强度。体外释药结果显示,祖师麻甲素10 h内的累积释药率随提取物醇提体积分数的升高而增大,但提取物3个理化性质对释药率的影响并不显著。结论不同祖师麻提取物对后交联基质的性能影响总体差异不大,通过检测基质相关的流变学指标可以有目的地对基质配方进行相应调整,从而进一步提高贴膏的成型质量和后交联基质的普遍适用性。

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。