胶凝含蜡原油非线性蠕变模型研究
含蜡原油粘弹性与微观结构间关系的研究现状与分析
［ 中图分类号］ＴＥ ３ ． ８２３
［ 文献标识码］Ａ
［ 文章编号］１０ ９ ５ （０ ７ ｌ １６ ４ ０ ０— ７ ２ ２ ０ ）Ｏ 一０ ３ 一Ｏ
在析蜡 点 以下温 度 ，已结 晶蜡 的量 、蜡结 晶形 态与 结 构是 影 响 含蜡 原 油流 变 性 的 主要 因素 。但 是 ， 目前研 究者 对含蜡 原 油流变 性微 观机 理的认 识 ，普遍 停 留在定 性 的水平 上 。要 从根 本 上掌握 含蜡 原油低 温流变 性的变 化规 律 和流变 性 改性 的机 理 ，就应 从定 量 的高度 研究 原油宏 观 流变性 与微 观蜡 晶形 态及结 构 的关 系 ，建立 原油 流变性 机理 模型 。作 为其 重要 内容 之一 的含 蜡原油 粘 弹性 与微 观结 构 间定量 关系 的
含 蜡 原 油 粘 弹 性 与微 观 结构 间关 系的 研 究 现 状 与 分 析
高鹏 张 军 侯磊 （ ，劲 ，
磊
实室 １４ ０９ 验１ ２／ ２
［ 要 ］ 含 蜡 原 油 粘 弹性 源 于 其 内部 的蜡 结 晶量 与复 杂 的蜡 晶形 态 及 结 构 ，但 二 者 间 的 定 量 关 系 仍 未 建 立 摘
岍 一 一 一
． ． 一 ｃ
竣 广越一
． ． －
图 １ 理 想 的 石 蜡 结 晶 机 理 模 型 示 意 图 ‘
正构烷 烃是 可几何 变 形 的烃
［ 收稿日期］２０ —０ —２ ０７ １ Ｏ ［ 基金项目］教育部科学技术研究重点资助项目 （ ０ １ ８ 。 １ ４ １ ） ［ 作者简介］高鹏 （ ９７ ） １７ 一 ，男 ，２ ０ 年大学毕业 ，博士 生，现主要从事原油流变学与管输工艺研究工作。 ０１
含蜡原油屈服特性的试验研究
［ 关键 词 ］ 含 蜡 原 油 ；屈 服 特 性 ；蠕 变 ； 应 力增 加 ；恒 剪 切 率 ［ 图分 类 号 ］ＴＥ ３ ． 中 ８２３ ［ 献 标 识码 ］Ａ 文 ［ 文章 编 号 ］ １ ０ ９ ５ （０ ７ ６ ０ ９ ４ ０ ０— ７ ２ ２ ０ ）０ —０ ９ 一Ｏ
含蜡原 油屈 服 特 性 的试 验 研 究
侯磊张 军（ ，劲 轰 蓦
，。 ）
［ 要 ］ 使 用 高 精 度 的 控 制 应 力 流 变 仪 ， 采用 多种 控 制 应 力 试 验 ，探 索 了 大庆 原 油 屈 服 特 性 随 加 载 条 件 变 摘
化的 规律 通 过 蠕 变 和 应 力 匀 速 增 加 两 种 试 验 ，发 现 胶 凝 原 油 屈 服 应 力 对 测 量 条 件 如 应 力 加 载 时 间 和 应 力加 载速 率等 具 有 依 赖 性 ，但 胶 凝 原 油 的 屈 服 应 变 不 随 测 量 条 件 变 化 ， 从 而进 一 步验 证 屈 服 应 变 的 客 观 存 在 性 ，认 为 屈 服 应 变 可 作 为 胶 凝 原 油 结 构 屈 服 的 判据 。通 过 蠕 变 、 应 力 匀 速 增 加 、振 荡 剪 切 应 力 增 加 和 恒 剪 切 率等 试 验 ，对 胶 凝 原 油 的屈 服 应 变 展 开 了研 究 。结 果 表 明 ，胶 凝 原 油 的 屈 服 应 变 随 胶 凝 强 度 增 加 而 减 小 。通 过 应 力 匀 速 增 加 试 验 对 胶 凝 原 油 的屈 服 特 性 进 行 研 究 ， 发 现 对 较 低 胶 凝 强 度 的原 油 存 在 应
时所需要 的最小 剪切应 力 ，实 际上 就 是通常 所讲 的动 屈服应 力 。１ ５ ，Ｈｏ ｗｉｋ提 出物 料存 在两 种 ９ ８年 ｕ ｎ
含蜡原油胶凝过程特性研究
１ 实验 部 分
１ １ 实 验油样 ．
油样 取 自青 海油 田 ， 基本 组成 与物理 性质 见表 １ 表 １可 以看 出 ， 其 ．从 青海 原油属 于典 型 的含蜡原 油 ， 含量较 大 ， 蜡 凝点 较高 ．另外 ，青海 原油在 ５ ７ ０～ ０℃ 的加 热温 度范 围 内 ， 其凝 固点 均为 ３ ２℃ ， 表
２４ ２０
高 等 学 校 化 学 学 报
Ｖｌ９ ｏ＿ ２
胶凝状 态 ； ＝ ５ 时 ，弹性与粘 性相 等 ，为溶胶 和凝胶 的临界 转变 状 态 ．同时 采用 Ｏｙ Ｕ Ｘ １ ４。 ｌ ｍｐＳＢ ５ 偏 光显微 镜 （ 日本 Ｏｙ ｐｓ 司 ） ｌｍ ｕ 公 观察 了降温速 率对含蜡 原 油 中蜡 晶形态 的影 响．
（ 中国石油 大学 （ 华东 ）储运与建筑工程学院 ， 岛 ２ ６５ ） 青 ６ ５ ５
摘要
利用 Ｒ ７ Ｓ ５流变仪在小振 幅振荡剪切 的模式下分别研究 了 ３种不 同历史条件 下含蜡原油 的胶 凝过程 ，
同时通过偏光显微镜观察 了不 同降温速率条件下原油 中的蜡晶形貌． 结果表 明， 静态 降温 条件 下 ， 在 降温速
我 国盛 产高 含蜡原 油 ， 随着 油温 的降 低 ， 油 中蜡 晶不 断 析 出 ，导致 原 油 的低 温 流 变性 变 差 ，甚 原
至出现胶凝现象 ． Ｊ 近年来 ， 随着现代先进科学仪器的开发与应用 ， 以及对管道安全性能要求的不断
提高 ， 人们 日益 关 注 对 含 蜡 原 油胶 凝 特 性 的研 究 ．但 是 多 数 研 究 集 中 于 考 察 已胶 凝 原 油 的 屈 服 特 性 Ｊ ，而对胶凝 过程 的研究 重视 不够 ．在 原 油管 道输 送 工 艺 中 ，含蜡 原 油 体 系 的胶 凝过 程 对 管道 的 安全运 行 与停 输再 启动 具有重 要影 响 ¨２ ． ．本文 利用 Ｒ ７ Ｉ ４ Ｓ５控 制 应力 流 变仪 详细 地研 究 了 ３种 不 同历 史 条件 下含蜡 原油 的胶凝 过程 ，找 出了含蜡 原油 的胶凝 规 律 ，以指导 含蜡 原油 的安 全输送 ．
§4.4 含蜡原油的粘弹性
二、胶凝含蜡原油的蠕变/回复特性 胶凝含蜡原油的蠕变 回复特性 1、线性粘弹性 图4－11为32℃的大庆胶凝原油在剪切τ=40Pa条件下的蠕变/回 复实验曲线，前7min为应力施加阶段，即蠕变阶段，后8min为应 力消除阶段，即回复阶段。
0.005 0.004 0.003
γ
τ=40 Pa
0.002 0.001 0.000 0 2 4 6 8
10000 1000 100 10 1 0.1 0.01 1E-3
0.1 1 10 100
γ G' 32℃ 33℃ 来自4℃ 35℃ 36℃1000 100 10
γ
G' /Pa
1 0.1
0.01 1E-3 1E-4
τ /Pa
图4－7 大庆原油在不同温度下 ′、γ0与τ的关系曲线 － 大庆原油在不同温度下G′
0.020
0.015
80 Pa 120 Pa
0.010
γ
0.005 0.000 0 10 20 30 40
t /min
图4－12 大庆胶凝原油非线性粘弹性区的蠕变/回复曲线 － 大庆胶凝原油非线性粘弹性区的蠕变 回复曲线
说明在较大剪切应力作用下胶凝原油的应变已超过线性粘弹性区， 而到达非线性区，胶凝结构已有部分地破坏，所产生的应变不能 完全回复。因此，胶凝含蜡原油在非线性粘弹性区产生的变形是 一种弹塑性变形。从上面的小振幅振荡剪切实验结果已知，32℃ 大庆胶凝原油的临界线性应变为0.0044，超过此范围，胶凝原油 则表现出非线性粘弹性。在非线性粘弹性区，胶凝原油蜡晶网络 结构的部分质点产生一定的不可回复的位移，即胶凝原油的结构 遭到一定的破坏。
100 10000 1000 100 80 60 G' G'' γ δ
原油流变学-第4章 原油流变性 §4.6 含蜡原油胶凝结构的屈服特性
➢ 在较高的剪切应力17.5Pa和20Pa的条件下，剪切应变随时间而增加较 快，但剪切应变几乎均是增加至y=0.070时，突然急剧增大。这表明 原油的胶凝结构已屈服破坏，原油完全流动起来。
5
➢ 施加的作用应力越大，相应的剪切应变达到y时所需的时间越短。由 此可见，决定胶凝原油是否屈服流动的参数是y，而不是传统上认为 的屈服值。
➢ y是反映原油胶凝结构受力后由蠕变向流动转变的一个物性参数，称 之为屈服应变。
➢ 因此，在外加应力作用下，产生的应变小于屈服应变时，原油表现出 粘弹性固体特性，蠕变即是这种特性表现之一；当应变增大至屈服应 变时，胶凝原油将屈服而流动，原油由凝胶状态转变为溶胶状态。
§4.6含蜡原油胶凝结构的屈服特性
一、胶凝原油的屈服过程特性
本章第4节曾经指出，胶凝含蜡原油在较小的外力作用下，表现 出线性粘弹性，而在较高的外力作用下，会表现出非线性粘弹性， 具有典型的粘弹性蠕变特点。下面以我国克拉玛依胶凝含蜡原油的 屈服过程为例，作进一步分析。
1、线性粘弹性过程 实验基本条件：油样加热温度为50℃，然后以0.5℃/min的冷却 速率静态冷却至凝点附近的测量温度，再恒温30min，以使胶凝结构 充分形成，然后再进行有关屈服特性的测量。 图4-19为克拉玛依原油经冷却胶凝，在21℃测量温度下的蠕变/ 回复实验结果。在0t15min内，给胶凝原油施加恒定剪切应力 =1.5Pa；在15t20min内，撤消施加的应力，即=0Pa。
从上述胶凝原油的结构特性看，屈服值不仅决定于胶凝 原油的内部结构性质，而且也决定于应力施加的条件。
9
1、应力施加方式的影响 ➢ 从蠕变特性看，胶凝原油产生的应变是外加应力及其作用
原油流变学-第4章 原油流变性 §4.3 含蜡原油的流变类型 §4.4 含蜡原油的粘弹性
并恒温30 min，使原油形成一定的胶凝状态，然后，使用0.215 Hz的振荡
频率，从低到高进行剪切应力的振荡扫描测量，测量弹性模量G’，损耗模
量G’’ ，振荡剪切应变幅值γ和损耗角δ，随剪切应力τ的变化。
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随着温度的降低，胶凝原油的储能模量G’增大，临界线性剪切 应力τ增大，但临界线性应变γ减小。
3
二、含蜡原油流变类型随温度的变化特点
随着温度的降低，含蜡原油的流变性也越来越复杂。研 究表明，不同油田的含蜡原油，其组成和物性尽管不同，但 流变性规律有许多相似之处。
在工程实用温度范围内，按油温从高到低的变化，参照 原油在该热历史条件下测得的凝点Tz，大体可以把含蜡原油的 流变性归纳为3种流变类型：
为了避免初凝（凝管）及再启动困难，一般至少要高于凝 点3～5℃，即TZ>=T凝 +(3~5) ℃。特别是对于凝固点较高的含 蜡原油，由于在凝固点附近的粘温曲线很陡，其经济进站油温 常略高于凝固点。
输油温度不低于T反 。
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§4.4 含蜡原油的粘弹性
一、胶凝含蜡原油的小振幅振荡剪切实验特性
测量条件：原油经50 ℃加热，按照0.5℃/min 的速度冷却至测量温度32 ℃，
另外，胶凝结构开始急剧破坏，所对应的剪切应力即屈服值τy 也随温度的降低而增大。
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胶凝原油的储能模量G’与一定范围内的实验振荡频率无关， 表明，胶凝原油固有的特征时间或松弛时间α远大实验特征时间te。
在这种情况下，胶凝原油中受振荡扰动的结构不能在振荡周 期内得到松弛， 胶凝原油表现出较大的弹性响应。
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二、胶凝含蜡原油的蠕变/回复特性
线性粘弹性
非线性粘弹性
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三、原油粘弹性机理 原油在一定的非牛顿流体状态下，特别是在胶凝状态下，
含蜡原油流变性研究
前言原油作为一种重要的能源，如何安全、高效、节能地输送日益受到人们的重视。
管道输送具有运输量大、占地少、密闭安全、便于管理和集中控制、能耗少、运费低等优点，在运输原油方面有很大的优势。
世界上很多原油都是含蜡量较多的原油，我国大部分原油更以“三高”著称，即原油含蜡量高、凝点高、低温下粘度高，这种原油流变性复杂。
在较高温度下[4]，原油中的蜡以分子形式溶解于液态原油中，当温度降低到一定程度时，蜡逐渐结晶析出，并以固体颗粒形式悬浮于液态原油中，温度进一步下降，则蜡晶进一步增多并相互连接，形成三维网络结构，原油的液态组份包含于其中，原油整体失去流动性，形成胶凝[23] [30]。
在原油输送中，为保证管道操作系统的高效性，这要求管道输送时保持稳定和连续的流量，避免管线停输。
然而，计划停输和事故停输是不可避免的。
在管道停输后，若不及时采取措施，将会导致凝管，这种恶性事故在油田集输管道上和长距离大口径输油干线上都曾发生过。
胶凝原油具有一定的固体特征，如有一定的弹性和结构强度等。
但是胶凝原油的固体特征是有条件的，一旦外加的应力超过原油的结构强度或屈服值，蜡晶网络结构就被破坏，大量的液态油重新获得自由流动的能力，因此，为了再启动管道，所应用的压力必须大于平常的操作压力以克服胶凝原油的胶凝强度。
由此可见，研究原油的启动特性对指导实践具有重要的理论和实际意义。
本文以文献综述为主，查阅了一些有关胶凝原油触变性、屈服特性和粘弹性以及同轴旋转粘度计等方面的国内外相关文献。
同时，制定实验方案，进行了大庆原油启动特性的初步研究。
通过查阅文献和实验研究，加深对原油流变特性的认识。
第1章含蜡原油的组成及其流变性的影响因素概述1．含蜡原油的组成大庆原油是典型的石蜡基原油[1] [2]，含蜡量高，凝点高。
含蜡原油是一种复杂的烃类和非烃类混合物，按其对原油低温流变性的影响来说，可把原油的组成分为三大部分，即常温时为液态的油、常温时为晶态的蜡、胶质和沥青质。
原油非线性优化调合方法研究
0 引言
目前袁在石油石化行业袁原油在线调合优化技术近 年来已开始得到成功应用袁 该技术目前主要是以控制 原油的硫含量尧酸值尧石脑油收率等指标为目的袁降低 了 CDU 装 置 的 腐 蚀 程 度 袁 使 装 置 平 稳 运 行 袁 同 时 保 证 二次生产装置的部分加工要求遥
上述指标均具有线性加和特性袁 采用一般的线性 优化技术即可求得调合配方遥 但是在原油调合中袁还 存在一些不具有线性加和特性的原油性质袁 如原油十 六烷值袁 直接影响到柴油十六烷值遥 当以此类性质为 优化目标时袁 采用原油非线性优化算法求解优化解 时袁 常常陷入局部极值或优化无解的情况袁 导致无法 正常进行原油的在线调合遥 当出现此情况时会造成院 渊 1 冤 调 合 油 性 质 超 出 CDU 装 置 允 许 范 围 袁 加 重 了 装 置 的腐蚀曰渊2冤 生产出渣油等需二次加工的油品性质超 标袁不满足二次加工装置的要求曰渊3冤生产出的产品不 合格袁不能出厂销售遥 由此可见袁为满足炼厂的正常生 产袁亟需解决此问题遥
Science & Technology Vision
科技视界
原油非线性优化调合方法研究
叶彦斐 1,2 胡云云 1 陆琳娜 2 羊 康 2 陈 恒 2 渊1.南京富岛信息工程有限公司袁江苏 南京 210032曰2.河海大学能源电气学院袁江苏 南京 211100冤
揖摘 要铱针对原油非线性优化算法求解优化解时袁常常陷入局部极值或优化无解的情况袁本文提出一种基 于分区初始化的原油非线性优化调合方法遥 该方法首先将各组分原油配方范围分成多份袁 然后对其进行重新 组合形成初始质量份配比袁 进而优化求解并计算各优化配方的可行性袁 最后从优化配方集合中选出最优的一 组解作为最终的配方遥
硫 含 量 / ( Wt % )
降凝剂对原油中蜡非等温结晶行为的影响
我 国 生 产 的 原 油 属 于 高 含 蜡 原 油 ，当 温 度 降 低 时 ，蜡 晶 析 出 会 严 重 恶 化 油 品 的 流 动 性 ，给 原 油 的 开 采和管输造成困难［１３］。降 凝 剂 的 广 泛 应 用 有 效 降 低了原油的凝点，改善了原油的低温流动 性。国内 外 学 者 围 绕 降 凝 剂 机 理 展 开 了 一 系 列 研 究 ，根 据 降 凝 剂 作 用 于 结 蜡 过 程 的 不 同 阶 段 ，提 出 了 ３ 种 主 要 理论［４］：①晶核作用。降凝剂 在 高 于 原 油 析 蜡 点 温 度 析 出 ，成 为 蜡 晶 晶 体 的 结 晶 中 心 ，从 而 减 少 蜡 晶 体 积，避免产生较大的蜡团。②吸附作 用。在 蜡 晶的 生 长 阶 段 ，降 凝 剂 分 子 吸 附 在 蜡 晶 周 围 ，抑 制 蜡 晶 三 维网状结构的形成。③共晶作用。降凝剂与原油蜡 晶 共 同 析 出 ，降 凝 剂 分 子 的 非 极 性 基 团 与 石 蜡 分 子 相 似 的 烃 链 共 晶 ，从 而 改 变 蜡 的 结 晶 行 为 和 取 向 性 。 张志庆等［５］通过偏光显微观察的方 法，发 现 丙 烯 酸 十八酯马来酸酐二元 共聚 物 降凝剂 通过 改 变蜡晶 生 长，阻 止 三 维 网 状 结 构 的 形 成，从 而 起 到 降 凝 效 果。张拂晓等［６］认为，ＭＡＶＡ （丙烯 十 八 酯、马 来 酸 酐和 醋 酸 乙 烯 脂 三 元 共 聚 酯 ）ＥＶＡ （乙 烯醋 酸 乙 烯 酯 共 聚 物）降 凝 剂 的 加 入 改 变 了 原 油 本 身 含 有 的 沥 青质胶质聚集体结 构，改 变了 蜡 的 结 晶 方 式，延 缓 了蜡晶析出速率。本研究以 ＥＶＡ 和聚丙烯酸高碳 醇酯（ＰＡ）为 主 要 原 料，制 备 一 种 高 凝 原 油 降 凝 剂 （ＰＡＥＶＡ），采用差示 扫 描 量 热 法 研 究 降 凝 剂 的 添 加对原油中蜡的非等温结晶动力 学［７］的 影 响，比 较 加 剂 前 后 原 油 的 黏 温 特 性 和 蜡 晶 形 态 的 变 化 ，为 进 一步探讨降凝剂的作用机理提供理论依据。
基于剪切速率匀速加载条件的 含蜡原油屈服—触变特性
基于剪切速率匀速加载条件的含蜡原油屈服—触变特性国丽萍;张劲军【摘要】屈服—触变性是胶凝含蜡原油重要的依时流变特性,利用RS150H流变仪对大庆原油、中原原油、大庆—南堡混合油、苏丹原油等4种物性不同的含蜡原油,在剪切速率线性增大后又线性减小循环加载方式条件下,研究胶凝含蜡原油的屈服—触变性,给出屈服时间与剪切速率变化率之间关系的经验表达式.结果表明:在该循环加载条件下,蜡晶结构恢复速率较慢,在研究含蜡原油的滞回环时应该主要考虑第一个环.同一温度下,当剪切速率变化率变大时,滞回环向离开剪切速率轴方向移动,环的面积变大；当剪切速率变化率变小时,滞回环向剪切速率轴方向移动,环的面积变小.随着剪切速率变化率的降低,屈服应力减小,屈服时间延长.【期刊名称】《东北石油大学学报》【年(卷),期】2011(035)003【总页数】4页(P72-75)【关键词】含蜡原油;触变性;滞回环;屈服应力;屈服时间【作者】国丽萍;张劲军【作者单位】中国石油大学(北京)城市油气输配技术北京市重点实验室,北京102249;东北石油大学石油工程学院,黑龙江大庆163318;中国石油大学(北京)城市油气输配技术北京市重点实验室,北京102249【正文语种】中文【中图分类】TE622.10 引言在凝点温度附近时，由于蜡晶的析出和交联而发生胶凝，含蜡原油具有屈服应力和触变性等特性[1-3].屈服-触变特性是胶凝含蜡原油重要的依时流变特性，是含蜡原油胶凝结构强度的体现.人们对恒定剪切应力、剪切应力连续增加、剪切应力阶跃增加、剪切应力振荡、恒定剪切速率等加载条件下的含蜡原油屈服特性进行研究，分析屈服应力对加载条件和时间的依赖性[3-11].对于胶凝含蜡原油屈服后的触变性也有研究，但大多是针对恒定剪切速率下的剪切应力(或表观黏度)衰减特性的[12-16]，对于剪切速率匀速变化加载条件下的含蜡原油屈服-触变性研究很少.通过实验，研究在剪切速率线性增大后又线性减小循环加载方式条件下，大庆原油、中原原油、大庆-南堡混合油、苏丹原油等4种含蜡原油的屈服-触变性，给出屈服时间与剪切速率变化率之间关系的经验表达式.1 实验1.1 仪器及样品实验仪器主要有德国HAAKE公司产RS150H流变仪，使用其Z41Ti同轴圆筒测量系统，F6/8程控水浴控温精度为0.1 ℃.实验所用4种含蜡原油的物性见表1.为确保实验数据具有重复性和可比性，对实验油样进行预处理，以消除原油历史“记忆”效应.首先将盛有油样的磨口瓶放入水浴内，静置加热至80 ℃，并恒温2 h，使磨口瓶内原油借助于分子热运动达到均匀状态；然后在室温条件下静置48 h以上，作为实验的基础油样.1.2 方案将盛有预处理好油样的磨口瓶置于水浴内静置30 min，水浴的温度为凝点测试时的加热温度(见表1)；然后将油样装入流变仪测量筒内并恒温5 min，装油样时保证油样和流变仪测量系统的温度一致，以消除装油样时油温骤升或骤降对其流变性可能造成的影响；最后以0.5 ℃/min的降温速率静冷至测量温度，恒温静置40 min使胶凝结构充分形成后开始测量.表1 实验油样物性油样w(含蜡[17])/%析蜡温度[18]/℃凝点(加热温度)[19]/℃20 ℃密度[20]/(kg·m-3)大庆原油24.374232(45)863.11中原原油21.515133(53)856.09大庆-南堡混合油14.204429(50)866.18苏丹原油18.786338(65)892.20剪切速率变化率分别为2，1.562 5，1，0.5，0.2，0.05，0.025 s-2，剪切速率的上升时间分别为12.5，16，25，50，125，500，1 000 s；实验温度选在各油样凝点温度附近.剪切速率按随时间线性变化加载：(1)式中：R为剪切速率变化率(在某次实验中为常数)；t1为剪切速率上升的时间.2 结果分析进行4种不同物性含蜡原油、13个温度、7个剪切速率变化率条件下的实验.35 ℃大庆原油剪切速率变化率为1.0，0.5 s-2时的实验曲线见图1.图1 35 ℃大庆原油不同剪切速率变化率条件下的实验曲线由图1可见，由于在凝点温度附近含蜡原油的蜡晶结构有一定的强度，因此加载的初始阶段油样处于一个蠕变过程，表现为随剪切速率增大，剪切应力快速上升的线段.对于胶凝原油蠕变-屈服过程，文献[10]认为判定胶凝原油是否屈服流动的标准不是屈服应力，而是屈服应变，即在一定外力作用下，胶凝原油表现出蠕变特征，如果在应变没有达到屈服应变前消除施加的应力，其变形表现出一定的黏弹性回复；如果产生的应变达到并超过屈服应变，胶凝原油将屈服而流动.文献[11]利用大庆原油进一步验证屈服应变的客观存在，并认为胶凝原油的屈服应变不随加载条件的变化而变化，可作为胶凝原油结构屈服的判据.胶凝原油在加载后、屈服前的蠕变过程所经历的时间称作屈服时间.在屈服应变一定的条件下，加载条件不同，屈服时间不同，其对应的达到屈服应变时的应力也不同.表2 35 ℃时大庆原油不同剪切速率变化率实验结果剪切速率变化率/(s-2)屈服应力/Pa屈服时间/s212.2702.441.56269.8592.5819.0013.100.58.0004.140.27.4005.220.056.50510.030.0255.61913 .25在文中加载条件下，开始以较低剪切速率对胶凝原油结构施加剪切而产生应变，随着剪切作用的增加，当应变达到屈服应变时结构开始裂解而产生流动，此时的剪切应力即为相应加载条件下的屈服应力，也就是图1每条曲线的第一个峰值，相应的时间为屈服时间.该加载条件下的屈服应力与剪切速率变化率有关(见表2)，由表2可见，剪切速率变化率越小，测得的屈服应力越小，对应的屈服时间越长.这是因为随着剪切速率变化率降低，处于同一水平的剪切作用持续时间相对延长，则此水平剪切作用造成的应变增大，因而最终应变达到屈服应变时所对应的应力相对减小，屈服时间相对增加.各实验油样具有类似的规律性.应变达到屈服应变后蜡晶结构开始裂解产生流动.在剪切速率增大的上行过程中，随着时间的延长和剪切速率的匀速增大，一方面，胶凝体系内部的蜡晶结构裂降速率大于恢复速率，使流动阻力逐渐降低，即剪切应力呈现减小趋势；另一方面，由于剪切速率增加，相应的剪切应力呈现增大趋势.屈服后的初始阶段，前者起主导作用，随着剪切速率增大，剪切应力反而大幅度下降，即图1曲线峰值后的下降段；当剪切速率增大到一定值时，上面两种作用在某一瞬时相等，即图1第一个滞回环上行曲线中的极小值点.之后，结构裂降速率进一步减小，变形速率进一步加大，曲线转而呈现剪切应力随剪切速率增大而增大的常见情形.在剪切速率减小的下行过程中，剪切速率的降低导致剪切应力的减小和蜡晶结构的恢复引起剪切应力增加两种因素共同作用，蜡晶结构恢复速率较慢，前者起主导作用，表现在图1是下行实验曲线随着剪切速率的减小，剪切应力在逐渐降低.继续循环加载，滞后环逐渐减小，并向剪切速率轴方向移动，自第二个滞回环开始，环的面积已经很小，此时的体系触变性已大为减弱.因此，在研究含蜡原油的滞回环时，应该主要考虑第一个环.图2 34 ℃大庆原油在不同剪切速率变化率条件下的实验曲线34 ℃大庆原油不同剪切速率变化率实验曲线见图2.由图2可见，当剪切速率变化率较大时，剪切时间相对较短，在相同剪切速率下蜡晶结构破坏程度相对较弱、剪切应力相对较大，滞回环向离开剪切速率轴方向移动，环的面积相对较大.反之，当剪切速率变化率较小时，剪切时间相对较长，在相同剪切速率下蜡晶结构破坏程度相对严重、剪切应力相对较小，滞回环向剪切速率轴方向移动，环的面积相对较小.3 屈服时间与剪切速率变化率的关系将4种含蜡原油的实验数据绘于双对数坐标图中.为使图能够清晰些，列出其中8组实验数据(见图3).由图3可见，对于4种不同物性的含蜡原油，无论实验结果的每一组数据还是从总体数据的分布，剪切速率变化率与屈服时间在双对数坐标系中呈良好的线性关系.因此，屈服时间与剪切速率变化率的关系为lg ty+klg R=C,(2)式中：ty为屈服时间；k，C为由实验数据拟合确定的参数.对4种原油、13个温度、7个剪切速率变化率下的91组实验数据进行拟合，结果见表3.由表3可见，4种原油各组数据回归的相关因数均大于0.98，平均相关因数为0.991 6.图3 剪切速率变化率与屈服时间的关系曲线表3 4种原油油样的拟合结果油样温度kC相关因数320.396 84.243 30.9982330.385 93.547 70.987 1中原原油340.385 32.217 60.988 1350.364 62.271 30.981 6360.387 52.439 80.995 6330.425 95.267 50.996 1大庆原油340.371 84.277 80.985 3350.400 93.000 40.996 8苏丹原油390.396 57.105 20.996 1400.357 34.934 70.995 4290.375 75.757 40.989 4大庆-南堡混合油300.411 13.938 90.993 3310.334 93.342 60.987 94 结论(1)研究大庆原油、中原原油、大庆-南堡混合油、苏丹原油等4种含蜡原油在剪切速率线性增大后又线性减小循环加载方式条件下的触变行为.由于蜡晶结构恢复速度较慢，在研究含蜡原油的滞回环时，应该主要考虑第一个环.(2)在同一温度下，以不同的剪切速率变化率对含蜡原油进行剪切时，当剪切速率变化率变大时，滞回环向离开剪切速率轴方向移动，环的面积相对较大.反之，当剪切速率变化率变小时，滞回环向剪切速率轴方向移动，环的面积相对较小. (3)分析剪切速率变化率与屈服时间、屈服应力之间的关系，随着剪切速率变化率的降低，相应的屈服应力减小，屈服时间增加.根据实验结果，提出屈服时间与剪切速率变化率之间关系的经验表达式.参考文献：【相关文献】[1] 李传宪.原油流变学[M].北京:中国石油大学出版社,2007:136-140.[2] Stokes J R, Telford J H. Measuring the yield be-haviour of structured fluids [J]. Journal of Non-Newtonian FluidMechanics, 2004,124(123):137-146.[3] 侯磊,张劲军.含蜡原油屈服应力的研究进展及分析[J].油气储运,2005,24(3):5-9.[4] Cheng D C. Yield stress: A time-dependent property and how to measure it [J]. Rheologica Acta, 1986,25(5):542-554.[5] Ruben F G V, Thomas P L, Romano L, et al. Structure of waxy crude oil emulsion gels[J].J. Non-Newtonian Fluid Mech, 2008,149:34-39.[6] 李传宪,史秀敏.原油屈服应力的测量特性[J].油气储运,2001,20(4):44-46.[7] Visintn R G, Lapasin R, Vignati F, et al. Rheological behaviour and structural interpretation of waxy crude oil gels[J]. 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大庆胶凝原油的循环剪切实验研究
大庆胶凝原油的循环剪切实验研究杨晶;常胜龙;李承龙;于昊天;徐明;杜成龙【摘要】Because of the three-dimensional network of wax in gelled wax-bearing crude oil, the wax-bearing crude has complex rheological property. The rheological property of gelled crude oil is the key point and the hot point in research. Many scholars have carried out particular and in-depth study on the property of gelled crude oil, but the studies mainly focus on the constantly rate of shear, and there is little research about the continuous shearing. In this paper, by the experiments, the thixotropy lawof the gelled wax-bearing crude was studied under this loading condition that shearing rate first increased linearly and then linearly decreased. The law of thixotropy was also researched by controlling different rates of temperature fall and changing rate of shearing rate. The experimental results indicate that the shearing stress is higher at lower rate of temperature fall, but the shearing stresses of different cooling rates approach one another and have no difference at the end;In the different changing rate of shearing rate, the higher the changing rate, the higherthe shearing stress at the same shearing rate.%胶凝含蜡原油由于其蜡晶的三维网状空间结构，具有复杂的流变性。
用于胶凝原油蠕变描述的一种垂直移位因子
，
（ ．Ｐｐ ｌ ｅＥ ｇｎ ｅ ｎ ｅ ｔ ，Ｃ ｉａＵ ｉｅｓｙｏ ｅｒ ｅ ｍ， ｉｇ ａ ６ ５ ５ ｈ ｎ ｏ ｇＰｏｉｃ ， ｈｎ ； １ ｉｅｉ ｎ ｉｅｒ ｇＣ ｎｅ ｎ ｉ ｒ ｈｎ ｎｖｒ ｔ ｆ ｔ ｌｕ Ｑ ｎ ｄ ｏ ６ ５ ，Ｓ ａ ｄ ｎ ｒｖｎ ｅ Ｃ ｉａ ｉ Ｐ ｏ ２
ｔ ａ ｉ ｇ ｉ ｔ ｃ ｏ ｔｔ ｅ ｈｏ ｚ ｎ ａ ｉｐ ａ ｅ ｎ ， ｔ ｅ ｔｃ ｌｓ ｆ ａ ｔｒ ｗａ ｌｏ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓ ｉ ｖ ｒａ ｏ ｔ ｋ ｎ ｎ ｏ ａ ｃ ｕｎ ｈ ｒ ｏ ｔ ｄ ｓ ｌｃ ｍｅ ｔ ｈｅ ｖ ｒｉａ ｈｉ ｆｃ ｏ ｓ ａｓ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｉ ｈ ｈｆ ｏ ｅ ｌｐ ｉ ｌ ｔ ｔ ｐ ｏ ｅ ｓ，ａ ｄ ｉｓｅ ｐ ｅ ｓｏ ｓｇｙ ｎ Ａ ｗ ｉｃ ｅ ａ ｔｃ ｄ ｍ ａ ｅ ｍｏ ｅ ｓｕ ｅ ｏ ｄ ｓ ｒｂ ｈｅｃ ｅ ｐ ｃ ｍｐｌ ｎ ｅ ｒｃ ｓ ｎ ｔ ｘ ｒ ｓ ｉｎ ｗａ ｉｅ ． ｎｅ ｖｓ ｏ ｌｓｉ ａ ｇ ｄ ｌｗａ ｓ ｄ ｔ ｅ ｃ ｅ ｔ ｒ ｅ ｏ ｉ ｉ ｃ ａ
Ｖｅ ｔｃ ｌｓ ｉｔｆ ｃ ｏ ｏ ｅ ｃ ｉ ｉ ｇ ｃ ｅ ｐ ｏ ｅｌ ｄ ｃ ｕ ｅ ｏ ｌ ｒ ｉａ ｈ ｆ ａ ｔ ｒ ｆ ｒ ｄ ｓ ｒ ｂ ｎ ｒ ｅ ｆｇ ｌ ｒ ｄ ｉ ｅ
ＬＩ Ｇａ Ｕ ｎｇ‘ ＬＵ ｎｇ ｇ ｏ’ ＺＨＡＮＧ ｏ－ ｈ ｇ Ｘｉ － ｕ Ｇｕ ｚ ｏｎ ，Ｗ ＡＮＧ Ｚｈｉｆ ｎｇ －ａ
刘 刚 ，卢兴 国 ，张 国忠 ，王 志 方。
（ ．中国石油大学 储运 系 ，山东 青岛 １ ２６ ５ ；２ ６ ５５ ．中石 油西气东输管道分公司 ，上海 ２０ ２ ） ０ １２
SMI结构的调控及其对原油降凝减粘特性的研究的开题报告
SMI结构的调控及其对原油降凝减粘特性的研究的开题报告一、研究背景原油降凝和减粘是原油处理中的重要环节，其涉及到能源的开采、储存和运输等方面。
在油气储存和输送过程中，由于温度变化和油质差异等原因，会导致一些油组分产生析出，从而影响原油的流动性和其它物理化学性质。
因此，需要对原油进行降凝减粘处理，以保证油气输送和储存的可靠性和安全性。
SMI（Sulfur-Modified-Inhibitor）是一种新型的降凝剂和减粘剂，它能够通过与原油中的硫、氮、氧等元素反应，形成一层保护膜从而防止油中组分析出、聚集和析出。
在现有的研究中，SMI结构已被证明可以在不改变原油化学组成的基础上，有效地降低原油的凝点和黏度，提高原油的流动性。
二、研究目标本研究旨在探究SMI结构对原油降凝减粘特性的调控机理，并通过实验验证SMI对原油凝点和黏度的影响程度，以期为原油降凝减粘剂的开发提供理论指导和实验依据。
具体目标包括：1. 分析 SMIs 的结构特征以及与原油效果的关系。
2. 探究SMIs 对原油降凝减粘的调控机理，并建立相应的理论模型。
3. 实验验证 SMIs 对不同类型的原油凝点和黏度的影响程度，并结合理论模型进行数据分析和评价。
三、研究方法本研究采用如下方法：1. 调配 SMIs 溶液：选择不同结构的 SMIs 分别与特定剂量的助剂混合，制备具有不同性质的 SMIs 溶液，用于后续实验研究。
2. 实验测定：采用实验室常见的原油凝点和黏度测试方法，测定原油在不同温度下的凝点和黏度等性质，并记录实验数据。
3. 数据分析：基于实验数据，建立 SMIs 对原油降凝减粘机理的理论模型，并用于数据分析和评价。
同时，对实验数据进行统计学处理和方差分析，分析 SMIs 结构和油质参数对其性能的影响。
四、研究意义本研究可以为降凝减粘剂的优化设计和应用提供新的思路和方法。
通过对 SMIs 结构的深入分析和研究，可以探究降凝减粘机理，进一步深化对原油相行为的理解和掌握。
非牛顿含蜡原油溶胶与凝胶相互转化过程特性与机理研究
非牛顿含蜡原油溶胶与凝胶相互转化过程特性与机理研究含蜡原油是一种复杂的混合体系,其流变特性对石油的开采、集输和长距离管道输送等有重大影响。
本论文以物理化学和结构力学等基本理论为基础,综合利用流变测量、DSC以及显微镜观察法对非牛顿含蜡原油溶胶与凝胶相互转化过程特性及机理进行了详细的研究和探索。
主要研究内容及结果如下：通过对含蜡原油冷却胶凝过程特性的研究发现,原油种类不同,导致原油冷却过程中结构参数的变化规律也不尽相同。
降温速率越小,剪切速率越小,原油开始胶凝的温度越高,同时相同温度下形成的胶凝结构越强。
依据流变学原理实验并计算验证了原油中蜡晶溶剂化层的存在,根据实验现象结合结晶学原理及溶剂化层理论对含蜡原油的冷却胶凝机理做了进一步的探讨。
通过对含蜡原油等温胶凝过程特性的研究发现,静态降温条件下,随着测量温度的降低以及恒温时间的延长,原油的储能模量增大,损耗角减小。
对于动态降温或经静态降温并恒温剪切的原油而言,其储能模量的变化趋势与静态降温的原油相似,但损耗角随着测量温度的降低先减小后增大。
此外,在较低的温度条件下,随着静止时间的延长,原油损耗角也会表现出先减小后增加的趋势。
静态降温速率越小,原油恒温过程中形成的结构越强；而动态降温速率越小,原油在恒温静止初始的结构越强,最终的平衡结构却越弱。
当测量温度不同时,降温过程中的剪切速率对原油等温胶凝特性的影响也不同。
较高温度下,剪切速率越大,原油恒温过程中形成的结构越强；凝点温度时,原油的等温胶凝结构强度随着剪切速率的增加先减小后增加；当温度较低时,剪切速率越大,原油恒温过程中形成的结构越弱。
而恒温剪切对原油的结构总是起破坏作用的。
最后对含蜡原油的等温胶凝机理进行了探索。
通过对胶凝含蜡原油在不同载荷加载方式下屈服特性的研究发现,胶凝含蜡原油在恒应力下的屈服实际上是一个蠕变过程。
引入损伤变量及硬化函数,建立的胶凝含蜡原油非线性蠕变方程,能够精确的描述多种含蜡原油的3个蠕变阶段,简洁实用,可在工程中推广应用。
原油含蜡质管道流动性研究
原油含蜡质管道流动特性研究摘要总所周知，我国是一个盛产高含蜡、高凝点原油的国家，要使其能自由流动，加热输送是主要方法之一。
本文基于流变学、传热学、流体力学等学科的基本理论，对原油管道中含蜡质运行过程进行了分析，由于原油沿管道向前输送中物性参数及流动状态都要变化，因此本文作了含蜡原油在管道中的流动特性的分析，建立了含蜡原油加热输送管道水力、热力计算模型并提出了相应的求解方法。
通过对输油管道加热站间管段的模拟计算，对其正常运行时沿程温降、摩阻损失的影响因素，以及保持管道安全运行的最小允许输量进行了特定分析。
本文还利用了基于C++ Builder可视化编程语言开发了适合工程应用的热油管道水力、热力及最小输量计算软件进行了数值模拟，并得到沿程油温分布、进站油温、沿程摩阻及一定工况下最小允许输量等参数。
近几年由于我国大庆、辽河等一批老油田产量的不断下降，东北原油外输管道已达不到满输量的运行，因此，随着输量的减少和管道运行温度的降低，两加热站间呈现非牛顿流型和层流状态的管段越来越长。
当两加热站间温降较大，管内原油有流态变化时，油流的流动状态会发生很大变化，由于传统的热力、水力计算方法没有考虑原油物性和流态的变化，会在计算上造成较大的误差。
本文的研究可为含蜡原油管道的运行管理提供科学的依据，对于指导油田的输油生产、管道的安全运行和节能降耗具有重要意义。
同时准确了解含蜡原油管道的沿程温降规律、摩阻损失及一定工况条件下的允许输量，可为在低输量运行期含蜡原油管道合理安排运行方案，为管道稳定运行提供帮助。
关键词：含蜡质原油管道运输；流动特性；沿程油阻；允许最小输量第1章：绪论1.1 输油管道的发展概况1.1.1 国外输油管道发展概况管道运输的发展与能源工业，特别是石油工业的发展密切相关。
现代管道运输始于19世纪中叶。
1865年在美国宾西法尼亚州建成第一条原油管道，直径50mm，长近10km. 20世纪初管道运输才有进一步发展，但真正具有现代规模的长距离输油管道则始于第二次世界大战。
W-O含蜡原油乳状液的触变特性研究
W-O含蜡原油乳状液的触变特性研究
W/O含蜡原油乳状液的触变特性研究
触变是指物质在外力作用下，其流变特性发生变化的现象。
W/O含蜡原油乳状液作为一种特殊液体，具有一定的触变特性。
本文通过实验研究，探讨了W/O含蜡原油乳状液的触变特性。
首先，我们制备了一种含蜡原油乳状液样品，通过在原油中添加适量的乳化剂和稳定剂，使其形成乳状液。
然后，我们使用流变仪对样品进行了触变性能测试。
实验结果显示，W/O含蜡原油乳状液在剪切速率较低时呈现出较高的黏度，而在剪切速率较高时黏度明显降低。
这种触变特性可以使得原油在输送过程中具有较高的黏附性和流动性。
其次，我们研究了不同温度对W/O含蜡原油乳状液触变特性的影响。
实验结果表明，随着温度的升高，乳状液的黏度逐渐降低。
这是因为温度的升高可以使得蜡的熔点降低，从而减少蜡在乳状液中的含量，降低了乳状液的黏度。
因此，在高温环境下，W/O含蜡原油乳状液的流动性更好。
最后，我们研究了W/O含蜡原油乳状液的稳定性。
实验结果显示，乳状液在剪切力作用下具有较好的稳定性，乳状液的黏度随剪切力的增加而增加。
这种稳定性可以确保原油在输送过程中不易分离，减少了能源的损失。
综上所述，W/O含蜡原油乳状液具有较好的触变特性。
通过研究其触变性能，我们可以对原油的输送和储存过程进行优化，提高能源利用效率。
此外，我们还可以通过调控温度和添加适量的乳化剂和稳定剂来调整乳状液的黏度和稳定性，以适应不同的工况要求。
这对于提高原油乳状液的输送效果和降低能源消耗具有重要意义。
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文章编 号：１ ０ ・０ ５２ １）４０ ７ －５ ０ ３９ １（０ ０ －５ ９０ １
胶凝含蜡原油非线性蠕 变模 型研 究
李传 宪 林名桢 ２ 杨 ， 飞 马 勇 ，
（．中国石 油大学（ 东）储运 与建筑工程 学院，山东 黄 岛 ２ ６ ５ ； １ 华 ６ ５５
２ 胜 利油 田胜利勘 察设计研 究院 工艺配管所，山东 东营 ２ ７ ２ ） ． ５ ０ ６
摘 要 ：研 究胶凝含蜡 原油的蠕变模型对 管道 的安全再启动具有重要 意义。现有 的蠕变模 型不能描述胶凝 含蜡原油不
同阶段 的蠕 变，故在描述胶 凝原油不 同阶段 的蠕 变时，流变方程不得不 分段使用 ，这为 工程 应用带来很大 的不便 。今 引入损伤变 量及 硬化变量 ，建立 了由具有非线性 软化 的虎克体和具有非线性 硬化的牛顿体 串联而成的胶凝含蜡 原油非 线性蠕 变方程 ，该模 型可 以统一地描述胶凝含 蜡原油蠕变的 ３ 阶段，无需进行分段 处理，简洁实用 。利用该模型对 个
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三种不 同原油的蠕变 曲线进 行拟合 ，蠕变 曲线 与理论 曲线的拟合度均较 高，说明该模型 的适 应性较好 ，可 在工程上推 广应用 。
关键词 ：胶凝含 蜡原油；非线性蠕变模型 ；软化 ：硬化
中图分类号 ：０６ ８１ ；０ ５ ． ４ ．ｌｎｅ ｒＣｒ ｅ ｏ ｌ ｆＧｅｌ ｄ Ｗ ａ ｙ Ｃｒ ｅ Ｏｉ Ｎｏ ｉ ａ ｅ ｐ Ｍ ｄｅ ｌｅ ｘ ｕｄ ｌ ｏ
第２ ５卷第 ４期 ２ １ 年 ８ 月 ０１
高 校
化
学
工 程
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报
ＮＯ４ 、０．５ ． ，１ ２
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