最新《原油流变学》(复习资料)
原油流变学-第4章 原油流变性 §4.8 稠油及原油乳状液的流变性
稠油(Heavy oil)亦称重质原油，是一种富含胶 质和沥青质的多烃类复杂混合物，通常指粘度大于 1102mPa.s(50℃)和相对密度大于0.92g/cm3 (20℃) 的原油。
§4.8 稠油及原油乳状液的流变性
➢ 对于含蜡原油，当油温高于析蜡温度时，粘度较低，原油 呈牛顿流体特性，只有当温度低于析蜡温度并接近凝点时， 粘度才急剧升高，转化为非牛顿流体。
第四章作业：Байду номын сангаас
1、蜡在原油中的状态受哪些条件的影响？胶质、沥 青质对原油流变性的影响有哪些特点？
2、为什么含蜡原油会随着温度的降低出现牛顿流体、 假塑性流体、屈服－假塑性流体三种流变类型？
3、当加热温度低于最优热处理温度时，含蜡原油的 低温流变性恶化的机理是什么？
4、简述原油乳状液的形成原因？原油乳状液的类型 有哪些？
➢ 而对于胶质、沥青质含量高的稠油，其轻馏分(尤其是直链 含蜡烃)含量少，且硫、氧、氮等元素化合物和镍、钒等金 属含量也较高，因而稠油比重大、粘度高、凝点较低，一 般在较宽的温度范围内呈牛顿流体特性。
➢ 稠油不仅在常温粘度大，即使在较高的温度下，仍具有很 高的粘度。在反常点温度以下，稠油往往呈现宾汉姆流体 特性，具有一定的屈服值。
➢ 影响乳状液流变性的因素
➢ 影响乳状液流变性的因素
➢ 影响乳状液流变性的因素
➢ 影响乳状液流变性的因素
➢ 影响乳状液流变性的因素
➢ 影响乳状液流变性的因素
➢ 电粘效应 ➢ 当液珠带电的乳状液受到剪切时，需要克服液珠表面电
荷与周围双电层内反离子的相互作用，这就导致额外的 能量损失，表现为 粘度增大，即电粘效应。 ➢ 老化 ➢ 新鲜乳状液在环境温度下静置储存，随时间延长，乳状 液的流变性会有所变化。
原油流变学非牛顿含蜡原油的历史效应
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需要加强不同油藏、不同开 发阶段、不同原油类型之间 的对比研究，以更好地指导
油藏开发实践。
需要进一步探索如何利用现 代技术手段，如数值模拟、 人工智能等，对原油流变学 非牛顿含蜡原油的历史效应 进行更加精准和深入的研究。
需要加强国际合作与交流， 共同推动原油流变学非牛顿 含蜡原油的历史效应的研究
进展和应用推广。
非牛顿含蜡原油的流变特性
01 02 03 04
非牛顿含蜡原油是指含有一定量蜡的原油，其流变特性比较复杂。
在低温下，非牛顿含蜡原油容易形成网状结构，表现出较强的非牛顿 性。
这种非牛顿性会导致原油在低温下难以流动，给油田生产和运输带来 困难。
研究非牛顿含蜡原油的流变特性对于解决油田生产和运输中的问题具 有重要意义。
原油流变学非牛顿含蜡原油的历史 效应
目 录
• 引言 • 原油流变学概述 • 非牛顿含蜡原油的历史效应 • 应对非牛顿含蜡原油历史效应的策略 • 结论与展望
01 引言
研究背景
原油流变学在石油工业中的重要性
原油流变学是研究原油流动和变形行为的科学，对于石油工业具有重要意义。非牛顿含蜡原油是一种 复杂的流体，其流变特性受多种因素影响，包括温度、压力、剪切历史等。
等参数的影响规律。
为石油工业提供指导
通过研究非牛顿含蜡原油的历史效应，为石油工业在实际生产中提供理论指导和技术支 持。了解非牛顿含蜡原油的流变特性及其影响因素，有助于优化油藏开发方案、提高管
道输送效率以及改进油品加工工艺。
02 原油流变学概述
流变学定义
01
流变学是研究物质在应力、应变、温度等因素影响下流动和变 形的科学。
原油流变学-第4章 原油流变性 §4.5 含蜡原油的触变性
（4）用从低到高，再 从高到低改变剪切速率的方 法，测定具有胶凝结构的原 油流变性，ห้องสมุดไป่ตู้得到如图所示 的滞回曲线。
6
（5）对具有触变性的含蜡原油，若在某一剪切速率下 剪切至动平衡状态，可得到相应的动平衡剪切应力和动平衡 表观粘度。
测定触变性含蜡原油的动平衡流变曲线，只可使用一
个油样，通过选择5个或更多的剪切速率档，从低到高逐级 增大，就可得到实验温度下的动平衡流变曲线。
➢ 剪切作用越强，这种破坏程度越大，蜡晶取向越强，表现为： 原油的表观粘度随剪切速率的增大而减小；在恒定的剪切速 率作用下，表观粘度随时间而降低等。
2
二、 含蜡原油的触变性特征 （1）一般在反常点附近的非牛顿流体温度下，由于原油的
内部结构较弱，其触变性在测量流变仪上显现不出来，因此可 以认为原油没有触变性。随温度的进一步降低，原油开始明显 显现出触变性，这一温度称之为原油的显触点。 ➢ 研究表明，原油的显触点取决于原油的组成、原油所经历的
1
➢ 对天然的非牛顿含蜡原油来说，胶质、沥青质与蜡晶能够相 互作用(共晶与吸附等)。一方面，使蜡晶之间的絮凝作用进 一步增强，蜡晶的空间网络结构具有更高的强度。另一方面， 使内部结构逐步恢复到内能最小的稳定状态，表现为随静置 时间的增加，原油的内部结构强度增强，表观粘度增大。
➢ 含蜡原油在常温或低温下的内部结构特点，决定了其具有剪 切稀释性和触变性：即由于剪切的作用，造成含蜡原油中蜡 晶的絮凝结构被破坏、蜡晶在流动方向上取向。
热历史、剪切历史，以及原油添加化学改性剂的条件等。
3
（2）对经历一定历史条件，
并在一定的低温静置条件下形成胶 凝结构的含蜡原油，在恒定的剪切 应力下，进行初次剪切，会得到一 条典型的剪切应力随时间的衰减曲 线，称之为初次裂降曲线。
原油流变学.第五章原油流变性的评价及测定
但由于问题的复杂性，目前工程上常用来评价原油
流变性的指标是凝点、粘度和屈服值。
§5.1实验油样的预处理
油样预处理的目的，是使油样具有相同的组成和相同的
初始状态，保证室内实验数据具有重现性和可比性。 一、取样
在原油开采和储运过程中，由于层位变迁及经历集输、
储运等环节，使原油的组成和历史“记忆”效应会因取 样方法和地点而不同，其流动特性可能有所差异。因此 首先需要在油田或管道，选择合适的取样点，采取正确 的方法，取得有代表性的油样。所取油样应密封桶装，
图5－2 原油的实验流变曲线
从实测的含蜡原油的流变曲线分析，有如下的流变方程可 供选用： ＝ （1）牛顿流体
•
（2）假塑性流体
n ＝K
（3）带屈服值的非牛顿流体
n ＝ R K
为了判断所选用的流变方程与实验数据的拟合是否合适，通 常应综合考虑如下情况： （1）相关系数R越接近1，反映出变量间的密切程度越高。
§5.2原油凝点及其测定
凝点或倾点都是以温度表示的评价原油流动性的条件性指标。 凝点，是指在规定的热力和剪切条件下，被测油样刚刚失去流动 性时的最高温度。倾点，指在规定的条件下，被测油样能保持流 动性的最低温度。按照美国的ASTMD97标准方法，同一油样的 测试结果，其倾点高于凝点3℃。凝点在我国以及前苏联国家比 较常用，而倾点在国际上特别是欧美国家被普遍使用。 原油的凝固，会因组分的不同而异。对于含蜡量较高的原油， 其凝固是一种条件性的结构性凝固。另一类原油，胶质、沥青质 的含量较高，即使在较高的温度下，原油的粘稠度仍很大，当油 温足够低时，原油变成为无定形的胶状物质，没有足够的外力也 不能使其产生流动，这种状态的凝聚，常被称为粘稠凝结。
具体预处理方法是：将一批已盛有油样的密封磨口 d 瓶放入水浴锅内，静置加热至80℃，并恒温2h，使瓶 内原油依靠分子的热运动达到均匀状态，随后静置自
原油的流变性2
第三章 原油的流变性第一节 原油的组成一、概述石油是一种多组分的复杂混合物。
组成石油的主要元素有碳、氢、氮、氧、硫及一些微量金属元素。
其中碳、氢的含量高达96%—99%，氮、氧、硫三元素的总量约为1%—4%。
微量元素有铁、镍、铜、钒、砷、磷等。
从油田开采得到而未经炼制加工的天然石油一般称原油。
上述元素都以有机化合物的形式存在于其中。
现已确认，组成原油的有机化合物可划分为由碳、氢构成的烃类化合物和含有硫、氮、氧等元素的非烃化合物两大类。
原油中的烃类化合物主要是烷烃、环烷烃和芳香烃，还有少量烯烃。
烷烃是原油的主要组分，其分子通式为，碳键属直键结构的称正构烷烃，带侧键或支键的称异构烷烃。
烷烃的物性与n 值有关。
在常温常压下，C 22+n n H C 1~C 4(即CH 4~C 4H 10)的烷烃呈气态，C 5~C 16的烷烃呈液态，C 17以上的烷烃呈固态。
n 值增加，熔点、沸点等物性也随之升高。
在常温常压下，烷烃的化学性质不活泼，因而稳定性好，在储存过程中不易氧化变质。
烷烃是非极性化合物，几乎不溶于水，但易溶于有机溶剂。
环烷烃是饱和的环状化合物，即碳原子以单键相互连成环状，其它价键为氢原子所饱和的化合物。
原油中环烷烃的含量仅次于正构烷烃，但比异构烷烃多，分子通式为H n C 2n 最简单的环烷烃是环丙炕烃C 3H 6。
环烷烃的碳原子数愈少愈不稳定。
它的密度、熔点、沸点比相同碳原子的烷烃的高，但密度仍小于1g/cm 3。
在常温常压下，n<5的环烷烃呈气态、(即环戊烷烃C 5H 10等呈气态)，C 6~C 26的环烷烃呈液态，分子量更大的环烷烃呈固态。
芳香烃是苯环结构上带有不同烃基侧键的烃类化合物，在常温常压下，它呈液态或固态，它的密度比相同碳数的其它烃类大。
烯烃是碳原子之间具有双键的不饱和烃。
在常温常压下，碳原子数小于6的(即C 6)烯烃是气体，C 6以上的烯烃是液体，碳原子数更大的是固体。
尤其是在残渣油中原油中除上述烃类化合物外，还含有非烃类化合物。
原油流变学第一章 绪论 新版讲解
单位：Pa.s或mPa.s。 2、运动粘度
运动粘度是动力粘度与同温度下的密度之比值。又称比密 粘度，用符号表示，即
单位：m2/s或mm2/s。
四、粘度与温度、压力的关系 粘度与温度的关系非常密切，在常温常压下当温度变化1℃
时，液体的粘度变化达百分之几至十几，气体约为千分之几。粘 度与温度并不呈线性关系，它与温度范围有关，温度越低，粘温 关系越密切，即随温度的降低，粘度随温度的变化越大。
公式（1－1）及（1－2）称为牛顿内摩擦定律或牛顿定律。凡符 合牛顿定律的流体称为牛顿流体，反之则称为非牛顿流体。牛顿 流体的剪切应力与剪切速率之间呈正比关系，剪切应力与剪切速 率的比值为常数，即动力粘度。非牛顿流体的剪切应力与剪切速 率之间无正比关系，剪切应力与剪切速率的比值不再是常数。
三、粘度的定义 1、动力粘度 动力粘度是稳态流动中的剪切应力与剪切速率之比值，即
物质在外力作用下变形与流动的性质可以称之为物质的流 变性，流变学就是研究物质流变性的科学。
二、流变学的研究发展 在流变学的建立与发展过程中，美国物理化学家宾汉姆教授作
出了划时代的贡献。他不仅发现了一类所谓宾汉姆（Bingham） 流体(如润滑油、油漆、泥浆等)的流动规律，而且把20世纪以前 积累下来的有关流变学的零碎知识进行了系统的归纳，并正式命 名为流变学(Rheology)。1929年宾汉姆等倡议成立了美国流变学 会(society of rheology of USA)，且同年创刊流变学杂志(Journal of Rheology)。人们一般以此作为流变学(作为学科)创立的标志。以 后流变学逐步被欧、美、亚等各大洲的许多国家所承认。目前全 世界许多国家都有自己的流变学会，1948年在荷兰召开了第一届 国际流变学会议，以后每4年举行一届国际流变学会议。2008年 在美国的加利福尼亚举行了第十五届国际流变学会议。一般的说， 我国在流变学方面的工作是从新中国成立后才开始的，特别是改 革开放以来，在科学技术和工业发展的促进下，无论是在广度还 是在深度，流变学在我国都有了很大的发展。我国于1985年11月 在长沙召开第一届全国流变学会议，2008在长沙湘潭大学举办了 第九届全国流变学会议。
中国石油大学(北京)工业流变学考试要点
第一章习题1. 简述流变学的定义流变学是研究材料在外力作用下流动与形变规律的科学。
材料包括固体和流体，外力为动力，流动与形变称为动力的响应。
2. 何为本构方程？流变方程或本构方程：在不同物理条件下(如温度、压力、湿度、辐射、电磁场等)，以应力、应变和时间的物理变量来定量描述材料的状态的方程3. 流变学有哪几类分类原则？按各分类原则共有哪几个流变学分支？（1）根据研究方法分类①实验流变学——通过现代实验技术来揭示材料的流变规律●建立材料的经验或半经验流变模型，解决工程中的流变学问题●揭示材料在各种条件下流变性的物理本质●研究测量原理和测试技术，用以研制或改进测试仪器和测试手段②理论流变学——应用数学、力学、物理等基本理论与方法，研究材料质的流变现象。
建立能够充分描述材料内部结构与材料力学特性之间关系的流变模型，揭示材料流动与形变的本质与规律性。
（2）根据研究尺度①宏观流变学——用连续介质力学方法来研究材料的流变性（连续介质流变学、唯象流变学）②结构流变学——从分子、微观出发，研究材料流变性与材料结构(包括化学结构、物理结构和形态结构)的关系。
结构流变学还常被称为分子流变学或微观流变学。
（3）根据工程应用分类聚合物流变学——研究对象为聚合物材料(聚合物固体、熔体和溶液)生物流变学——研究对象为生物流体(如血液、粘液、关节液等)和生物物质(如肌肉、心脏、膀胱、其它软组织、软骨等)地质流变学——研究对象为岩石、地层等石油工程流变学——研究对象为原油、天然气、钻井液、完井液、压裂液、驱油剂、调剖剂冶金流变学，土壤流变学等4. 试分析内摩擦力（切应力）产生的机理及其对流体宏观流动的影响。
（1）产生的机理：①以不同速度运动的两层间分子热运动引起的动量交换②两层相邻的流体分子之间的附着力（2）对流体的影响：①对较高速的层流动是阻力；阻滞高速层的流体。
②对低速分子为动力；使速度较低的流体层加速。
5. 牛顿本构方程所描述的流体流变性的基本特点是什么？流体在做平行直线运动时，相邻流体层之间的切应力与该处的剪切速率成线性关系。
原油流变学-第2章 非牛顿流体的基本流变特性 §2.3与时间有关的粘性流体
四、触变性测量及触变模式 ➢ 触变性流体已被广泛应用，但触变性的流变方程的建立尚有
困难。 ➢ 目前常通过宏观方法进行实验。研究表明：所测得的实验结
果虽然能反映触变性流体的行为特征，但实验结果与测量方 法、实验条件，甚至测量的速度都有关，再现性较差，因而 还没有公认的统一的标准测量方法。
➢ 这里仅介绍以滞回曲线、 τ— —t曲线和等结构曲线等描述
变特征，将对管输含蜡原油的工艺设计和生产管理有重要意 义。
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（2）反触变性（anti-thixotropy）流体。 反触变性流体在恒定剪切应力或剪切速率作用下，其表观
粘度随剪切作用时间逐渐增加，当剪切消除后，表观粘度又逐 渐恢复。反触变性流体又称负触变性流体或覆凝性流体。
这种反触变性现象比触变性更令人费解，而且在实际生产 和生活中并不常见。如果理解了什么是触变性后，与它相反的 流变现象也就容易理解了，因此下面将重点阐述触变性流体。
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4、反复循环剪切流体可得滞回环 对静置且形成结构的流体，进行反复循环剪切(剪切速率连续增
加而后又连续减小的循环)，可测得滞回环。 滞回环的第一个环可能出现峰值，以后的环面积逐渐减小，并
向剪切速率轴方向移动。 对经过高速预剪过的流体，其滞回环会向离开剪切速率轴方向
移动，如图2-18所示。
图2-18 触变性流体的滞回环
间而上升，如图2-15所示。
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(2) 在恒温下，触变性流体已产生与特定高剪切速率相应的剪切 流动，当改换为恒定低剪切速率测定时，其表观粘度也会随剪切时 间而连续上升，表现为动态结构恢复性，如图2-16所示。
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3、流动存在动平衡态流变曲线 恒温下，保持剪切速率恒定，流体的剪切应力随作用时间连续变化，直至达 到与剪切速率相对应的动平衡状态，剪切应力不再变化，称此值为动平衡剪切应 力。 把各剪切速率和所对应的动平衡剪切应力描绘在图上，可求得一条动平衡流 变曲线，表征流体达到动平衡态时的流变行为，如图 2-17 所示。
原油流变学-第4章 原油流变性 §4.1 原油的基本组成
➢ 在石油化学中，正构烷烃总含量及其单体分布被看做是识 别原油的指纹，其对原油的流变性以及降凝剂的作用效果 等有重要影响。
7
含量(wt%) 含量(wt%)
8
#1
#2
6
4
4 2
2
0 C8 C12 C16 C20 C24 C28 C32 C36 C40
碳数
北疆油碳数分布
0 C8 C12 C16 C20 C24 C28 C32 C36 C40
➢ 原油中非碳氢元素的含量虽然较低，但以非烃类化合物形 式存在的含量却相当高，因为非烃类化合物包括了含氮、 氧、硫等元素的化合物及胶状、沥青状化合物，它们大部 分集中在重组分中
➢ 原油中溶解的天然气主要由甲烷和乙烷组成，有时含有一 定量的氮气和少量的二氧化碳气。原油中溶解的天然气可 降低石油的粘度和密度，并使原油的压缩系数增大。
➢ 温度越低，其结构变得越加稳定。当原油中溶解有天然气 时，原油中的网络结构变得松散。
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➢ 形成蜡晶时，原来在液体中相互平衡的分子，其位置要
发生某种变动。分子的排列，即它们在晶体中的空间位
置要遵循如下原则：当一个分子的凸部填入另一个分子
的凹部时，整个分子的势能应具有最小值。
➢ 从热力学的观点看，由于温度降低，蜡分子在固体蜡晶
➢ 蜡在苯、氯仿和二硫化碳中有较好的溶解性。蜡属于非极 性或弱极性的物质，其化学性质很不活泼。
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蜡在石油中的状态与温度、石油的成分、溶解气的含量、 压力等条件有关。
当原油温度低于饱和温度，即过冷度超过蜡结晶析出所要 求的临界过冷度时，原油中液态蜡分子的聚结稳定性就开始下 降，从而导致从溶液中析出固态烃，并形成蜡晶。这种结晶能 力在很大程度上取决于蜡分子的结构、大小、形状和迁移率。
《原油流变学》(复习资料)
第一章1.流变学(Rheology)是研究物质变形与流动的科学。
实际物质在外力作用下怎样变形与流动，这是物质本身固有的性质，可以称其为物质的流变性(即物质在外力作用下变形与流动的性质)。
流变学就是研究物质流变性的科学。
2.流变学研究的是纯弹性固体和牛顿流体状态之间所有物质的变形与流动问题。
3.流变学更注重不同物质的力学性质与其内部结构之间的关系4.流变学中物质所受到的力用应力或应力张量表示5.流变学中用应变或应变速率表示物质的运动状态即变形或流动。
6.流体质点就是流体中宏观尺寸非常小而微观尺寸又足够大的任意一个物理实体。
7.物质状态的变化称为变形，而物质连续无限地变形就是流动。
8.流变学中有三种基本变形：简单拉伸、简单剪切和体积压缩与膨胀9.反映材料宏观性质的数字模型称为本构方程，亦称为流变状态方程和流变方程10.对一些简单的流变性制的描述也可以用曲线形式表示，如剪切应力与剪切速率关系曲线，粘度随剪切速率变化曲线等，并称之为流变曲线。
第二章1.散体系是指将物质(固态、液态或气态)分裂成或大或小的粒子，并将其分布在某种介质(固态、液态或气态)之中所形成的体系。
2.分散体系可以是均匀的也可以是非均匀的系统。
均匀分散体系是由一相所组成的单相体系，而非均匀分散体系是指由两相或两相以上所组成的多相体系。
3.非均匀分散体系必须具备2个条件：①在体系内各单位空间所含物质的性质不同；②存在着分界的物理界面。
4. 对非均匀分散体系，被分散的一相称为分散相或内相，把分散相分散于其中的一相称为分散介质，亦称外相或连续相。
5.尽管非牛顿流体在微观上往往是非均匀的多相分散体系，或非均匀的多相混合流体，但在用连续介质理论或宏观方法研究其流变性问题时，一般可以忽略这种微观的非均匀性，而认为体系为一种均匀或假均匀分散体系。
6.对非牛顿流体，没有恒定的粘度概念，不同的剪切速率下有不同的表观粘度，这是非牛顿流体的一大特点。
7、一受力就有流动，但剪切应力与剪切速率的不成比例，随着剪切速率的增大，剪切应力的增加速率越来越大，即随着剪切速率的增大，流体的表观粘度增大，这种特性被称为剪切增稠性（shear thickening）。
油气储运工程流变学复习资料
第一章1：流体流动时流层间存在速度差和运动的传递是由于流体具有粘性2：粘性：相邻流层存在速度差时，快速流层力图加快慢速流层，慢速流层力图减慢快速流层，这种相互作用随层间速度差的增加而加剧的特性。
3：内摩擦力/粘性力：流层间的这种力图减小速度差的作用力称为内摩擦力或粘性力4：牛顿粘性定律：粘度和内摩擦力的关系。
F=μA(dν) ／ dy 符合牛顿内定律的流体称为牛顿流体，反之称为非牛顿流体,牛顿流体的剪切应力与剪切速率之间呈比例关系，剪切应力与剪切速率的比值为常数，即动力粘度，非牛顿流体的剪切应力与剪切速率之间无正比关系，剪切应力与剪切速率的比值不是常数。
5：动力粘度：稳态层流流动中的剪切应力与剪切速率的比值，动力年度是流体对形变的抵抗随形变速率的增加而增加的性质。
（公式P3）6：运动粘度：是动力粘度与同温度下的流体密度的比值，又称比密年度。
运动粘度对比动力粘度：运动粘度方便，1许多条件粘度与运动年度之间比较容易建立经验换算公式，2利用重力型玻璃毛细管粘度计可以很方便地测得运动粘度。
3但不能用运动粘度衡量流动阻力的大小7：粘度与温度，压力的关系：粘度与温度不成线性关系，它与温度范围有关，温度越低，粘温关系越密切，即随温度降低，粘度随温度的变化越大。
低压下的气体与液体的粘度随温度变化的规律完全相反，气体的粘度随温度的升高而增大，因为气体的粘性是由动量传递导致的，温度升高时，分子热运动加剧，动量增大，流层间的内摩擦加剧，所以粘度增大。
液体的粘性来自分子间引力，随温度的升高，分子间的距离加大，分子间引力减小，内摩擦减弱，所以粘度减小。
液体和气体的粘度随着压力的增大而增大，因为气体的压缩性很强，所以压力的变化对气体粘度的影响更大。
8：流变学：是一门研究材料或物质在外力作用下变形与流动的科学，流变学研究对象是纯弹性固体和牛顿流体状态之间所有物质的变形和流动问题。
流变学中物质所受到的力用应力或应力张量表示。
流变学中用应变或应变速率表示物质的运动状态即变形或流动。
原油流变学
1含蜡原油的加剂输送原理及其工艺：原理：就是在一定的加热温度等条件下，向含蜡原油中添加微量的高分子降凝剂，这种降凝剂能够在原油降温,蜡晶析出的过程中改善蜡的结晶习性，蜡晶的结构形态以及蜡晶之间的作用性质，从而在宏观上降低原油的凝点，低温下的粘度以及屈服值等，即改善含蜡原油的低温流变性。
工艺:①加剂常温输送工艺:前提是加剂处理后原油的凝点能够降低到输油管道埋深处的低温以下，这样，原油的加剂，加热冷去处理等均在管道首站完成，当原油温度冷却到地温时，直接泵送至管道内，进行常温输送。
②加剂加热输送工艺：由于原油添加降凝剂后，其凝点仍然高于管线周围地温，或低温下原油的粘度可能仍较高，而必须配合一定的加热来进行输送的工艺。
2.热处理输送工艺：可分为两类：1:完备热处理输送工艺：是按照原油的最优热处理温度，最优冷却速度及冷却方式，在首战热处理场对原油进行集中处理，然后使其进入管道，并在低温条件下等温输送。
这样原油的加热，冷却和析蜡结晶过程均在处理厂完成，从而使最佳热处理条件得到人为地控制利用，以求获得最好的热处理效果。
2:简易热处理输送工艺：是指原油在首站加热至原油的最优热处理温度后，经过冷热油换热，使热油降温至一定温度后，直输干线，经受管输条件下的冷却速度和剪切速率的作用。
3.原油流变性测定中预处理的目的及取样时的注意事项：A目的：使油样具有相同的组成和相同的初始状态，保证室内实验数据具有重现性和可比性。
B.注意事项：首先需要在油田或管道，选择合适的取样点，采取正确的方法，取得代表性的油样。
所取油样应密封桶装，然后运到实验室。
从桶内取油样前，必须充分搅拌桶内原油，可先将原油装到一个较大的容器内，在搅拌均匀，然后分装到较小的磨口瓶内密封保存，可作为组成相同的基础油样。
4.稠油乳化降粘输送的原理和工艺：原理：稠油乳化降粘就是在稠油或油水分散体系中加入适当的水及O/W型乳化剂，在适当的温度及机械剪切混合作用下，将原油分散于水中，形成O/W型乳状液，使原油在管道内流动时，由原油与与管壁的摩擦以及原油间的内摩擦转变为水与管壁的摩擦，从而大大降低油水分散体系的流动阻力，大大节约原油输送的动力消耗。
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。
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➢ 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
体积压缩与膨胀：是静压变化引起的。静压是一种各 向同性的力。对各向同性的物质，静压下只改变体积单元 的体积，而形状不变化。 体积应变(volume strain)：
v dv / v
应变速率(volume strain rate)：
v dv /vdt d v / dt
T ( n ) lim
F A 0 A
微元表面的取向不同，应力矢量T(n)值
不同，即应力矢量是微元表面法向单位矢量
n的函数，这是应力矢量的一个重要特征。
应力矢量可以分解为法向应力(沿作用面 法线方向)和切向应力(或称剪切应力)(沿作 用面切向)，法向应力和切向应力也均是矢 量。
2、应力张量(stress tensor) 由于过一点的作用面方向可任意选取，该点处应力矢 量的大小和方向也随之改变，所以，一点的应力状态不能
如果是流体则变形是连续的，即产生流动。对这些变形或
运动状态的描述则是运动学问题。流变学中用应变或应变 速率表示物质的运动状态即变形或流动。
一、连续介质(continuum)的概念
流体质点就是流体中宏观尺寸非常小而微观尺寸又足够大 的任意一个物理实体。 假定流体是由无穷多个、无穷小的、紧密毗邻、连绵不断 的流体质点所组成的一种绝无间隙的连续介质。
的研究发展产生了许多对应的流变学分支，象聚合物加工
流变学、生物流变学、药品流变学、食品流变学、石油流 变学、土壤流变学等等。
§1.2 流体的粘度
速度分布规律图
§1.3 力、形变和流动
在传统上流变学作为力学的一个分支，因为物质的流
变性是应用力学的基本原理来确定的，尽管流变学更注重
不同物质的力学性质与其内部结构之间的关系，而不限于 力学本身。应用力学原理确定引起物质运动的力是动力学 问题。流变学中物质所受到的力用应力或应力张量表示。 当受到一定的应力作用后，所有物质都不同程度地变形，
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。
13
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。
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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，
油气井水力学讲义2钻井液流变学基础
2、钻井液流变学基础2.1 非牛顿流体流变性、流变方程及钻井液性能 2.1.1非牛顿流体的流变性1．流变性：流体流动变形过程中表现出来的性质。
● 剪切应力: 沿受力面平行作用的力（抵抗流动的力）；● 剪切速率: 单位长度上速度的变化量)(dydu,亦称速度梯度；● 流变曲线: 剪切应力与剪切速率的关系曲线,根据流变曲线可以将流体分为: 牛顿流体和非牛顿流体；● 流变方程或本构方程：剪切应力与剪切速率间的关系方程。
2．流变学：研究各种流体流动中剪切应力与剪切速率关系的学科称为流变学。
我国化学学会和中国力学学会专门设有“流变学委员会”，每年召开一次全国流变学学术年会。
90年的第三届会议在上海召开。
按当时的划分，属于流变学范畴的有“非牛顿流体力学”、“粘弹性理论和本构方程”、“固体流变学”、“生物流变学”、“流变测量学”、“工业流变学”、“食品流变学”、“多相体系流变学”、“高分子工及流变性质”等。
流变学的研究从85年召开第一届年会开始走上发展，通过十年多的时间我国已有了相当大的发展。
我们学校涉及流变学领域的专业很多，主要有储运专业、钻井专业、采油专业、机械专业、化工专业和应化专业等等，有相当一部分人研究这一课题的有关内容。
3．弹性体和粘性体:受力后产生弹性变形并服从虎克定律的物体(固体)为弹性体。
受力后产生剪切变形，变形程度随粘性大小而不同的物体(流体)为粘性体，粘性体分为牛顿流体和非牛顿流体。
既具有弹性又具有粘性的物体称为粘弹性体。
相应的学科有: 弹性力学、流体力学和粘性流体力学、流变学等等。
4．分散体系的分类:悬浊液: d=0.2-01毫米；胶状液(胶体): d=0.1-1.0微米； 分子溶液: 分子级。
5．影响非牛顿流体流变性的因素:结构性(颗粒间形成网状结构)及分散相的性质、电荷的电位、分散相同离子浓度的大小、配制时间长短、温度变化历史、搅拌历史等。
6．非牛顿流体的类型：1) 流变性与时间无关的非牛顿流体:● 塑性类型: 大部分泥浆、油漆、稀润滑脂等，有一定的结构强度(屈服应力或屈服值)，剪切速率↑，视η↓(剪切稀释性)。
原油流变学-第6章 原油流变学在工业中的应用 §6.2 含蜡原油的热处理输送
三、热处理输送工艺
国内外利用热处理原理进行含蜡原油管道输送的所谓热处理输送工艺， 可分为两类，一是完备热处理输送工艺，二是简易热处理输送工艺。 1、完备热处理输送工艺
完备热处理输送工艺就是按照原油的最佳热处理温度，最优冷却速度 及冷却方式（即冷却过程中的剪切条件），在首站热处理场对原油集中处 理，然后进入管道，并在地温条件下等温输送。这样原油的加热、冷却和 析蜡结晶过程均在处理场完成，从而使最佳热处理条件得到人为地控制利 用，以求获得最好的热处理效果。
任丘
17.90 24.23 2.78 0.7388 100
60
29.1
濮阳
7.58 16.69 0.71 1.053
90 70
25
大庆
25.58 17.64 0.12 1.450
60 50
24
最劣热处理温度下 的凝点（℃）
29.7
38.7
34
32
魏岗
36.29 18.03 7.29 2.013 120
1
就工业生产应用来说，并不是所有的含蜡原油采用热处理输 送工艺都能取得理想的效果。其根本原因是在于：原油的组成不 同，影响含蜡原油流变性的因素都是外部因素，而外因必须通过 内因才能起作用。
在第四章第7节对最优加热温度条件下含蜡原油低温流变性改 善效果的作用机理进行了一定的分析，表明只有当原油中含有石 蜡和适量的胶质沥青质时，才具备用热处理方法改善其低温流动 性的可能。
在胶质、沥青质对蜡晶结构的改善作用中，要注意把石蜡和地 蜡（微晶蜡）区分开来。热处理过程中，胶质沥青质能改变石蜡的 结晶习性和形态，从而改变含蜡原油的低温流变性，但不能改变地 蜡的结构和形态，因此，地蜡本身不能显示热处理效果。但胶质、 沥青质又有增粘作用，若其含量相对较大，则起不到有效的热处理 效果。
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第一章1.流变学(Rheology)是研究物质变形与流动的科学。
实际物质在外力作用下怎样变形与流动，这是物质本身固有的性质，可以称其为物质的流变性(即物质在外力作用下变形与流动的性质)。
流变学就是研究物质流变性的科学。
2.流变学研究的是纯弹性固体和牛顿流体状态之间所有物质的变形与流动问题。
3.流变学更注重不同物质的力学性质与其内部结构之间的关系4.流变学中物质所受到的力用应力或应力张量表示5.流变学中用应变或应变速率表示物质的运动状态即变形或流动。
6.流体质点就是流体中宏观尺寸非常小而微观尺寸又足够大的任意一个物理实体。
7.物质状态的变化称为变形，而物质连续无限地变形就是流动。
8.流变学中有三种基本变形：简单拉伸、简单剪切和体积压缩与膨胀9.反映材料宏观性质的数字模型称为本构方程，亦称为流变状态方程和流变方程10.对一些简单的流变性制的描述也可以用曲线形式表示，如剪切应力与剪切速率关系曲线，粘度随剪切速率变化曲线等，并称之为流变曲线。
第二章1.散体系是指将物质(固态、液态或气态)分裂成或大或小的粒子，并将其分布在某种介质(固态、液态或气态)之中所形成的体系。
2.分散体系可以是均匀的也可以是非均匀的系统。
均匀分散体系是由一相所组成的单相体系，而非均匀分散体系是指由两相或两相以上所组成的多相体系。
3.非均匀分散体系必须具备2个条件：①在体系内各单位空间所含物质的性质不同；②存在着分界的物理界面。
4. 对非均匀分散体系，被分散的一相称为分散相或内相，把分散相分散于其中的一相称为分散介质，亦称外相或连续相。
5.尽管非牛顿流体在微观上往往是非均匀的多相分散体系，或非均匀的多相混合流体，但在用连续介质理论或宏观方法研究其流变性问题时，一般可以忽略这种微观的非均匀性，而认为体系为一种均匀或假均匀分散体系。
6.对非牛顿流体，没有恒定的粘度概念，不同的剪切速率下有不同的表观粘度，这是非牛顿流体的一大特点。
7、一受力就有流动，但剪切应力与剪切速率的不成比例，随着剪切速率的增大，剪切应力的增加速率越来越大，即随着剪切速率的增大，流体的表观粘度增大，这种特性被称为剪切增稠性（shear thickening）。
因此，膨肿性流体具有剪切增稠性。
随着剪切速率的增加，表观粘度是减小的因此，常说假塑性流体具有剪切稀释性。
是使体系产生流动所需要的最小剪切应力，即使流体产生大于0的剪切速率所需的最8、τB小剪切应力，称之为屈服值。
屈服值的大小是体系所形成的空间网络结构的性质所决定的。
塑性流体：凡是具有屈服值的流体塑性流动：外力克服其屈服值而产生的流动。
9、在恒定的剪切应力或剪切速率作用下，表观粘度随时间连续下降，并在剪切应力或剪切速率消除后，表观粘度随之恢复的现象，称为触变性。
10、反触变性流体即在恒定的剪切应力或剪切速率作用下，流体表观粘度随时间而增加二、触变性特征：(1)在静止条件下，流体结构发展增强；(2)在剪切作用下，这种结构能够被破坏；(3)结构的破坏和恢复是等温可逆的，但结构恢复往往要比构的破坏所需的时间长得多；(4)在恒剪切速率作用下，流体流变性有如下表现：b)如果流体以前经受较高的剪切速率剪切，那么，剪切应力将随时间而增加(6) 在剪切速率连续增加而后又连续减小的循环程序下，剪切应力与剪切速率的变化曲线将是顺时针方向的滞回曲线。
如果剪切变形最终不能恢复至零，则说物质产生了流动。
即使在微小的应力作用下，如果物质产生了流动，则说这种物质为流体（流变学中一般不考虑气体），否则，物质为固体。
如果物质没有变形的恢复发生，则称物质为非弹性的。
对一种流体来说，如果其变形能部分地恢复，则称其为弹性液体。
考虑到时间因素，若固体的变形与恢复是瞬时发生的，则这种物质具有理想弹性；否则，固体的变形与恢复比较慢，即有一个时间过程，则这种固体称为弹粘性固体。
弹性液体，也称为粘弹性流体，其变形和恢复也需一个时间过程。
粘弹性流体是一类既有粘性又有弹性的液体，其受外力作用时，由于弹性而要产生一定的变形（有一定的时间过程），外力消除后，这种变形要完全恢复（有一定时间过程）；又由于粘性，其在外力作用下要产生一定的流动，其对应的变形是不可恢复的。
一、元件模型1.弹性元件用弹簧表示弹性元件。
粘性元件用粘壶表示。
2.按照分散相颗粒的大小，可以把液体类的分散体系分为如下几类：①高粒度悬浮液，粒子直径大于10μm；②悬浮液，粒子直径为10～0.1μm；③溶胶，粒子直径为100～1nm；④真溶液，分子状态分散。
二、作用在分散相颗粒上的力(1)胶体源力静电力：是极性分子的偶极子之间的引力；诱导力：是极性分子的偶极子与其它分子的诱导偶极子之间的引力；色散力：是分子的诱导偶极子之间的引力。
(2) 静电排斥力(3)大分子空间斥力很显然，悬浮体系的宏观流变性质强烈依赖于因上述力所形成的微观结构第三章1.流动运动的描述有3个主要方向：流动方向、速度梯度方向、中性方向。
2.按形变历史，流动分为：稳定流动、瞬态流动、动态流动3.稳态简单剪切流动的特点：1)在稳态简单剪切流动中，液层刚性的平移，其中任意2个液层微元之间的距离保持不变；2）每个微元在流动中保持体积不变，任意2个相邻剪切面之间的距离为常数；3）对稳态剪切流动，剪切线实际上是液态微元运动的轨迹。
4.流变测量的任务包括理论研究和实验技术2个方面。
5.端部效应：由于测量管段进出口流线的收缩与扩张造成额外压力损失的现象称为端部效应（管式流变仪）第四章1、蜡在原油中的状态与温度、原油的成分、溶解气的含量、压力等条件有关2、晶体数目与尺寸有如下关系：在给定条件下形成结晶中心越多，形成的晶体也越多，但晶体的尺寸越小。
在结晶过程中，溶解的石蜡浓度下降既可以是由于形成了新的晶核，也可以是既有晶体的长大。
3、蜡晶结构的规则性不仅与蜡的化学性质有关，而且还与烃链的长度以及是否有其它物质的杂质存在等有关。
4、胶质沥青质对蜡晶的生成与增长有如下影响：①抑制石蜡晶核的生成；②首先自身结晶形成晶核；③共晶与吸附；④增大内相颗粒与周围分散介质的表面张力。
5、胶质、沥青质对原油流变性的影响有2个显著特点：一是原油中的胶质、沥青质一般被认为是一种天然的表面活性物质，在核实的田间下，胶质、沥青质的活泼能够改善原油中蜡晶的结构形态，从而改善原油流变性；二是由于胶质、沥青质在原油中相对来说是大分子，高级性的物质，他们的大量存在会增大原油的粘稠程度。
6、改善高凝油流变性的最有前途的方法是改变石蜡的晶体结构，使结构强度大的大量细碎单晶变为结构强度小得多的少量树枝状或球粒状的粗大晶体，从而使原油的流变性得到改善（降低凝点、屈服值和粘度）7、含蜡原油的流变性类型：牛顿流体类型，假塑性流体，屈服-假塑性流体是原油有由流体特性到非牛顿流体特性的温度转变点，是原油呈现牛顿流体8、反常点：T反特性的最低温度。
9、含蜡原油表现出复杂的非牛顿流体特性，其根本是由含蜡原油的复杂胶体结构特性决定的。
10、原油中蜡晶的形状和尺寸受原油粘度、温度和冷却速度的影响，一般原油粘度越高、温度越低、冷却速度越大，所生成的蜡晶尺寸越小、蜡晶数目越多。
11、含蜡原油的蜡晶絮凝结构一般是一种强絮凝结构。
在较大的蜡晶浓度下，会发展成蜡晶的整个空间网络结构。
温度越低，蜡晶浓度越高，蜡晶絮凝作用越强。
12、悬浮液絮凝系统分为：1.强絮凝系统；2.弱絮凝系统13、一般在反常点附近的非牛顿流体温度下，由于原油的内部结构较弱，其触变性在测量流变仪上显现不出来，因此可以认为原油没有触变性。
随温度的进一步降低，原油开始明显显现出触变性，这一温度称之为原油的显触点。
研究表明，原油的显触点取决于原油的组成、原油所经历的热历史、剪切历史，以及原油添加化学改性剂的条件等。
14、对经历一定历史条件，并在一定的低温静置条件下形成胶凝结构的含蜡原油，在恒定的剪切应力下进行初次剪切，会得到一条典型的剪切应力随时间的衰减曲线，称之为初次裂降曲线15、大量研究表明：含蜡原油的非牛顿流变性还依赖于原油所经历的各种历史，如：热历史、冷却速度大小、剪切历史、老化等，因为这些外部因素能对含蜡原油的内部结构特别是蜡晶结构产生较大的影响，所以这一特点被称为非牛顿含蜡原油的历史效应。
16、在最优加热温度下，含蜡原油低温流变性得到改善的机理: 一般观点是：具有表面活性的极性胶质、沥青质的存在对蜡晶的析出长大有以下几个方面的作用：①对晶核生成的抑制作用，从而使生成的蜡晶数目少，但体积大；②胶质的非极性部分(相当长的侧链)与石蜡分子结构相似，因而在蜡晶生长过程中与之共晶；③极性部分则吸附在蜡晶表面，从而阻碍新析出的蜡在蜡晶表面按既定方式絮凝长大。
17、当加热温度低于最优热处理温度时，含蜡原油的低温流变性恶化的机理: 在加热温度较低时，相对分子质量小的低熔点石蜡在原油中溶解，而从溶解的蜡晶上脱离出来的胶质、沥青质则会吸附到高熔点的石蜡晶体表面上；当冷却时，已溶解的石蜡重新结晶，但在重新结晶过程中缺少具有活性的胶质、沥青质共晶和吸附作用，这部分蜡晶的结构则不能得到改善，因而造成原油的低温流变性恶化。
另外，即使加热温度升高到使蜡晶完全溶解的温度，但可能还不足以使胶质、沥青质分子的活性充分激发，因此在冷却过程中，胶质、沥青质难以有效改善蜡晶结构，仍会造成原油低温流变性恶化。
18、加热温度对含蜡原油低温流变性的影响与原油中蜡的分子组成、含量，液态油对蜡的溶解能力，以及胶质、沥青质的含量、活性大小等有较大的关系。
19、剪切历史是指含蜡原油在特定流变性表现以前所经受的各种剪切经历。
补充：1.测定屈服值的方法：直接法，间接法（曲线外延法，方程回归法）2.国内外利用热处理原理进行含蜡原油管道输送的所谓热处理输送工艺可分为2类：一、完整热处理输送工艺；二、简易热处理输送工艺3.反常点 abnormal point：原油呈现牛顿流体的最低温度4.本构方程 constitutive equation ：同状态方程，流变方程，一种联系应力，应变，时间的方程，有时还包括其他的一些变量，例如温度。
5.库埃特流动 Couette flow 由于流体的几何边界相对运动而产生的剪切流动，有时也称为拖流动6.末端效应 end effect 用毛细管粘度计测定液体粘度要求液体处于完全层流状态。
但实际上在毛细管两端不满足此状态，对测得的粘度会有一定的影响，这一影响叫做末端效应7.流变曲线 flow curve 联系剪切应力和剪切速率的曲线8.凝点 freezing point 在规定实验条件下，试管内油品开始失去流动性的最高温度，它是衡量油品流动性的条件性质保9.胶凝点/失流点get point of crude oil原油由溶胶状态转变为凝胶状态而失去流动性个临界温度10.宏观流变学macrorheology将材料作为连续介质处理的流变学，并不明确考虑微观结构，同时称为连续介质流变学和唯象流变学11.麦克斯韦模型Maxwell model虎克固体模型与牛顿流体模型的串联12.微观流变学microrheology考虑材料微观结构的流变学13.泊肃叶流动Poiseuille flow在恒定压力梯度之下牛顿流体在圆形截面管道中的流层14.假塑性流pseudoplastic flow一种非牛顿流动。