基于粘弹性分析的含蜡原油触变性研究

触变性是含蜡原油的一个重要流变性质，输油管道运行的安全性分析需要对触变行为做出准确的定量描述。从粘弹性力学角度出发，在弹性应力和粘性应力两方面分析含蜡原油在触变过程中的力学响应，做出若干合理的假设，推出新的触变性计算模型。该模型物理意义明确，可用于求取停输管道的再启动压力。对大庆原油和中原加剂原油进行了触变实验，用该模型对实验数据进行了非线性最小二乘法回归，结果表明，该模型能够较准确地预测触变行为。与其他触变模型相比，该模型具有参数较少和精度较高等特点。     

一种描述含蜡原油触变性的新方法

触变性是含蜡原油重要的流变特性之一.输油管道工艺计算需要对触变行为做出准确的定量描述.为了方便有效地表征含蜡原油的触变性,根据Moore模型进行推导,提出了一种描述含蜡原油触变性的方程式,并讨论了其具体的应用方法.利用该触变性表征方法对3种含蜡原油11个温度下的触变性实验数据进行拟合,最低相关系数为0.927 7,最高相关系数为0.991 0,平均相关系数为0.967 3.该触变性表征方法物理意义较明确且使用方便,能够较准确地描述不同剪切率下含蜡原油的触变特征.     

基于遗传算法的含蜡原油触变模型拟合结果评价

为使现有触变性本构方程更好地描述含蜡原油的触变特征,该文提出通过遗传算法获取含蜡原油触变模型参数。利用大庆原油在恒剪切速率加载条件下的触变性实验数据,以平均相对偏差为参量,通过遗传算法获取模型参数,并对Houska模型、赵晓东模型、国丽萍模型、方波模型以及滕厚兴Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ模型7种触变模型进行了评价。结果表明:基于Cheng的含蜡原油中存在完全可逆和完全不可逆2类结构的思想,通过遗传算法拟合赵晓东模型的总平均偏差为6.20%,适合于描述恒剪切速率加载条件下含蜡原油的触变特性。基于人体血液触变特性提出的模型不适用于含蜡原油。     

基于径向基网络模型的含蜡原油触变性预测

在低温状态下的含蜡原油由于蜡晶析出而形成凝胶体系,原油具有触变特性。含蜡原油管道输送时,由于设备检修或者意外事故等需要停输再启动,触变特性是此过程数值模拟计算的基础参数。该文应用人工神经网络理论中的径向基(Radial basis function, RBF)三层网络模型,通过MATLAB软件编程计算每层结点对应的权重系数值,线性加权得到最终的输出值。输入部分实验数据对输出值进行修正与泛化,得到最优输出值则是预测的含蜡原油触变性曲线。以平均绝对偏差评价剪切速率加载条件下不同温度的剪切应力变化曲线。结果表明,仅需少量的实验数据训练网络结构,径向基网络模型即可准确预测含蜡原油的触变特性曲线。     

胶凝原油的粘弹触变方程

粘弹性和触变性是胶凝原油重要的依时行为 ,能将胶凝原油的触变性和粘弹性统一起来的本构方程较为少见。利用机械比拟原理 ,建立了适用于胶凝原油的粘弹触变方程。分别对文献报道的以及旋转粘度计实验中获得的实验数据进行了拟合。结果表明 ,此方程能够较准确地描述恒剪切速率实验中胶凝原油的应力裂降过程 ,粘弹-触变方程中的参数可以反映出胶凝原油的相关特性     

胶凝原油的粘弹-触变方程

粘弹性和触变性是胶凝原油重要的依时行为,能将胶凝原油的触变性和粘弹性统一起来的本构方程较为少见。利用机械比拟原理,建立了适用于胶凝原油的粘弹-触变方程。分别对文献报道的以及旋转粘度计实验中获得的实验数据进行了拟合。结果表明,此方程能够较准确地描述恒剪切速率实验中胶凝原油的应力裂降过程,粘弹-触变方程中的参数可以反映出胶凝原油的相关特性。     

基于BP人工神经网络的含蜡原油触变应力计算

含蜡原油的流变性对其管道输送有着重要的影响.当原油温度逐渐接近凝点时,原油表现为非牛顿流体,其流变性表现出异常复杂的触变性.利用人工神经网络较强的非线性逼近、良好的自适应和预测性能,采用误差反向传播算法(即BP算法)对含蜡原油的触变剪切应力进行了计算,计算结果与实验结果和采用R-G模型方程计算的结果进行了对比.结果表明,BP网络计算的精度高于R-G模型方程计算的精度,BP网络和R-G模型的计算结果与实验结果的最大相对误差分别为5.0%和12.7%.     

W/O型含蜡原油乳状液屈服—触变特性研究

屈服-触变特性是W/O型含蜡原油乳状液重要的依时性流变特性。利用流变仪对3种物性不同的含蜡原油,在恒定剪切速率加载方式条件下,研究了W/O型胶凝含蜡原油乳状液的屈服-触变特性。以可触变应力表征体系的结构特性。发现对于具有相同结构的乳状液胶凝体系,增加剪切速率,可触变应力增大;在液滴直径相同的情况下,增加体积含水率,以相同的剪切速率加载时,可触变应力增大。并根据实验结果,总结提出了可触变应力与体积含水率、剪切速率之间的关系式。     

含蜡原油在凝点下的触变性研究

由于含蜡原油组分复杂、凝点高（20～30℃）,其流变性质异常复杂．当原油温度逐渐降至凝点附近时,其流变性质表现出复杂的触变性．基于此对大庆原油在凝点下的触变性进行了实验研究．利用实验数据获得了不同温度下描述大庆原油初次裂降过程的R—G模型方程中的模型参数,对模型中的参数与温度的关系进行了曲线拟合,得到了各参数与温度的关系。计算结果与实验数据吻合良好．实验还发现原油降温速率对其触变性有着重要的影响,降温速率越大,屈服应力和平衡应力越高．     

含蜡原油低温粘弹性研究的现状与分析

我国盛产含蜡原油,在低温(凝点温度附近)条件下,含蜡原油具有一定的粘弹性。概述了国内外含蜡原油低温粘弹性研究的主要进展。含蜡原油粘弹性起因于其内部形成的蜡晶结构。振荡剪切实验方法最适合于含蜡原油的粘弹性测量。粘弹性与胶凝温度、胶凝强度、屈服应力和触变性等参数有关。含蜡原油经历的热历史、剪切历史以及析蜡特性是影响粘弹性的主要因素。分析了在含蜡原油低温粘弹性认识上和研究中存在的问题。建议进一步研究含蜡原油粘弹性与屈服应力、触变性的关系,在机理研究方面加大力度;通过研究粘弹性与热历史、剪切历史的关系,建立管道运行和停输期间含蜡原油胶凝特性的预测模型,以更加有效地指导管道的安全运行。     

大庆原油凝点温度附近屈服特性研究

为了研究停输后沿线管内原油的屈服应力分布,采用管输模拟的实验方法,研究了大庆原油在凝点温度附近的屈服特性.结果表明,大庆原油的屈服应力与动冷终温的关系曲线存在一拐点温度,此拐点温度为凝点以上2℃;当动冷终温一定时,原油的屈服应力与测量温度之间呈指数关系.通过对实验数据的综合分析,建立了屈服应力与动冷终温和测温的经验关系式,为铁大线管道停输后再启动过程的水力计算提供了基础数据.     

用表观黏度计算幂律流体摩阻的方法及其应用

在计算非牛顿含蜡原油管道输送的沿程摩阻时,通常采用幂律流体的摩阻计算公式.通过理论分析和算例验证表明,若紊流时雷诺数的计算采用管壁处的表观黏度,层流时雷诺数的计算采用距径向位置0.7788R处的表观黏度(R为管道半径),则圆管中幂律流体的流动摩阻可以用牛顿流体的公式来计算.此方法得到的结果与按传统幂律流体计算方法所得结果接近.采用该方法为热油管路特性的分析提供了方便.     

剪切作用对含蜡原油黏弹性的影响规律

为了探索剪切作用对含蜡原油流变性的影响规律,使用高精度的控制应力流变仪测量经历相同降温和不同剪切作用的大庆原油黏弹性参数(储能模量和耗能模量)).用黏性流动能量耗散表示剪切作用.得到了黏弹性参数随剪切作用的变化规律,建立了相应的关系式.观察原油的黏弹性参数随剪切作用和恒温静置时间的变化,发现从黏弹性随恒温静置时间变化的稳定阶段来看,原油在动态降温和静态降温下的黏弹性存在一定差别,不能简单地将静态降温条件下测得的流变数据用于输油管道工艺计算;而剪切作用的变化对原油流变性的影响较小,这对于评价含蜡原油在管道运行和停输期间的流变性具有一定指导意义.     

含蜡原油柴油顺序输送中柴油对蜡沉积物的冲刷作用

针对含蜡原油成品油在顺序输送中管壁上会产生蜡沉积物的问题 ,利用管流实验环道模拟了 0号柴油对管壁处蜡沉积物的冲刷实验。结果表明 ,柴油对靠近油流 1/ 3厚度的蜡沉积物的冲刷速率远大于对其余 2 / 3厚度的蜡沉积物的冲刷速率 ,说明这两层沉积物的性质和强度明显不同。但在一定油温和油流剪切应力下 ,每层中柴油对蜡沉积物的冲刷速率变化不大。对两层蜡沉积物分别建立了冲刷速率与油流温度及剪切应力关系的经验模型。利用该模型和壁面蜡沉积模型 ,以库尔勒鄯善输油管道为例 ,计算了 0号柴油与原油顺序输送时管道末端受污染超标的柴油的量 ,说明原油批次输送时 ,在管道末段必须采取清管措施 ;否则 ,蜡沉积物对后输柴油的污染相当严重。     

The effect of nanohybrid materials on the pour-point and viscosity depressing of waxy crude oil

The pipeline transportation of waxy crude oil is a problem both at home and abroad.In this paper,a novel nanohybrid pour-point depressant (PPD) was used to decrease the pour point and viscosity of waxy crude oil.The pour point and apparent viscosity of waxy crude oil was decreased significantly upon addition of the nanohybrid PPD,and the long-term stability of the nanohybrid PPD was superior to that of a conventional ethylene-vinyl acetate copolymer PPD.Polarized optical microscopy and X-ray diffraction were used to study the effect of the nanohybrid PPD on the crystallization of crude oil.Addition of the nanohybrid PPD reduced the amount of wax crystals,prevented their aggregation,and reduced the temperature at which the crude oil started to crystallize.The significant effect of this nanohybrid PPD on the pour point and viscosity depressing of crude oil is of great importance for facilitating the safe,efficient and energy-minimized transportation of waxy crude oil.     

W/O型含蜡原油乳状液屈服特性研究

屈服特性是W/O型含蜡原油乳状液重要的依时流变特性。本文利用VT550流变仪对3种物性不同的含蜡原油,在恒定剪切速率加载方式条件下,研究了其W/O型胶凝含蜡原油乳状液的屈服特性。发现凝点附近的W/O型含蜡原油乳状液形成水滴被包裹在蜡晶结构之中的胶凝体系,只有当剪切应力既能破坏蜡晶的空间网状结构,又能克服分散相液滴间的作用力时,体系才能够屈服产生流动,因此,W/O型乳状液的屈服应力明显高于脱水原油。当体积含水率较低时,屈服应力随含水率的增加幅度较小;当体积含水率较高时,屈服应力随含水率的增加幅度较大。并根据实验结果,总结提出了屈服应力与体积含水率之间的关系式。