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。     

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。     

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。     

采用分数阶导数描述胶凝原油的流变模型

提出了采用分数阶导数的新流变模型理论来描述胶凝原油蠕变特性和动态粘弹特性的方法.由Maxwell体和分数阶导数的类Kelvin体组合建立了类Burgers体流变模型,并推导得到了分数阶导数类Burgers体的蠕变柔量表达式.试验验证了该模型能精确描述胶凝原油的蠕变过程,而经典的标准粘弹性固体模型和粘弹性流体模型都不能很好地拟合蠕变试验曲线.试验还验证了分数阶导数的类Kelvin体和类标准线性体都能精确描述胶凝原油的动态粘弹性能,而经典的标准粘弹性固体模型同样也不能很好地拟合动态粘弹试验曲线.     

采用分数阶导数描述胶凝原油的流变模型

提出了采用分数阶导数的新流变模型理论来描述胶凝原油蠕变特性和动态粘弹特性的方法.由Maxwell体和分数阶导数的类Kelvin体组合建立了类Burgers体流变模型,并推导得到了分数阶导数类Burgers体的蠕变柔量表达式.试验验证了该模型能精确描述胶凝原油的蠕变过程,而经典的标准粘弹性固体模型和粘弹性流体模型都不能很好地拟合蠕变试验曲线.试验还验证了分数阶导数的类Kelvin体和类标准线性体都能精确描述胶凝原油的动态粘弹性能,而经典的标准粘弹性固体模型同样也不能很好地拟合动态粘弹试验曲线.     

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。     

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。     

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。     

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.     

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%.     

胶凝原油初始应力递增过程的力学模型

考虑胶凝原油具有蠕变与松弛特性,将Maxwell线性黏弹性体与幂律流体元件进行并联,得到机械比拟模型。在幂律流体元件应力项中引入与应变相关的损伤因子,Maxwell黏弹性体剪切应力项中引入完整性因子,得到胶凝原油初始应力递增阶段的描述公式。分别对大庆原油、南阳原油进行恒剪切速率试验测试,利用模型公式拟合初始应力递增阶段的试验数据,计算胶凝原油应力松弛过程。结果表明:拟合效果良好,模型参数不随剪切测试条件改变,能够反映胶凝原油的物性特征。该模型可以表述胶凝原油的松弛特性;应变幅值越大,结构损伤越明显,对应的剪切模量数值越小,符合胶凝原油的真实流变特性。     

含蜡原油再启动过程流型分析

为研究含蜡原油管道再启动过程,分析了压力沿管道的传播、原油的屈服、黏度由初始状态裂降至平衡状态和管道的清管四过程。根据流体连续性方程、运动方程及流变性方程,建立压力、流变性及剪切力相互耦合的再启动数学模型。该模型考虑含蜡原油的压缩性、屈服应力及沿管道位置和时间变化的流变性影响。停输后原油的流变性方程采用宾汉模型,并考虑屈服应力的逐时变化。模型分析中考虑了层流和紊流的变化,通过数值模拟给出计算结果,此模型更接近于含蜡原油再启动的真实情况。     

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。     

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。     

不同酸液体系残酸-原油乳状液破乳室内评价

 酸压后的残酸与原油混合形成的乳状液会增加泵、管柱的载荷,也容易造成管柱腐蚀结蜡等,给实际生产带来诸多不便。因此,在酸压后的开井试产前尽量让残酸与原油混合形成的乳状液破乳,将水分脱出。为测定残酸与原油混合形成的乳状液的破乳效果,确定破乳时间,针对目前使用比较广泛的胶凝酸、冻胶酸、变黏酸体系,进行这3 种酸液体系不同浓度残酸与原油混合形成的乳状液的破乳室内评价研究,对各种影响因素进行分析,得出了破乳效果胶凝酸>冻胶酸>变黏酸,在模拟井底温度（90℃）时,胶凝酸残酸原油乳状液破乳脱水率达到98%以上;酸液浓度越低,越有利于破乳,变黏酸的这项特性尤为突出;时间越长破乳效果越好,但在90 min 时达到基本破乳;在高温条件下残酸与原油形成的乳状液破乳快,脱水率高。但随着开井试采,地层原油由储层流动到井口,温度降低,脱水率可能降低。     

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。     

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。     

一种胶凝原油剪切测试的新方法

对用旋转流变仪和管流试验装置研究胶凝原油剪切破坏特性的试验测试方法进行总结,发现油品的压缩性、收缩性,承受单向剪应力等因素会对测试结果产生影响。基于岩土等材质的剪切破坏试验方法的分析,借鉴测定土体强度的直剪法,使用数显测力计测试剪切应力,利用步进电机精确控制剪切速率,消除固有内阻的影响,通过空气浴来实现测试温度的控制,开发出胶凝原油直剪测试装置。试验结果表明,测试装置具有良好的可靠性和准确性,直接剪切试验能够较好地反映出胶凝原油的剪切屈服破坏过程。     

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.     

响应曲面法优化混合菌KW8-2修复石油污染土壤

采用响应曲面法优化混合菌KW8-2修复石油污染土壤的条件。以初始原油质量分数、接种量、氮磷比和表面活性剂用量为自变量,修复60 d的原油降解率为因变量,采用Box-Behnken(BB)设计,研究各自变量及其交互作用对污染土壤生物修复的影响,得到二次多项式回归方程预测模型。结果表明:原油质量分数分别为10×10-3、30×10-3和50×10-3的污染土壤,最佳修复条件下的原油降解率分别为67.12%、63.39%和56.57%,远高于单因素试验的最高值(63.78%、60.36%和55.44%);试验数据可为混合菌KW8-2修复原油污染实际土壤提供技术支持。