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。     

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。     

青海胶凝原油熔化特性研究

利用流变测量技术首次对青海胶凝原油的熔化特性进行了详细的研究.结果表明:胶凝原油的熔化温度要远高于其胶凝温度,同时原油熔化过程中结构参数的变化规律要远复杂于其胶凝过程.对经历一定熔化历史的胶凝含蜡原油而言,随着终冷温度的升高,其临界线性剪切应变减小,临界线性剪切应力增加,且二者与终冷温度在半对数坐标系上均满足线性关系;同时胶凝原油的屈服值与屈服应变也随终冷温度的升高而逐渐增大,但增加趋势逐渐变缓.最后根据蜡晶形态随温度的变化规律,提出了相应的胶凝原油熔化机理.     

含水原油流变规律实验研究

从大庆油田现场实际出发全面研究高含水原油流变特性 ,即含水原油视粘度与含水率的关系 ,含水原油视粘度与剪切速率的关系 ,含水原油视粘度与油温的关系等 ,给出了测试的相应曲线并对曲线进行了分析 .该油田油水乳状液转相点在 w( H2 O)为 65 .2 %左右 ,在转相点以前是以油为外相 ,水为内相的 W/O型乳状液 ,视粘度随含水量上升而增加 ,且受温度影响较大 ,同时剪切速率影响也相当明显 .随着剪切速率的增加 ,转相点的视粘度明显下降 .在转相点以后 ,形成水为外相 ,W/O型乳状液为内相的 ( W/O/W)水包油包水型复杂的多重乳状液 ,乳状液视粘度随含水量增加而降低 ,且受温度和剪切速率影响 ,乳状液视粘度进入高含水区后变化趋于平缓 .用曲面拟合方法回归出流变参数方程 .通过现场取样和数据处理分析可知 ,含水原油其流变特性可由幂律本构方程表示 .这一结论为准确计算高含水原油管道工艺参数奠定了基础     

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     

含水原油流变规律实验研究

从大庆油田现场实际出发全面研究高含水原油流变特性，即含水原油视粘度与含水率的关系，含水原油视粘度与剪切速率的关系，含水原油视粘度与油温的关系等，给出了测试的相应曲线并对曲线进行了分析，该油田油水乳状液转相点在ω（H2O）为65．2％左右，在转相点以前是以油为外相，水为内相的W／O型乳状液，视粘度随含水量上升而增加，且受温度影响较大，同时剪切速率影响也相当明显，随着剪切速率的增加，转相点的视粘度明显下降，在转相点以后，形成水为外相，W／O型乳状液为内相的（W／O／W）水包油包水型复杂的多重乳状液，乳状液视粘度随含水量增加而降低，且受温度和剪切速率影响，乳状液视粘度进入高含水区后变化趋于平缓，用曲面拟合方法回归出流变参数方程，通过现场取样和数据处理分析可知，含水原油其流变特性可由幂律本构方程表示，这一结论为准确计算高含水原油管道工艺参数奠定了基础。     

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问的关系,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。     

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%.     

剪切历史对含蜡原油流变性的影响

利用DV3T流变仪通过控制剪切速率和小振幅振荡剪切的试验方法,分别研究了不同剪切历史对含蜡原油流变性的影响。结果表明:原油的表观黏度不仅受降温方式的影响,还与测量过程中选取的剪切速率有关;即使原油降温过程中所经受的剪切速率很小,其恒温静止达到平衡时的储能模量与静态降温的原油相比也有很大的差距;但随着剪切速率的增加,这种差距并不会有明显的变化;降温过程中剪切时间越长,原油的表观黏度越大;但恒温静止阶段的最终胶凝结构却越弱;此外原油在降温过程中存在着一个使其流变性恶化的最差高速剪切温度。     

流态软土管道流动性质试验研究

在工程中,流态软土常常需要通过管道输送,然而人们并不清楚流态软土管道流动的力学性质。以毛细管试验仪为原型,设计了适合研究软土管道流动特性的仪器,研究了软土含水量、管道长径比、流动速度以及停滞时间对软土管道流动性质的影响。结果表明:同一长径比管道中,随着含水量增大,软土的剪切应力减小、流动性增强;当含水量大于一定值之后,剪切应力几乎不变;随着剪切速率增加,剪切应力变大,但最终会趋于平稳。同一剪切速率下,随着管道长径比增大,剪切应力显著增大。软土在管道中的停滞时间越长,再次启动输送时软土受到的阻力就越大。     

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。     

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。     

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。     

剪切作用对含蜡原油凝固点的影响

基于含蜡原油可以在低于其凝固点条件下进行开采与输送,提出了原油动凝点的概念,以此来描述剪切作用对含蜡原油析蜡过程的影响,并用管路模型实验测定了不同剪切速率下原油的动凝点。结果表明,凝固温度随剪切速率增大而降低。在生产过程中,考虑到不同剪切条件下的凝固点,可以准确地评价含蜡原油的流变特性,确定井筒的最佳开采温度和最佳输送温度。     

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。