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。     

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。     

应用支持向量回归预测胶凝原油启动屈服应力

启动屈服应力的影响因素很多,且呈现复杂的非线性关系.以室内管流实验数据为基础,分析了启动屈服应力随启动温度、启动流量、静态温降幅度和停输时间的变化规律,并应用支持向量回归方法得到预测胶凝原油管道启动屈服应力的计算公式.预测值与实测值的对比结果验证了计算公式的可靠性.     

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。     

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.     

胶凝原油管道启动压力计算方法

基于启动波速理论提出一种新的胶凝原油管道启动模型。该模型用于模拟胶凝原油管道初始启动过程中的压力和流量变化,最终给出管道的启动压力及启动时间。结果表明:随着启动波前锋的推进,管道入口流量逐渐减小,管道沿线的压力逐渐增长,但由于启动波前锋上游管段内凝油结构的裂解,管道沿线的压力梯度逐渐趋于平缓。管道内径越大,启动压力越小,启动时间越短;管道壁厚越大,启动压力越大,启动时间越短。受管道弹性及凝油可压缩性的影响,胶凝原油管道的启动压力远小于4(τ_y0+τ_y1)L/D。     

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.     

测量温度对青海原油等温胶凝特性的影响

利用AR-G2流变仪在小振幅振荡剪切模式下考察测量温度对经历不同历史的含蜡原油等温胶凝特性的影响。结果表明:在3种历史条件下,随温度的降低,原油在相同的静止时间所对应的储能模量均增大,但其损耗角的变化规律则表现出明显的不同;原油经静态降温后,测量温度越低,其相同静止时刻的损耗角越小,而原油经静态降温并恒温剪切或动态降温后,其损耗角则随温度的降低表现出先降低后升高的趋势;不同条件下原油储能模量随时间的变化曲线均满足同一模型,且其拟合参数均与温度有关,但拟合参数随温度的变化规律受原油恒温静止前所经历的历史条件影响。     

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。     

剪切对几种加剂原油流动性影响与其组成关系

为揭示剪切（泵的强剪切和管道的弱剪切）对原油流动性的内在影响机理,给新管线建设及管线安全运行提供决策依据,采用气相色谱、核磁共振、DSC热分析和偏光显微镜等分析方法,对5种原油的组成、蜡结构、析蜡点和蜡晶形态进行分析;按照参考文献报道的模拟实验方法,评价泵强剪切和管道弱剪切对5种原油添加降凝剂后的原油流动性影响。结果发现,在析蜡温度点以上,原油中仅有极少量的蜡晶析出,泵强剪切和管道弱剪切对原油的流动性无影响。在析蜡高峰温度区内,原油中有大量的蜡晶析出,泵强剪切对原油流动性有恶化作用;管道弱剪切对原油流动性的影响与原油的组成（蜡含量、胶质沥青质含量）和蜡的结构（碳数分布、支链度）有关,既对某些原油的流动性有改善作用而对某些原油的流动性有恶化作用,导致上述现象的主要原因是析蜡高峰温度区内的剪切对蜡晶形态和蜡晶生长影响较大。     

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。     

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。     

基于人工神经网络的原油管道蜡沉积速率模型

从原油输送管道实际出发 ,利用试验室自制的蜡沉积试验环道对大庆原油进行蜡沉积试验 ,研究了多种因素对原油管道蜡沉积规律的影响 .利用人工神经网络的方法模拟各种影响因素与原油管道蜡沉积速率之间的映射关系 ,建立了多因素非线性影响下的蜡沉积速率模型 .该模型结构为4- 7- 1的三层 BP网络模型 ,它考虑了管壁处的剪切应力、管壁处温度梯度、管壁处蜡分子浓度梯度和原油的动力黏度对管道蜡沉积速率的影响 .利用该模型对实际管道蜡沉积速率进行预测的结果表明 ,利用神经网络方法建立的蜡沉积速率模型预测精度高 ,误差在 2 %以内     

稠油水混输海管停输再启动压力预测

为保障海底稠油集输管线的安全停输与顺利启动，以旅大稠油为研究对象，利用Anton Paar Rheolab QC流变仪分析稠油及其乳状液流变特征与再启动力学响应特性，通过SPSS软件，对正交启动实验数据进行非线性回归分析，建立四参量七系数的启动应力模型；自主研制了室内环道再启动实验装置，分析停运管线在不同工况下启动压力的变化规律，将基于启动应力模型的再启动压力预测值与实测值相比较，评估其预测可靠性。结果表明，稠油乳状液初始启动应力随时间的变化可分为3阶段，即启动应力上升阶段、衰减阶段、平衡阶段；再启动压力预测值与实测值平均相对误差绝对值为16.38%,再启动压力随温度升高而降低，随启动流量升高而升高，适当升高启动流量能减少管线启动时间，但将伴随着再启动压力的升高。     

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