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。     

胶凝原油临界损伤屈服应力计算模型研究

含蜡原油管道停输再启动压力与原油结构强度密切相关。为了理论上描述胶凝原油屈服应力,以胶凝原油微元强度服从Weibull分布为基础,结合统计力学理论及重正化群模型,建立了胶凝原油临界损伤屈服应力计算模型,并利用胜利及苏丹原油在胶凝点附近不同温度条件下的屈服应力对所建立模型进行可靠性验证。结果表明：在胶凝点附近温度条件下,随着测试温度的降低原油屈服应变呈下降的趋势;在测试范围内随着油温的升高,胶凝原油屈服应力越来越小,油温与屈服应力整体呈现幂律关系;相同温度条件下,随着剪切速率的增加,胶凝原油屈服应力逐渐增大;利用所建立的胶凝原油临界损伤屈服应力计算模型对不同温度条件下胜利原油屈服应力进行拟合,该模型能较好地描述原油屈服应力,计算结果可为含蜡原油管道停输再启动提供参考。     

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.     

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.     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

管流实验装置中原油温度分布研究

利用管流实验装置可以模拟原油在实际管道中的动态降温、静态降温以及再启动的全过程，然而，在模拟过程中管内油品温度场分布、管内油品降温速率与管外水浴降温速率的关系等问题仍未解决。在FLUENT平台上对管流实验中的动态及静态降温过程进行了数值模拟。结果表明，按照实验中设定的降温速率进行降温，动态降温过程中油壁温差在0．16℃以内，静态降温过程中油壁温差在0．05℃以内，可以认为实验过程中某一时刻管路截面上油温是一致的。     

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。