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.     

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。     

两种测量模式下胶凝原油的流变性关系

以低温下胶凝原油动态频率扫描和稳态速率扫描试验为基础,提出两种描述胶凝原油绝对复数模量随频率变化的函数方程式,并进行试验验证;借鉴Cox-Merz经验公式,分析得到胶凝原油绝对复数黏度与表观黏度之间的关系式,并进一步推导出胶凝原油绝对复数模量与剪切应力的经验表达式。结果表明:胶凝原油绝对复数模量随频率的增加而增大,在双对数坐标系中近似呈直线关系;绝对复数黏度随扫描频率的增加而减小,这与稳态表观黏度随剪切速率的变化规律一致;所得的两个经验表达式都具有较高的精度。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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     

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.     

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。