张汇理论文匀变速剪切下大庆胶凝原油结构破坏性研究

东北石油大学本科生毕业设计（论文）摘要含蜡量高、粘度大、凝点高、流变性较差是我国大庆油田所产原油的特性。含蜡原油会由于温度的降低而析出蜡晶，温度越低，析出的蜡晶越多，在凝点附近时析出的蜡晶会由于蜡晶的聚集和相互交联形成了三维网络结构，将液态原油包裹在其中，使原油整体上失去了流动性，胶凝后的原油表现出屈服应力、触变性和粘弹性等复杂的流变性质。研究胶凝原油的流变性质对原油的生产、运输和使用具有重要意义。通常通过设定恒定的剪切速率来研究胶凝原油的流变性质，很多学者对这方面做过详细的研究。本论文以原油流变学为基础，通过匀变速剪切速率来研究胶凝原油在不同情况下的流变特性。论文讨论了热历史，剪切历史和不同匀变速情况下，大庆胶凝原油在匀变速剪切加载条件下粘度和应力变化情况。关键词：含蜡原油；屈服应力；原油粘度；匀变速剪切；胶凝原油东北石油大学本科生毕业设计（论文）IIABSTRACTThemostcrudeproducedbytheoilfieldhasthecharacterofhighparaffincontent﹑highviscosity、highcondensationpointandbadrheologicalproperty.Withthetemperaturedecreasing,thewaxcrystalwouldbeseparatedout,andthelowertemperature,themorewaxcrystal.Thethree-dimensionalnetstructurewouldbeformedbecauseofthegatherandmutualcrosslingdingfowaxcrystal.Theliquidcrudewouldbeincludedbythenetstructureandthecrudelossmobilityasawhole.Thegelledcrudeshowedcomplicatedrheologicalproperties,suchasyieldstress、thixotropy、viscoelasticityandsoon.Theresearchofgelledcrudetheologicalpropertieshassignificanttotheproduce、transportationanduseofthecrude.TheTheologicalpropertiesofgelledcrudeisresearchedbytheconstantsheeringrate,andmanyscholarshadtheresearchonthetheologicalproperties.Thetextbasedoncrudetheology,theuniformvariablesheeringisusedtostudythegelledcrudetheologicalpropertiesunderdifferentcircumstances.ThetextstudiedthatthevariationofviscosityandviscositytoDaqinggelledcrudeshearedbyuniformvariabalshearingatthecircumstancesofthermalhistory﹑shearinghistoryanddifferentuniformvariabalshearing.Keywords：wax-bearingcrude,yieldstress；viscosityofcrude；uniformvariabalshearing；gelledcrude东北石油大学本科生毕业设计（论文）III目录第1章绪论.................................................................................................................11.1本文研究背景及意义................................................................................11.2国内外研究现状......................................................................................11.3本文研究的主要内容..............................................................................3第2章胶凝原油的基本性质.....................................................................................52.1胶凝原油的基本概念...............................................................................52.2含蜡原油胶凝结构的形成.......................................................................62.3流变性测量...............................................................................................82.4胶凝含蜡原油的流变性............................................................................82.5胶凝原油结构特性的影响因素.............................................................12第3章匀变速剪切试验研究...................................................................................133.1实验内容.................................................................................................133.2实验原油的基本物性.............................................................................133.3实验所用的主要仪器.............................................................................133.4油样处理.................................................................................................14第4章实验结果及分析...........................................................................................164.1实验数据的优选.....................................................................................164.2关于剪切速率变化率的影响.................................................................194.3关于预剪切速度的影响..........................................................................234.4不同温度下高速剪切的影响..................................................................27致谢.........................................................................................................................401第1章绪论1.1本文研究背景及意义随着我国国民经济近年来的迅猛发展和人们消费水平的大幅提高，日益增加了我国对石油能源的需求和依赖度，石油能源已关乎到国家的战略安全，是我国经济发展的一大制约因素。多年来，我国的石油产量一直保持在1.8-1.9亿吨左右，从某种程度上来说，这个数值已经是我国石油产量的峰值。在2008年的时候，我国的石油消费达到4亿吨，而我国的石油产量却不到2亿吨，对石油的进口量首次超过石油消费量的50%，而2013年我国石油需求量达到5亿吨，对石油进口的依存度达到60%，可以预见，在未来我国对石油的需求量必将迅猛增加。但石油能源属于不可再生能源，而世界上的石油储备却是一定的，并且同时我们已经进入后石油时代，世界石油产量将会缓慢下降.我国东西部石油分布不均衡和国内对石油需求的急剧增长，这使得安全，高效的管道运输成为必需。要想达到高质量的管道石油运输，这就需要我们对原油的性质进行充分研究，了解石油在各种运输条件下表现出来的性质，保证原油的高效，安全地运输。我国油田生产的原油大都含蜡量高，粘度大，凝点高的高粘易凝含蜡原油，当原油的温度持续降低时，溶解在原油中的蜡将会随着温度的下降而渐渐不断析出，最终使原油失去整体的流动性，处于胶凝状态。当原油管道停输再启动时，就需要破坏原油的这种胶凝状态，使其重新恢复流动性。如何高效，安全的破坏原油的胶凝结构，恢复其流动性，这就需要在实验室的条件下对胶凝原油进行充分的研究，掌握胶凝原油在各种处理条件下变现出来的性质。1.2国内外研究现状含蜡原油是一种较为复杂的烃类和非烃类混合物，其主要成分包括烷烃、环烷烃、芳香烃、胶质和沥青质等。按照其对低温原油流变性的影响来说，可将原油的组成分为三大部分，即常温时呈现为液态的油、常温时出现的晶态蜡、胶质和沥青质。胶凝原油中的蜡、胶质和沥青质对原油的相态影响非常大，它们的含量及分子量直接影响原油的流变性。且在不同的热处理条件下，原油也会形成各异的流变结构并呈现不同的流变特性。例如：在较高温度下，蜡晶溶解于液态烃中形成均质流体，但随着温度的逐渐降低，蜡晶不断析出，同时胶质和沥青质会吸附在析出的蜡晶上，原油由液体变为悬浮液。更进一步降低温度，析出的蜡晶形成网格变为连续相，而液态的烃成为分散相，液态烃被蜡晶网格所包裹，此时的原油便失去了流动性。由于温降引起相态的变化，原油呈现出了触变性、剪切稀释性、粘弹性，并具有一定的结构强度。随着温降过程的不断进行，原油将从牛顿流体相继转变为假塑性流体、触变-假塑性流体和触变-屈服假塑性流体。除了与温度有关外，原油的流变特性还取决于热历史和剪切历史。不同的热处理温度，东北石油大学本科生毕业设计（论文）2不同的降温速率以及不同的剪切速率，原油会产生不同的流变特性。1.2.1屈服特性发展状况胶凝含蜡原油是一类非常复杂的凝胶体系，屈服特性是胶凝结构破坏特性的典型部分，具有重要的流变学代表性。因此，多年来,有关胶凝含蜡原油的结构和屈服特性的研究一直都是一个热点。随着研究的深入以及流变测试技术的提高，人们对含蜡原油的屈服特性的认识也越来越深刻。“屈服”这一概念来自于固体力学，当外加应力小于某一值τy之前，材料只产生有限的弹性变形，一旦应力超过此值，则出现应力变化不大，而应变显著增加的现象，这种现象称为屈服现象，τy又称为材料的屈服应力或屈服值。“屈服”这个概念最先被Bingh